DE4126782A1

DE4126782A1 - Geraet und verfahren zur erfassung von fehlzuendungen bei einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4126782A1
Application number: DE4126782A
Authority: DE
Inventors: Wataru Fukui; Toshio Iwata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-13
Filing date: 1991-08-13
Publication date: 1992-02-20
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: DE4126782C2; US5505077A; US5351528A; US5442954A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fehlzündungserfassungsgerät sowie ein entsprechendes Verfahren für einen Verbrennungsmotor, das Fehlzündungen bzw. Zündversager im Zylinder eines Motors aufgrund des darin herrschenden Druckes erfassen kann.

Einsetzen zwei Absätze des Falles 54 587 abschreiben.

Im allgemeinen besitzen Verbrennungsmotoren, wie etwa Automobilbenzinmotoren, eine Mehrzahl von Zylindern (beispielsweise vier), die vier Perioden durchlaufen, nämlich einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Arbeitshub und einen Ausstoßhub. Um die Zündzeitfolge der Zylinder, die Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzungen in die Zylinder, etc., richtig zu steuern, wird eine Motorsteuereinheit in Form eines Mikrocomputers verwendet, der verschiedene elektronische Berechnungen durchführt. Hierzu identifiziert der Mikrocomputer die Betriebsstellungen der Zylinder und steuert dementsprechend ihr Arbeiten, und zwar auf der Basis eines Zylinderbezugspositionssignals, das die Kurbelpositionen der Zylinder darstellt, und eines Zylinderidentifikationssignals, wobei beide Signale von einem Signalgenerator synchron mit der Umdrehung des Motors erzeugt werden.

Beispielsweise muß zur Steuerung der Zylinderzündung das durch einen Kolben verdichtete Kraftstoff/Luftgemisch in jedem Zylinder zur Verbrennung in einem optimalen Zeitpunkt durch einen Funken gezündet werden, der von der Zündkerze erzeugt wird. Es gibt dabei jedoch Zeiten, in denen die Mischung im Zylinder trotz Zündung durch eine Zündkerze nicht richtig verbrennt, je nach Zustand der Verbrennung, Zustand der Zündkerze, etc. In dieser Situation wird den übrigen Zylindern eine anormal große Belastung aufgebürdet, was die Schädigung des Motors befürchten läßt. Um also einen sicheren Motorbetrieb zu unterhalten, ist es erforderlich, bei jeder Zündperiode jedes Zylinders festzustellen, ob die Mischung im Zylinder einwandfrei verbrannt ist. Zu diesem Zweck ist ein Fehlzündungserfassungsgerät vorgeschlagen worden, das den Zustand der Verbrennung Fehlzündung in jedem Zylinder durch Erfassen des Innendruckes während des Arbeitshubes nach der Zündung feststellt.

Fig. 11 veranschaulicht einen Verbrennungsmotor mit einem als typisches Beispiel anzusehendes bekanntes Fehlzündungserfassungsgerät dieser Art. In Fig. 11 besitzt der Motor eine Vielzahl von Zylindern 1, von denen zur Vereinfachung der Beschreibung nur ein einziger Zylinder dargestellt ist. Der Zylinder 1 besitzt eine definierte Verbrennungskammer 2. Eine Zündkerze 3 ist auf dem Zylinderkopf montiert, wobei ihre Elektroden in die Verbrennungskammer 2 ragen. Ein Kolben 4 ist gleitend im Inneren des Zylinders 1 zur Ausführung der Hin- und Herbewegung aufgrund der Verbrennung des Luft-/Kraftstoffgemisches in der Verbrennungskammer 2 gelagert. Ein Einlaßrohr 5 ist mit dem Zylinderkopf zur Lieferung der Kraftstoffmischung über ein Einlaßventil 7 in die Verbrennungskammer 2, verbunden. Eine Auslaßrohr 6 ist über ein Auslaßventil 8 ebenfalls mit dem Zylinderkopf zum Abführen der Abgase aus der Verbrennungskammer 2 verbunden.

Eine Kraftstoffeinspritzdüse 9, die an eine nicht dargestellte Kraftstoffversorgung angeschlossen ist, ist auf dem Einlaßrohr 5 zum Einspritzen einer Kraftstoffmenge in das Einlaßrohr 5 montiert, wobei die Kraftstoffmenge entsprechend der in die Verbrennungskammer 2 durch das Einlaßrohr 7 und durch ein nicht dargestelltes Drosselventil angesaugten Luftmenge bestimmt wird.

In der die Verbrennungskammer 2 umgebenden Zylinderwand ist eine Öffnung 2a zum Einleiten von Gas aus der Verbrennungskammer 2 in einen Drucksensor 10 angebracht, der zur Erfassung des Druckes in der Verbrennungskammer 2 auf der Zylinderwand neben der Öffnung 2 montiert ist. Eine Zündspule 11 ist mit einer Leistungsversorgung 12 verbunden und besitzt eine an die Zündvorrichtung 13 angeschlossene Primärwicklung sowie eine an die Zündkerze 3 angeschlossene Sekundärwicklung.

Eine Motorsteuereinheit (ECU 14) in Form eines Mikrocomputers steuert das Einlaßventil 7, das Auslaßventil 8, die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9, die Zündeinrichtung 13, etc. Die ECU 14 veranlaßt ebenfalls die Erfassung der Fehlzündungen in jedem Zylinder 1 und empfängt zu diesem Zweck von einem nicht dargestellten Kurbelwinkelsensor ein Kurbelwinkelsignal, das die vorgeschriebenen Kurbelpositionen des Kolbens 4 in jedem Zylinder 1 darstellt. Sie empfängt weiter verschiedene, für eine Reihe von Parametern des Motorbetriebes kennzeichnende Signale sowie Ausgangssignale des Drucksensors 10 für die jeweiligen Zylinder 1, die die darin befindlichen Drücke B darstellen. Obwohl nicht gezeigt, weist die Motorsteuereinheit 14 einen Schwellenwerteinsteller zum Einstellen eines Schwellenwertes zur Ermittlung von Fehlzündungen in den Zylindern 1, sowie verschiedene Rechner zur Durchführung verschiedener Rechenoperationen auf. Beispielsweise erfaßt ein nicht dargestellter Kurbelwinkelsensor eine vorgeschriebene Kurbelposition jedes Kolbens 4, bei dem es zu einem großen bzw. signifikanten Druckunterschied in der Verbrennungskammer 2 zwischen dem Zeitpunkt, in welchem die Verbrennung stattfindet, und dem Zeitpunkt, in welchem eine Fehlzündung auftritt bzw. keine Verbrennung erfolgt, kommt. Eine solche Kurbelposition kann auf einen willkürlich gewählten Punkt zwischen etwa 10° nach dem oberen Totpunkt (TDC) und etwa 90° nach dem oberen Totpunkt eingestellt werden.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des oben beschriebenen konventionellen Fehlzündungserfassungsgerätes im einzelnen beschrieben. Wie erwähnt, werden bei zwei Hin- und Herbewegungen des Kolbens 4 in jedem Zylinder 1 vier Betriebszyklen ausgeführt, nämlich ein Ansaughub, ein Kompressionshub, ein Arbeitshub und ein Ausstoßhub. Die Motorsteuereinheit 14 steuert beim Ansaughub die Menge des durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 in das Einlaßrohr 5 eingespritzte Kraftstoffmenge, die Zündzeitgabe für jede Zündkerze 3, und dergleichen, entsprechend dem Betriebzustand des Motors.

Wenn beispielsweise das Einlaßventil 7 zum Einspeisen einer Luft/Kraftstoffmischung in die Verbrennungskammer 2 geöffnet wird, steuert die ECU 14 sowohl die Menge der durch das nicht dargestellte Drosselventil in das Einlaßrohr 5 angesaugten Luftmenge, als auch die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 9 in das Einlaßrohr 5 eingespritzte Kraftstoffmenge, und zwar entsprechend dem Öffnungsgrad des Drosselventils. Darüber hinaus steuert die ECU 14 die Zündeinrichtung 13 in vorbestimmten Zeitpunkten nach dem Kompressionshub, um aus der Leistungsversorgung 12 einen Strom durch die Zündspule 11 zu leiten und die Stromzufuhr in passenden Zeitpunkten abzuschalten. Dementsprechend entlädt sich die Zündkerze 3 und erzeugt einen Funken an ihren Elektroden, um die Luft/Kraftstoffmischung in der Verbrennungskammer 2 zu zünden. Normalerweise wird der Zündzeitpunkt auf einen Punkt in der Nähe des Kurbelwinkels von 0° bzw. des oberen Totpunktes eingestellt.

Wenn aufgrund der Entladung der Zündkerze 3 die Explosion bzw. Verbrennung des Gemisches erfolgt, steigt der durch den Drucksensor 10 erfaßte Druck P in der Verbrennungskammer 2 steil an. Findet jedoch wegen einer Fehlzündung keine Explosion bzw. Verbrennung statt, bleibt der Druck P in der Verbrennungskammer 2 unverändert oder auf einem niedrigen Wert.

Im Hinblick auf diese Vorgänge erfaßt die Motorsteuereinheit 14 in vorbestimmten Zeitpunkten während jedes Arbeitshubs den vom Drucksensor 10 in der Verbrennungskammer 2 erfaßten Zylinderdruck P, erzeugt einen Fehlzündungsbestimmungsschwellenwert und vergleicht den Zylinderdruck P mit diesem Schwellenwert. Falls der Zylinderdruck P kleiner als der Schwellenwert ist wird entschieden, daß im Zylinder eine Fehlzündung vorliegt, und für den von der Fehlzündung betroffenen Zylinder wird eine Fehlzündungsmarke gesetzt.

Falls die Feststellung über das Vorliegen einer Fehlzündung allein aufgrund des Ergebnisses des Vergleichs zwischen dem Zylinderdruck P und dem Schwellenwert erfolgt, bleibt aber eine gewisse Wahrscheinlichkeit bestehen, daß der Zylinderdruck P den Schwellenwert überschreitet, beispielsweise aufgrund einer Verschiebungskomponente, die im allgemeinen im Ausgangssignal des Drucksensors 10 enthalten ist. Es kann also der Fall eintreten, daß eine normale Verbrennung konstatiert wird, obwohl tatsächlich keine Verbrennung stattgefunden hat. Dies kann zu dem oben erwähnten Motorschaden führen.

Bei dem beschriebenen konventionellen Fehlzündungserfassungsgerät und dem entsprechenden Verfahren wird also der Verbrennungsstatus aufgrund der Entscheidung darüber bestimmt, ob der Zylinderdruck P einen Schwellenwert überschreitet oder nicht. Wenn aber das Ausgangssignal des Drucksensors 10 beispielsweise aufgrund von Herstellungsschwankungen eine Verschiebungskomponente erzeugt, die größer als der Schwellenwert ist und einer Druckkomponente überlagert ist, welche den tatsächlichen Druck P in der Verbrennungskammer 2 darstellt, wird entschieden, daß in der Verbrennungskammer 2 eine normale Verbrennung stattfindet, und dies trotz der Tatsache, daß tatsächlich eine Fehlzündung vorliegt. Daher wird es schwierig, Fehlzündungen mit hoher Zuverlässigkeit zu erfassen.

Die vorliegende Erfindung zielt demgemäß auf die Überwindung der bei dem konventionellen Fehlzündungserfassungsgerät und seinem Verfahren auftretenden Probleme ab. Es ist ein Ziel der Erfindung, ein neues und verbessertes Fehlzündungserfassungsgerät sowie ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe die Erfassung von Fehlzündungen bzw. Zündversagern jederzeit mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit erfolgt, selbst dann, wenn das Ausgangssignal des Drucksensors eine Verschiebungskomponente aufweist, die der für den tatsächlichen Druck im Zylinder kennzeichnenden Druckkomponente überlagert ist.

Um das genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein Fehlzündungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor geschaffen, das folgende Komponenten aufweist:
einen Drucksensor zum Erfassen des Druckes in einem Zylinder des Motors und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals;
eine Differenziereinrichtung zum Differenzieren des Ausgangssignals des Drucksensors und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Signalprozessor zum Verarbeiten des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung zwecks Erzeugung eines Arbeitshub-Druckinformationssignals;
einen Schwellenwertrechner zum Berechnen eines Schwellenwertes für die Fehlzündungsbestimmung;
einen Komparator zum Vergleichen des vom Signalprozessor gelieferten Arbeitshub-Druckinformationssignals mit dem vom Schwellenwertrechner gelieferten Schwellenwert; und
eine Fehlzündungsbestimmungseinrichtung zur Entscheidung darüber, ob aufgrund des vom Komparator durchgeführten Vergleichs im Zylinder eine Fehlzündung stattfand oder nicht.

Bei einer möglichen Ausbildungsform besitzt das Arbeitshub-Druckinformationssignal die Gestalt eines Spitzenwertsignals, das eine Spitze im Ausgangssignal der Differenziereinrichtung darstellt, während der Schwellenwert ein Bezugswert zwischen einer hohen und einer niedrigen Spitze bildet, den das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung jeweils zur Zeit einer normalen Verbrennung und einer Fehlzündung im Zylinder annimmt. Die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung konstatiert das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder dann, wenn das Spitzenwertsignal kleiner als der Bezugswert oder gleich groß wie dieser ist.

Bei einer anderen Ausbildungsform stellt das Arbeitshub-Druckinformationssignal das von der Differenziereinrichtung gelieferte Differenziersignal für einen Signalbereich dar, der sich vom oberen Totpunkt des Kolbens im Zylinder bis zum Nulldurchgangspunkt erstreckt, bei welchem das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung während des Arbeitshubes bei normaler Verbrennung den Nullpunkt passiert, während der Schwellenwert ein Nullbezugswert ist. Die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung konstatiert das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder dann, wenn das differenzierte Signal kleiner als der Nullbezugswert ist oder diesem entspricht.

In einer dritten Ausbildungsform stellt das Arbeitshub-Druckinformationssignal den Integrationswert des von der Differenziereinrichtung gelieferten differenzierten Signals für einen Bereich dar, der vom oberen Totpunkt des Kolbens im Zylinder bis zum Nulldurchgangspunkt reicht, bei welchem das Ausgangssignal der Differenziererinrichtung während des Arbeitshubes bei normaler Verbrennung den Nullpunkt passiert, während der Schwellenwert ein Nullbezugswert ist. Die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung konstatiert das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder dann, wenn der Integrationswert kleiner als der Nullbezugswert ist oder diesem entspricht.

Bei einer vierten Ausführungsform des Signals stellt das Arbeitshub-Druckinformationssignal den Nulldurchgangspunkt im Ausgangssignal der Differenziereinrichtung dar, während der Schwellenwert ein Bezugskurbelwinkel ist, bei dem der Kolben im Zylinder den oberen Totpunkt erreicht. Die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung konstatiert das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder dann, wenn der Nulldurchgangspunkt im Ausgangssignal der Differenziereinrichtung früher als der Bezugskurbelwinkel oder gleichzeitig mit diesem auftritt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fehlzündungserfassungverfahren zur Erfassung von Fehlzündungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors geschaffen. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensor bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung einer im Ausgangssignal des Drucksensors enthaltenen Verschiebungskomponente aufgrund der Drücke im Zylinder, wie sie bei Erreichen des ersten und des zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurden;
Erfassung des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes bei Erreichen eines dritten Kurbelwinkels;
Erzeugung eines Arbeitshub-Druckinformationssignals auf der Basis des Zylinderdruckes, wie er vom Drucksensor bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels gemessen wurde, sowie auf der Basis der Verschiebungskomponente im Drucksensorausgangssignal;
Berechnung eines für den Vergleich mit dem Arbeitshub-Druckinformationssignals geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich des Arbeitshub-Druckinformationssignals mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung über das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder, wenn das Arbeitshub-Druckinformationssignal dem Schwellenwert entspricht oder kleiner als dieser ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fehlzündungserfassungsverfahren vorgesehen, das folgende Schritte aufweist:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensors bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung einer im Ausgangssignal des Drucksensors enthaltenen Verschiebungskomponente auf der Basis der Drücke im Zylinder, wie sie bei Erreichen des ersten und zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurden;
Integration des Druckes im Zylinder, wie er vom Drucksensor während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes in einem Bereich gemessen wurde, der vom zweiten Kurbelwinkel bis zum dritten Kurbelwinkel reicht;
Modifikation des integrierten Zylinderdruckes auf der Basis der wie oben berechneten Verschiebungskomponente, um einen modifizierten integrierten Zylinderdruck zu liefern;
Berechnung eines für den Vergleich mit dem integrierten Zylinderdruck geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich des modifizierten integrierten Zylinderdruckes mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung der Fehlzündung im Zylinder, wenn der modifizierte integrierte Zylinderdruck dem Schwellenwert entspricht oder kleiner ist als dieser.

Gemäß einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird ein Fehlzündungserfassungsverfahren geschaffen, das folgende Schritte aufweist:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensor bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung des Druckes im Zylinder während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels, wie er bei Erreichen des ersten und zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurde;
Erfassung des Druckes im Zylinder durch den Drucksensor bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels;
Berechnung einer Abweichung zwischen dem erfaßten Zylinderdruck und dem berechneten Zylinderdruck jeweils für den Zeitpunkt des Erreichens des dritten Kurbelwinkels;
Berechnung eines für den Vergleich mit der Abweichung geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich der Abweichung mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung der Fehlzündung im Zylinder, wenn die Abweichung dem Schwellenwert entspricht oder kleiner als dieser ist.

Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher hervor.

Nachfolgend wird der wesentliche Gegenstand der Zeichnungen kurz beschrieben:

Fig. 1 stellt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des schematischen Aufbaus eines Fehlzündungserfassungsgerätes für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2(a) bis 2(d) stellen Wellenformdiagramme für die an verschiedenen Stellen des Fehlzündungserfassungsgerätes nach Fig. 1 auftretenden Signale dar;

Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Gerätes der Fig. 1 gemäß einer ersten Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens der Erfindung dar;

Fig. 4 stellt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 dar, zeigt aber ein Fehlzündungserfassungsgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Gerätes der Fig. 4 gemäß einer zweiten Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens gemäß der Erfindung dar;

Fig. 6 stellt ein Wellenformdiagramm zur analytischen Veranschaulichung der im Zuge des Verfahrens der Fig. 5 durchgeführten jeweiligen Betriebsschritte dar;

Fig. 7 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des in Fig. 4 dargestellten Gerätes gemäß einer dritten Ausführungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens gemäß der Erfindung dar;

Fig. 8 stellt ein Wellenformdiagramm zur analytischen Veranschaulichung der im Zuge des Verfahrens der Fig. 7 durchgeführten jeweiligen Betriebsschritte dar;

Fig. 9 stellt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des Gerätes der Fig. 4 gemäß einer vierten Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens der Erfindung dar;

Fig. 10 stellt ein Wellenformdiagramm zur analytischen Veranschaulichung der im Zuge des Verfahrens der Fig. 9 durchgeführten jeweiligen Betriebsschritte dar; und

Fig. 11 stellt ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung eines bekannten Fehlzündungserfassungsgerätes für einen Verbrennungsmotor dar.

Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht das Blockschaltbild eines Fehlzündungserfassungsgerätes für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Fig. 1 umfaßt das dargestellte Gerät einen Drucksensor 110 zur Erfassung des Druckes in der Verbrennungskammer des Motorzylinders sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals P und eine Motorsteuereinheit (ECU) 114 sowohl zur Steuerung des Motorbetriebes, als auch zur Erfassung der Fehlzündungen im Motor auf der Basis des Ausgangssignals P des Drucksensors 110.

Die Steuereinheit 114 weist folgende Komponenten auf: einen Signalprozessor 115 zur Erzeugung eines den Arbeitshub betreffenden Druckinformationssignals β auf der Basis des Ausgangssignals des Drucksensor 110; einen Schwellenwertrechner 116 zur Berechnung eines bei der Fehlzündungsermittlung verwendeten Schwellenwertes TH; einen Komparator 117 zum Vergleichen des den Arbeitshub betreffenden Druckinformationssignals β mit dem Schwellenwert TH und zum Erzeugen eines Ausgangssignals C, falls das Arbeitshub-Druckinformationssignal β größer als der Schwellenwert TH ist; und eine Fehlzündungsermittlungseinrichtung 118, die auf der Basis des vom Komparator 117 gelieferten Ausgangssignals C feststellt, ob in einem Zylinder eine Fehlzündung stattgefunden hat oder nicht. Obwohl nicht dargestellt, umfaßt die Motorsteuereinheit 114 weiter einen Motorbetriebsdetektor zur Erfassung der Betriebszustände des Motors auf der Basis eines Kurbelwinkelsignals, das für vorgeschriebene Bezugskurbelpositionen bzw. -winkel jedes Zylinders kennzeichnend ist, sowie verschiedener Signale einer Anzahl von Sensoren, welche verschiedene Parameter des Motorbetriebs erfassen, wie etwa die Umdrehungszahl des Motors pro Minute, die Motorladung, die Temperatur der Ansaugluft, etc. Der Schwellenwertrechner 116 berechnet den Schwellenwert TH auf der Basis der Betriebszustände des Motors, wie sie durch den Motorbetriebsdetektor erfaßt werden.

Eine Differenziereinrichtung 120 empfängt das vom Drucksensor 110 durch eine Schnittstelle 119 gelieferte Ausgangssignal P und differenziert es, um ein Differentialsignal D mit einer differenzierten Wellenform zu liefern, das in den Signalprozessor 115 der Motorsteuereinheit 114 eingegeben wird.

Die Fig. 2(a) und 2(b) stellen jeweils Wellenformen des Ausgangssignals P des Drucksensors 110 und des von der Differenziereinrichtung 120 gelieferten Ausgangssignals D dar. Die Fig. 2(c) und 2(d) stellen die verschiedenen Wellenformen des vom Signalprozessor gelieferten Ausgangssignals β dar. In den Figuren ist an der Abszisse der Kurbelwinkel bzw. die Kurbelposition einer nicht dargestellten Kurbelwelle und an der Ördinate der Druck P in einem Zylinder abgetragen. Weiter bezeichnen: TDC den oberen Totpunkt eines mit der Kurbelwelle verbundenen Kolbens; R₀ einen Nulldurchgangspunkt, in welchem das differenzierte Signal D die Nullinie durchquert (ein Punkt ohne Wechsel) ; Vp eine Spitze des differenzierten Signals D während der normalen Verbrennung; Vp′ eine Spitze des differenzierten Signals D im Zeitpunkt der Fehlzündung; Vdp einen positiven Abschnitt des differenzierten Signals G zwischen TDC und R₀; und Vi einen Integrationswert des positiven differenzierten Wertes Vdp.

Die Betriebsweise des oben beschriebenen Gerätes in einer ersten Ausprägung des Fehlzündungserfassungsverfahrens gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Wellenformdiagramme der Fig. 2(a) bis 2(d) und des Flußdiagramms der Fig. 3 beschrieben. Es wird der Fall beschrieben, bei dem das Fehlzündungserfassungsgerät der Fig. 1 beim Verbrennungsmotor der Fig. 10 eingesetzt wird.

Wie oben erwähnt, steuert beim Eintritt der Zylinder (vgl. Fig. 10) vom Kompressionshub in den Arbeitshub die Motorsteuereinheit 114 die Zündvorrichtung 13 so an, daß diese die Zündkerze 3 in einer bestimmten Kurbelwinkelposition in der Nähe des oberen Totpunktes TDC zur Entladung bringt. Zunächst erfaßt in Schritt S1 der Drucksensor 110 sowohl während des Arbeitshubes, als auch während eines Teils des vorhergehenden Kompressionshubes unmittelbar vor der Zündung der Zündkerze 3 kontinuierlich den Druck P in der Verbrennungskammer 2 jedes Zylinders 1.

Wie die ausgezogene Kurve der Fig. 2(a) zeigt, steigt der Druck P in der Verbrennungskammer 2 scharf auf einen hohen Wert in der Nähe des oberen Totpunktes TDC an, falls eine normale Verbrennung bzw. Explosion im Zylinder 1 stattfand. Falls es jedoch im Zylinder 1 zu einer Fehlzündung kam bzw. keine Verbrennung stattfand, ändert sich der Zylinderdruck P allmählich und erreicht nicht den hohen Druck, wie durch die strichpunktierte Kurve in Fig. 2 (a) angedeutet wird. Im einzelnen steigt im Falle normaler Verbrennung der Zylinderdruck P unmittelbar nach dem oberen Totpunkt TDC scharf an, während im Falle der Fehlzündung keine solche scharfe Änderung des Druckes P nach dem Totpunkt TDC auftritt. Vielmehr ändert sich der Druck symmetrisch bis zum Totpunkt, da sich das Volumen der Verbrennungskammer 2 lediglich entsprechend der Hin- und Herbewegung des Kolbens 4 im Zylinder 1 ändert.

Anschließend differenziert in Schritt S2 die Differenziereinrichtung 120 das Ausgangssignal P des Drucksensors 110, das durch die Schnittstelle 119 zur Lieferung eines Ausgangssignals T eingegeben wurde, welches eine differenzierte Wellenform aufweist, die dann in die Motorsteuereinheit 114 eingegeben wird. Falls eine normale Verbrennung erfolgt, verändert sich das differenzierte Signal D in der durch die voll ausgezogene Kurve in Fig. 2(b) dargestellten Weise und erreicht unmittelbar nach dem oberen Totpunkt TDC einen hohen Spitzenwert Vp, fällt dann sehr scharf und schnell bei der Kurbelposition R₀ nach dem oberen Totpunkt ab und durchquert die Achse des normalen bzw. atmosphärischen Druckes. Im Gegensatz dazu ändert sich im Falle der Fehlzündung das differenzierte Signal D in der durch die strichpunktierte Kurve in Fig. 2(b) dargestellten Weise und erreicht einen kleinen bzw. niedrigen Spitzenwert unmittelbar nach dem oberen Totpunkt TDC, um danach unter Durchquerung des normalen Druckes im Totpunkt TDC abzunehmen.

In Anbetracht der Wellenform des differenzierten Signals D nach Durchlaufen des oberen Totpunktes TDC ist das Signal D im Kurbelwinkelbereich zwischen TDC und R₀ positiv und erreicht einen positiven Spitzenwert Vp, falls eine normale Verbrennung stattfindet, während das Signal im gleichen Kurbelwinkelbereich negativ ist und einen negativen Spitzenwert erreicht, wenn im Zylinder eine Fehlzündung auftritt.

In Schritt S3 erzeugt der Signalprozessor 115 infolge es differenzierten Signals D ein Arbeitshub-Druckinformationssignal β, das eine beliebige der oben erwähnten Verlaufsformen des differenzierten Signals D aufweisen kann. Das heißt, daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal β irgendeinen der nachfolgenden Werte: Spitzenwert Vp, Nulldurchgangspunkt R₀, positiver Anteil Vdp des differenzierten Signals D zwischen TDC und R₀ und Integrationssignal Vi des differentierten positiven Signalabschnittes Vdp annehmen kann.

Selbst wenn das Ausgangssignal des Drucksensors 110 eine Verschiebungskomponente mit signifikantem Wert enthält, der beispielweise auf Veränderungen der Betriebscharakteristik des Sensors beruht, stellt aber das Arbeitshub-Druckinformationssignal β, das auf der Basis des differenzierten Signals D ermittelt wird, welches seinerseits frei von irgendwelchen Einflüssen einer solchen Verschiebungskomponente ist, einen hochzuverlässigen Wert dar, der den wirklichen Druck P im Zylinder 1 exakt wiedergibt.

In Schritt S4 berechnet dann der Schwellenwertrechner 116 aufgrund des Betriebszustandes des Motors den Schwellenwert TH, mit welchem das Arbeitshub-Druckinformationssignal β zur Entscheidung darüber verglichen wird, ob im Zylinder 1 Fehlzündungen auftreten oder nicht. Beispielsweise wird in Fällen, in denen die Anzahl der Umdrehungen des Motors pro Minute bzw. die Motorladung groß ist, der Schwellenwert TH auf einen höheren Wert eingestellt, da das Arbeitshub-Druckinformationssgnal β mit zunehmender Umdrehungszahl pro Minute bzw. Motorladung ansteigt.

Anschließend vergleicht in Schritt S5 der Komparator 117 das Arbeitshub-Druckinformationssignal β mit dem Schwellenwert TH und erzeugt ein niederpegeliges Ausgangssignal C, das eine normale Verbrennung kennzeichnet, falls das Signal β größer als der Schwellenwert TH ist, während der Komparator ein hochpegeliges Ausgangssignal C liefert, das Fehlzündungen kennzeichnet, falls das Signal β dem Schwellenwert TH entspricht oder kleiner ist.

In den Schritten S6 und S7 bestimmt die Fehlzündungsermittlungseinrichtung 118, ob im Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat. Das heißt, daß in Schritt S6 entschieden wird, daß bei großem Ausgangssignal C eine normale Verbrennung stattfand, während in Schritt S7 entschieden wird, daß bei niedrigem Augangssignal eine Fehlzündung stattfand, so daß eine Fehlzündungsmarke gesetzt wird. Danach erfolgt ein Rücksprung. Die erwähnten Schritte S1 bis S7 werden bei jedem gezündeten Zylinder wiederholt, so daß ein Zylinder mit Fehlzündung sofort erfaßt werden kann. In diesem Falle wird das Arbeitshub-Druckinformationssignal β, das auf der Basis des differenzierten Signals D des Drucksensorausgangssignals bestimmt wird, ein vom Einfluß einer Verschiebungskomponente freier stabiler Wert, selbst dann, wenn das Niveau des durch den Drucksensor 110 erfaßten Zylinderdruckes P aufgrund einer solchen Verschiebungskomponente verändert wird, die auf Veränderungen der Betriebscharakteristik des Drucksensors 110 beruht. Dementsprechend wird eine fehlerhafte Erfassung des Verbrennungszustandes in einem der Zylinder verhindert, wodurch die Ermittlung von Fehlzündungen jederzeit mit hochgradiger Zuverlässigkeit sichergestellt ist.

Darüber hinaus wird der Schwellenwert TH in Abhängigkeit von der Charakteristik des Arbeitshub-Druckinformationssignal β auf einen solchen Wert eingestellt, daß eine klare Unterscheidung zwischen einer normalen Verbrennung und einer Fehlzündung getroffen werden kann. Wenn beispielsweise das Arbeitshub-Druckinformationssignal β die Form des Spitzenwertes des differenzierten Signals D annimmt, wird der Schwellenwert TH auf einen Wert zwischen den Spitzenwerten Vp und Vp′ des differenzierten Signals D jeweils zur Zeit der normalen Verbrennung und der Fehlzündung eingestellt. Falls weiter das Arbeitshub-Druckinformationssignal β die Form des positiven Abschnittes Vdp des differenzierten Signals D zwischen dem oberen Totpunkt TDC und R₀ oder die des Integrationswertes Vi des differenzierten positiven Signalabschnittes Vdp annimmt, wird der Schwellenwert TH auf Null eingestellt, da der positive Abschnitt VDP des differenzierten Signals D zwischen dem oberen Totpunkt TDC und R₀ sowie das zugehörige Integrationssignal Vi Null bzw. negativ werden, wenn im Zylinder eine Fehlzündung erfolgt ist. Dementsprechend wird der Unterschied zwischen diesen Werten zur Zeit einer normalen Verbrennung und einer Fehlzündung unterscheidungskräftiger, wodurch die Zuverlässigkeit der Fehlzündungsermittlung verbessert wird.

Weiter kann das Arbeitshub-Druckinformationssignal β in den Nulldurchgangspunkt R₀ übergehen. In diesem Falle wird der Schwellenwert TH auf den Nulldurchgangspunkt TDC im Zeitpunkt der Fehlzündung oder auf einen Punkt (TDC + α) eingestellt, der um einen vorgeschriebenen Winkel später als der obere Totpunkt TDC liegt. In Schritt S5 wird dann entschieden, ob der Nulldurchgangspunkt des differenzierten Signals D später als TDC oder (TDC + α) liegt.

Fig. 4 veranschaulicht ein Fehlzündungserfassungsgerät gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die im wesentlichen dem Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entspricht, ausgenommen, daß die Differenziereinrichtung 120 der Fig. 1 fortgelassen ist. Bei der Ausführungsform der Fig. 4 entsprechen der Drucksensor 210 und die Schnittstelle 219 den Komponenten 110 und 119 der Fig. 1, wobei sich jedoch die Betriebsweise der Motorsteuereinheit 214 von derjenigen der entsprechenden Einheit 114 der Fig. 1 unterscheidet. Im einzelnen weist die Steuereinheit 214 zusätzlich zum Schwellenwertrechner 216 einen Komparator 217 und eine Fehlzündungsermittlungseinrichtung 218 auf, die jeweils den entsprechenden Komponenten 116, 117 und 118 der Fig. 1 entsprechen. Sie weist weiter einen Signalprozessor 215 auf, dessen Betriebsweise sich von derjenigen des entsprechenden Prozessors 115 der Fig. 1 unterscheidet, und der das vom Drucksensor 210 über die Schnittstelle 219 gelieferte Ausgangssignal P direkt empfängt und zur Erzeugung eines Arbeisthub-Druckinformationssignals verarbeitet, wie weiter unten beschrieben wird.

Fig. 5 veranschaulicht die Betriebsweise des Gerätes der Fig. 4 beim Einsatz bei dem in Fig. 11 dargestellten Verbrennungsmotor entsprechend einer weiteren Ausprägung des Fehlzündungserfassungsverfahrens der Erfindung. Fig. 6 zeigt die Wellenformen des vom Drucksensor 210 gelieferten Ausgangssignals P, wobei an der Abszisse der Kurbelwinkel bzw. die Kurbelposition und an der Ordinate der Druck abgetragen ist. Es bezeichnen:
α eine Verschiebungskomponente im Drucksensorausgangssignal P;
R₁ bis R₃ einen ersten bis dritten vorgeschriebenen Kurbelwinkel bzw. entsprechende Kurbelwinkelpositionen; P₁′ bis P₃′ einen ersten bis dritten Zylinderdruck, der jeweils bei den Kurbelwinkeln R₁′ bis R₃ erfaßt wird; und TD den oberen Totpunkt eines mit der Kurbelwelle verbundenen Kolbens.

Wie Fig. 5 zeigt, wird zunächst in Schritt S101 ein erster und ein zweiter Zylinderdruck P₁′, P₂′ bei vorgeschriebenen Kurbelpositionen während jedes einer Zündung vorausgehenden Kompressionshubes durch den Drucksensor 210 erfaßt, das heißt, bei einem ersten Winkel R₁ (z. B. 75° vor dem oberen Totpunkt TDC) und bei einem zweiten Kurbelwinkel R₂ (z. B. 5° vor dem oberen Totpunkt TDC).

In Schritt S102 berechnet der Signalprozessor 215 der Motorsteuereinheit (ECU 214) eine Verschiebungskomponente im Ausgangssignal des Drucksensors 210 auf der Basis des ersten und des zweiten Zylinderdruckes P₁′ und P₂′. Im einzelnen werden der erste und der zweite Druck P₁′, P₂′ im Zylinder 1 (vgl. Fig. 11) zunächst auf der Basis der Volumina V₁, V₂ der Verbrennungskammer 2 (vgl. Fig. 11) beim ersten und zweiten Kurbelwinkel R₁′ R₂ unter Anwendung des Gesetzes von Boyle-Sharle wie folgt:

(P₁′-α)V₁=(P₂′-α)V₂.

Somit gilt:

P₁′×V₁-P₂′×V₂=(V₁-V₂)α.

Aus dieser Gleichung wird die Verschiebungskomponente α; wie folgt berechnet:

α=(P₁′×V₁-P₂′×V₂)/(V₁-V₂) (1)

Anschließend veranlaßt die Motorsteuereinheit 214 in Schritt S103 auf der Basis des von einem nicht dargestellten Signalgenerator gelieferten Bezugskurbelwinkelsignals, welches vorbestimmte Kurbelwinkelpositionen der jeweiligen Zylinder des Motors darstellt, die Zündkerze 3 (vgl. Fig. 11) , sich bei einem vorgeschriebenen Kurbelwinkel in der Nähe des oberen Totpunktes TDC zu entladen. Dann erfaßt der Drucksensor 210 während des Arbeitshubes den Druck in der Verbrennungskammer 2 (d. h., einen dritten Zylinderdruck P₃′) bei einem vorgeschriebenen Kurbelwinkel R₃ (z. B. um 30° nach dem oberen Totpunkt). Dabei ist der so erfaßte dritte Zylinderdruck P₃i′ ein hoher bzw. großer Wert, wie durch die voll ausgezogene Kurve in Fig. 6 dargestellt ist, sofern es im Zylinder 1 eine normale Verbrennung gab. Der Wert ist jedoch klein bzw. niedrig, falls eine Fehlzündung aufgetreten ist, wie durch die strichpunktierte Linie in Fig. 6 dargestellt ist. In Schritt S104 berechnet der Signalprozessor 215 beim dritten Kurbelwinkel R₃ auf der Basis der durch die obige Gleichung (1) angegebenen Verschiebungskomponente α sowie des so erfaßten dritten Zylinderdruckes P₃′ ein Arbeitshub-Druckinformationssignal β₁ und zwar wie folgt:

β₁=|(P₂′-α)V₂-(P₃′-α)V₃| (2)

An dieser Stelle sei bemerkt, daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal β₁ nicht die Verschiebungskomponente α umfaßt und somit ein Wert ist, der durch Veränderungen der Ausgangscharakteristik des Drucksensors 110 nicht beeinfluß wird und den Druck in der Verbrennungskammer 2 exakt wiedergibt.

Falls infolge einer Fehlzündung keine normale Verbrennung stattfindet, bewegt sich der Kolben 4 im Zylinder 1 lediglich auf und ab, ohne Explosion, so daß folgende Gleichung gilt:

(P₂′-α)V₂=(P₃′-α)V₃ (3)

In diesem Falle nimmt β₁ in Gleichung (2) den Wert Null an.

Falls jedoch im Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat, gilt Gleichung (3) nicht und β₁ wird größer als Null.

Dementsprechend berechnet der Schwellenwertrechner 216 in Schritt S105 einen Schwellenwert TH₁, um eine genaue Ermittlung der normalen Verbrennung oder der Fehlzündung im Zylinder für das so erhaltene Arbeitshub-Druckinformationssignal β₁ durchzuführen. In Schritt S106 vergleicht dann der Komparator 217 das Signal β₁ mit dem Schwellenwert TH₁, um zu entscheiden, ob das Signal β₁ den Schwellenwert TH₁ überschreitet oder nicht.

In Schritt S107 ermittelt die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung 218 im Falle, daß das Signal β₁ größer als der Schwellenwert TH₁ ist, daß eine normale Verbrennung stattgefunden hat. Im gegenteiligen Falle wird in Schritt S108 entschieden, daß der Zylinder einen Zündaussetzer hatte, so daß eine Fehlzündungsmarke für den betreffenden Zylinder gesetzt wird.

Die oben genannten Schritte S101 bis S108 werden vom ersten bis dritten vorgeschriebenen Kurbelwinkel R₁ bis R₃ wiederholt, so daß im Falle, daß in einem Zylinder eine Fehlzündung aufgetreten ist, dieselbe sofort erfaßt wird. In diesem Falle tritt keine ins Gewicht fallende Änderung des Arbeitshub-Druckinformationssignals β₁ auf, selbst dann nicht, wenn das Niveau des dritten Zylinderdruckes P₃′ aufgrund der Verschiebungskomponente α verändert wird. Daher kann eine irrtümliche Erfassung des Verbrennungsstatus in einem Zylinder vermieden werden, so daß jederzeit eine hochzuverlässige Fehlzündungserfassung gewährleistet ist.

Obwohl bei der obigen Ausführungsform nach Fig. 5 die Arbeitshub-Druckinformationssignale β₁ vom ersten bis dritten Kurbelwinkel R₁ bis R₃ auf der Basis des Gesetzes von Boyle-Sharle berechnet werden, kann das dritte davon auf andere Weise berechnet werden. Beispielsweise kann es ein Integrationswert des Ausgangssignals P des Drucksensors 210 sein.

Fig. 7 betrifft eine weitere Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens gemäß der Erfindung, wie es mit dem Gerät der Fig. 4 durchgeführt wird, wobei das Arbeitshub-Druckinformationssignal die Form eines integrierten Wertes des vom Drucksensor 210 gelieferten Ausgangssignals annimmt. In Fig. 7 entsprechen die Schritte S204 bis S206 jeweils den Schritten S104 bis S106 der Fig. 5, während die Schritt S201, S202, S207 und S208 jeweils den Schritten S101, S102, S107 und S108 der Fig. 5 entsprechen. Fig. 8 stellt ein der Fig. 6 entsprechendes Wellenformdiagramm dar, das analytisch einige Schritte der Fig. 7 veranschaulicht.

Bei dieser Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungverfahrens integriert der Signalprozessor 215 in Schritt S203, nachdem die Schritte S201 und S202 abgearbeitet worden sind, in denen die Verschiebungskomponente α in gleicher Weise wie in den Schritten S101 und S102 der Fig. 5 berechnet wurde, das Ausgangssignal des Drucksensors 210, das innerhalb eines Kurbelwinkelbereiches vom zweiten Kurbelwinkel R₂ zum dritten Kurbelwinkel R₃ den Zylinderdruck P kennzeichnet, um einen Integrationswert β₂ wie folgt zu liefern:

b₂=∫P(R)dR

In Schritt S204 wird der so berechnete Integrationswert β₂ auf der Basis der Verschiebungskomponente α modifiziert, die natürlich durch die weiter oben angegebene Gleichung (1) gegeben ist, wobei die folgende Formel herangezogen wird:

β₂=∫P(R)dR-α|R₃-R₂| (4)

Der durch die Formel (4) erfaßte Integrationswert β₂ wird in Fig. 8 durch eine schraffierte Zone wiedergegeben, welche die Verschiebungskomponente α nicht einschließt. In Fig. 8 stellen die voll ausgezogene Linie und die strichpunktierte Linie das Ausgangssignal des Drucksensors 210 jeweils für normale Verbrennung und Fehlzündung dar. Wie aus Fig. 8 klar hervorgeht, tritt ein großer Unterschied im Integrationswert β₂ beim Ausgangssignal D des Drucksensors 210 zwischen der Zeit normaler Verbrennung und der Zeit der Fehlzündung auf, so daß der Verbrennungsstatus (d. h., normale Verbrennung oder Fehlzündung) klar auf der Basis des Integrationswertes β₂ bestimmt werden kann.

Anschließend berechnet in Schritt S205 der Schwellenwertrechner 216 einen Schwellenwert TH₂ für den Vergleich mit dem Integrationswert β₂ auf der Basis der Betriebszustände des Motors. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß wenn die Anzahl der Umdrehungen pro Minute des Motors bzw. die Motorbelastung hoch ist, die Höhe des Integrationswertes β₂ ansteigt, so daß der Schwellenwert TH₂ mit dem Ansteigen der Motorumdrehungszahl bzw. der Motorbelastung auf einen höheren Wert eingestellt wird.

Dann wird in Schritt S206 der Integrationswert β₂ mit dem Schwellenwert TH₂ verglichen. Falls β₂ < TH₂ ist, wird in Schritt S207 konstatiert, daß im Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat; während wenn β₂ ≦ TH₂ ist, wird in Schritt S208 entschieden, daß im Zylinder eine Fehlzündung aufgetreten ist, und es wird eine Fehlzündungsmarke gesetzt. Danach erfolgt ein Rücksprung.

Fig. 9 veranschaulicht noch eine weitere Ausbildungsform des Fehlzündungserfassungsverfahrens gemäß der Erfindung, wie es vom Gerät der Fig. 4 durchgeführt wird. In dieser Figur entsprechen die Schritte 304 bis 306 jeweils den Schritten S104 bis S106 der Fig. 4, während die Schritte S301, S303, S307 und S308 jeweils die gleichen sind wie die Schritte S101, S103, S107 und S108 der Fig. 5. Fig. 10 stellt ein Wellenformdiagramm entsprechend der Fig. 6 dar, das jedoch analytisch einige der Schritte der Fig. 9 veranschaulicht.

Bei dieser Ausführungsform werden zunächst in Schritt S301 ein erster und ein zweiter Zylinderdruck P₁′, P₂′ bei einem ersten und einem zweiten Kurbelwinkel R₁, R₂ durch den Drucksensor 210 erfaßt. Dann berechnet in Schritt S302 der Signalprozessor 215 beim Erreichen eines dritten Kurbelwinkels R₃ einen Bezugszylinderdruck P₃′′ auf der Basis der so erfaßten ersten und zweiten Zylinderdrücke P₁′, P₂′, und zwar in der nachfolgend beschriebenen Weise. Im einzelnen ist zunächst die Tatsache zu berücksichtigen, daß die Wellenform des vom Drucksensor 210 gelieferten Ausgangssignals in bezug auf den oberen Totpunkt TDC symmetrisch ist, wie durch die strichpunktierte Kurve der Fig. 10 dargestellt ist. Falls eine Fehlzündung aufgetreten ist, wird zunächst ein vierter Kurbelwinkel R₄ bestimmt, der in bezug auf den oberen Totpunkt TDC symmetrisch zum zweiten Kurbelwinkel R₂ liegt. Dann wird der Bezugszylinderdruck P₃′′ auf der Basis eines Winkelunterschiedes bzw. -abstandes zwischen dem dritten Kurbelwinkel R₃ und dem vierten Kurbelwinkel R₄ sowie der Abnahme des Drucksensorausgangssignals zwischen dem ersten Kurbelwinkel R₁ und dem zweiten Kurbelwinkel R₂ durch lineare Interpolation berechnet. Das heißt, daß der Bezugszylinderdruck P₃′′ beim dritten Kurbelwinkel R₃ im Falle der Fehlzündung durch folgende Gleichung gegeben ist:

P₃″=P₂′-ΔP(R₄-R₃)/(R₁-R₂)

dabei ist:

ΔP=P₁′-P₂′.

Anschließend wird in Schritt S303 durch den Drucksensor 210 ein dritter Zylnderdruck P₃′ bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels R₃ erfaßt. In Schritt S304 berechnet dann der Signalprozessor 215 die zwischen P₃′′ und P₃′ bestehende Abweichung wie folgt:

β₃=P₃″-P₂″ (5)

Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, besteht kein Zusammenhang zwischen der so erhaltenen Abweichung β₃ und der Verschiebungskomponente α, und somit weist das Arbeitshub-Druckinformationssignal keine solche Komponente α auf.

In Schritt S305 wird für den Vergleich mit der Abweichung β₃ ein Schwellenwert TH₃ berechnet, während in Schritt S306 die Abweichung β₃ mit dem Schwellenwert TH₃ verglichen wird. Falls β₃ < TH₃ ist, wird in Schritt S307 entschieden, daß im Zylinder eine normale Verbrennung stattgefunden hat, während wenn β₃ TH₃ ist, wird in Schritt S308 entschieden, daß im Zylinder eine Fehlzündung aufgetreten ist, und es wird eine Fehlzündungsmarke gesetzt. Anschließend erfolgt ein Rücksprung.

Claims

1. Fehlzündungserfassungsgerät für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Komponenten aufweist:
einen Drucksensor zum Erfassen des Druckes in einem Zylinder des Motors und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals;
eine Differenziereinrichtung zum Differenzieren des Ausgangssignals des Drucksensors und zum Erzeugen eines entsprechenden Ausgangssignals;
einen Signalprozessor zum Verarbeiten des Ausgangssignals der Differenziereinrichtung zwecks Erzeugung eines Arbeitshub-Druckinformationssignals;
einen Schwellenwertrechner zum Berechnen eines Schwellenwertes für die Fehlzündungsbestimmung;
einen Komparator zum Vergleichen des vom Signalprozessor gelieferten Arbeitshub-Druckinformationssignals mit dem vom Schwellenwertrechner gelieferten Schwellenwert; und
eine Fehlzündungsbestimmungseinrichtung zur Entscheidung darüber, ob aufgrund des vom Komparator durchgeführten Vergleichs im Zylinder eine Fehlzündung stattfand oder nicht.

2. Fehlzündungserfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal die Gestalt eines Spitzenwertsignals besitzt, welches eine Spitze im Ausgleichssignal der Differenziereinrichtung darstellt;
daß der Schwellenwert die Gestalt eines Bezugswertes zwischen einer hohen und einer niedrigen Spitze bildet, den das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung jeweils zur Zeit einer normalen Verbrennung und einer Fehlzündung im Zylinder annimmt; und
daß die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder konstatiert, wenn das Spitzenwertsignal kleiner als der Bezugswert oder gleich groß wie dieser ist.

3. Fehlzündungserfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal das von der Differenziereinrichtung gelieferte Differenziersignal für einen Signalbereich darstellt, der sich vom oberen Totpunkt des Kolbens im Zylinder bis zum Nulldurchgangspunkt erstreckt, bei welchem das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung während des Arbeitshubes bei normaler Verbrennung den Nullpunkt passiert;
daß der Schwellenwert die Form eines Nullbezugswertes besitzt; und
daß die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder konstatiert, wenn das differenzierte Signal kleiner als der Nullbezugswert ist oder diesem entspricht.

4. Fehlzündungserfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal den Integrationswert des von der Differenzierungseinrichtung gelieferten differenzierten Signals für einen Bereich darstellt, der vom oberen Totpunkt des Kolbens im Zylinder bis zum Nulldurchgangspunkt reicht, bei welchem das Ausgangssignal der Differenziereinrichtung während des Arbeitshubes bei normaler Verbrennung den Nullpunkt passiert;
daß der Schwellenwert ein Nullbezugswert ist; und
daß die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder konstatiert, wenn der Integrationswert kleiner als der Nullbezugswert ist oder diesem entspricht.

5. Fehlzündungserfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal die Gestalt eines Nulldurchtrittspunktes im Ausgangssignal der Differenziereinrichtung besitzt;
daß der Schwellenwert die Gestalt eines Bezugskurbelwinkels besitzt, bei dem der Kolben im Zylinder den oberen Totpunkt erreicht; und
daß die Fehlzündungsbestimmungseinrichtung das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder konstatiert, wenn der Nulldurchgangspunkt im Ausgangssignal der Differenziereinrichtung früher als der Bezugskurbelwinkel oder gleichzeitig mit diesem auftritt.

6. Fehlzündungserfassungsverfahren zur Erfassung von Fehlzündungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensor bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung einer im Ausgangssignal des Drucksensors enthaltenen Verschiebungskomponente aufgrund der Drücke im Zylinder, wie sie bei Erreichen des ersten und des zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurden;
Erfassung des Druckes im Zylinder durch einen Drucksensor während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes bei Erreichen eines dritten Kurbelwinkels;
Erzeugung eines Arbeitshub-Druckinformationssignals auf der Basis des Zylinderdruckes, wie er vom Drucksensor bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels gemessen wurde, sowie auf der Basis der Verschiebungskomponente im Drucksensorausgangssignal;
Berechnung eines für den Vergleich mit dem Arbeitshub-Druckinformationssignals geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich des Arbeitshub-Druckinformationssignals mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung über das Vorliegen einer Fehlzündung im Zylinder, wenn das Arbeitshub-Druckinformationssignal dem Schwellenwert entspricht oder kleiner als dieser ist.

7. Fehlzündungserfassungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitshub-Druckinformationssignal (β) wie folgt berechnet wird: β=(P₂′-α)V₂-(P₃′-α)V₃,darin ist: α die Verschiebungskomponente; P₂′ der beim zweiten Kurbelwinkel erfaßte Zylinderdruck; P₃′f der beim dritten Kurbelwinkel erfaßte Zylinderdruck; V₂ das Volumen der Verbrennungskammer im Zylinder beim zweiten Kurbelwinkel; und V₃ das Volumen der Verbrennungskammer im Zylinder beim dritten Kurbelwinkel.

8. Fehlzündungserfassungsverfahren zur Erfassung von Fehlzündungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensor bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung einer im Ausgangssignal des Drucksensors enthaltenen Verschiebungskomponente auf der Basis der Drücke im Zylinder, wie sie bei Erreichen des ersten und zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurden;
Integration des Druckes im Zylinder, wie er vom Drucksensor während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes in einem Bereich gemessen wurde, der vom zweiten Kurbelwinkel bis zum dritten Kurbelwinkel reicht;
Modifikation des integrierten Zylinderdruckes auf der Basis der wie oben berechneten Verschiebungskomponente, um einen modifizierten integrierten Zylinderdruck zu liefern;
Berechnung eines für den Vergleich mit dem integrierten Zylinderdruck geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich des modifizierten integrierten Zylinderdruckes mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung der Fehlzündung im Zylinder, wenn der modifizierte integrierte Zylinderdruck dem Schwellenwert entspricht oder kleiner ist als dieser.

9. Fehlzündungserfassungsverfahren zur Erfassung von Fehlzündungen im Zylinder eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassung des Druckes im Zylinder während des Kompressionshubes durch einen Drucksensor bei Erreichen eines ersten und eines zweiten Kurbelwinkels;
Berechnung des Druckes im Zylinder während eines auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels, wie er bei Erreichen des ersten und zweiten Kurbelwinkels erfaßt wurde;
Erfassung des Druckes im Zylinder durch den Drucksensor bei Erreichen des dritten Kurbelwinkels;
Berechnung einer Abweichung zwischen dem erfaßten Zylinderdruck und dem berechneten Zylinderdruck jeweils für den Zeitpunkt des Erreichens des dritten Kurbelwinkels;
Berechnung eines für den Vergleich mit der Abweichung geeigneten Schwellenwertes;
Vergleich der Abweichung mit dem Schwellenwert; und
Ermittlung der Fehlzündung im Zylinder, wenn die Abweichung dem Schwellenwert entspricht oder kleiner als dieser ist.

10. Fehlzündungserfassungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Berechnung des Druckes im Zylinder beim dritten Kurbelwinkel folgende Teilschritte aufweist:
Berechnen eines vierten Kurbelwinkels R₄ während des auf den Kompressionshub folgenden Arbeitshubes, bei dem der Druck im Zylinder erwartungsgemäß dem Zylinderdruck P₂′ beim zweiten Kurbelwinkel R₂ entspricht, falls im Zylinder eine Fehlzündung auftritt; und
Berechnen des Zylinderdruckes P₃′′ beim dritten Kurbelwinkel R₃ nach folgender Vorschrift: P₃″=P₂′-P(R₄-R₃)/(R₁-R₂)wobei P die Differenz zwischen dem Zylinderdruck P₁′ beim ersten Kurbelwinkel R₁ und dem Zylinderdruck P₂′′ beim zweiten Kurbelwinkel R₂ darstellt.