EP0801226A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches - Google Patents

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EP0801226A2
EP0801226A2 EP97104744A EP97104744A EP0801226A2 EP 0801226 A2 EP0801226 A2 EP 0801226A2 EP 97104744 A EP97104744 A EP 97104744A EP 97104744 A EP97104744 A EP 97104744A EP 0801226 A2 EP0801226 A2 EP 0801226A2
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EP
European Patent Office
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ignition
test pulse
pulse
combustion
evaluated
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EP0801226A3 (de
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Hubert Nolte
Martin Herrs
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Stiebel Eltron GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/021—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using an ionic current sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1458—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation

Definitions

  • the invention relates to a method for evaluating the quality of a fuel-air mixture in a combustion phase, in particular in a gasoline engine, in which an electrical ignition pulse initiating the combustion phase is applied cyclically to a spark plug in a combustion chamber. Furthermore, the invention relates to a device for performing such a method.
  • gasoline engines are operated with a (rich) fuel-air mixture whose lambda value (fuel / air ratio) is around 1. Such an operation is not always satisfactory with regard to the combustion exhaust gases and the fuel consumption.
  • Gasoline engines are also known which are operated with a lean fuel-air mixture (lambda value> 1). This reduces fuel consumption. However, knocking can occur, which is undesirable.
  • DE 28 02 196 C2 describes an ion current probe for detecting the ionization state of reaction mixtures.
  • the ion current probe is connected to an evaluation device for the ion current to form a control or display variable.
  • an ignition voltage is applied to the ion current probe, which can be formed by a spark plug.
  • DE 42 39 803 C2 proposes an ionization current detector device for an internal combustion engine. This is intended to confirm the combustion of the gas mixture by determining a combustion pulse. It can only be recorded whether a combustion took place or not.
  • the object of the invention is to propose a method and a device for evaluating a fuel-air mixture of a combustion phase in order to enable low-pollutant, fuel-saving and knock-free operation of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine.
  • the above object is achieved in a method of the type mentioned at the outset in that the ignition pulse follows during the combustion phase electrical test pulse is applied to the spark plug and that the influencing of the test pulse by the respective fuel-air mixture of the combustion chamber is detected as an electrical variable.
  • the mixture ratio (lambda value) of the fuel / air mixture present in each case in a single combustion phase in the combustion chamber is determined using the spark plug which is present anyway.
  • the spark plug acts as an ionization electrode in the combustion chamber, the ionization of the fuel-air mixture in the combustion chamber depending on the mixture ratio correspondingly influencing the electrical test pulse.
  • the active specification of a defined test pulse leads to signals that are more reproducible and easier to evaluate than a passive evaluation of the ionization of the combustion gases.
  • the electrical variable derived from influencing the test pulse can be used to control the mixture ratio of the following combustion phase and / or the following combustion phases. This can be done by correspondingly increasing and / or reducing the fuel supply and / or the air supply in order to achieve the desired value of the mixture ratio.
  • the ignition timing is also adjusted in the range of the mixture ratio at which the engine tends to "knock” in order to avoid “knocking” in the following combustion processes.
  • the optimal mixture ratio and the optimum ignition timing for the next combustion phase can be set after each combustion phase (work cycle of the gasoline engine) or each test pulse.
  • a gasoline engine usually has several combustion chambers (cylinders).
  • the invention makes it possible to separately detect and set the mixture ratio and, if necessary, the ignition timing for each cylinder.
  • a device for performing the method is characterized by the features of claims 12 to 14. This electrical device is easy to integrate into a conventional ignition system.
  • a gasoline engine has several combustion chambers (1), one of which is shown in FIG. 5.
  • a spark plug (2) is arranged in the combustion chamber (1).
  • a fuel-air mixture can be supplied to the combustion chamber (1) via a valve (not shown), the mixture ratio of which can be set, for example, with an ice spray nozzle (3) and a throttle valve (4).
  • the spark plug (2) is connected to a secondary winding (5) of an ignition coil (6), in front of whose primary winding (7) there is an interrupter (8).
  • An ignition distributor (9) distributes the ignition pulses to the spark plugs (2) of the combustion chambers.
  • the combustion phase (V) of a combustion chamber (1) of a four-stroke gasoline engine is indicated in FIGS. 1 to 4.
  • This begins with an ignition pulse (Z) triggered by the spark plug (2) via the interrupter (8) and the ignition coil (6) and which has an ignition voltage of 15 kV, for example.
  • a test pulse generator (10) which is shown in broken lines, is generated by a test pulse generator (10) by a time delay after the ignition point (t0) during each combustion phase (V).
  • the test pulse generator (10) is coupled to the interrupter (8) or the secondary winding (5) of the ignition coil (6) via a signal line (11).
  • the test pulse (P) is a rectangular pulse that includes the combustion phase (V).
  • the test pulse begins after the time delay (tv) at time (t1).
  • the time delay (tv) is such that the test pulse starts before the start of the actual combustion phase (V).
  • the time delay (Tv) is less than 1ms; for example, it is 0.1 ms.
  • the time delay (tv) filters out the ringing of the ignition voltage.
  • the test pulse (P) ends at time (t2) after the combustion phase (V). Its duration (tp) is about 15ms maximum.
  • the amplitude (U0) remains constant in front of the resistor (R1) for the duration of the test pulse and is reduced behind the resistance (R1) by a possible ionization.
  • the amplitude of the test pulse (P) is significantly smaller than the ignition voltage (Uz) of the spark plug.
  • the maximum value (U0) of the amplitude is approximately between 100 V and 1000 V, for example at 600 V.
  • the test pulse (P) is applied to the spark plug (2) via a measuring resistor (R1).
  • An evaluation circuit (12) located at the measuring resistor (R1) detects the change in the amplitude or the measurement signal curve (Pio) compared to the test pulse (P) as a function of the respective mixture ratio in the combustion chamber (1) as a result of the different ionization of the fuel-air mixture. with the maximum value (U0).
  • measuring lines (16, 17) in front of and behind the measuring resistor (R1) are placed on the evaluation circuit (12) and apply a differential voltage to them.
  • FIGS. 2, 3 and 4 show such changes in amplitude or changes in measurement signals on the basis of measurement results.
  • the measurement signal pulse (Pio) with an amplitude (U1) results (cf.FIG. 2A, 2B, 2C).
  • a measurement signal pulse (Pio ) with a Amplitude (U2) results (cf. FIGS. 4A, 4B, 4C).
  • the respective change in the resulting measurement signal pulse (Pio) compared to the test pulse is thus a measure of the respective mixture ratio in the combustion chamber (1) in the combustion phase (V).
  • This change is detected by the evaluation circuit (12) and evaluated to control the injection nozzle (3) via a control line (13) and / or to control the throttle valve (4) via a control line (14) and to control the ignition timing of the breaker (8) via a control line (15).
  • a setpoint value (S) is set to the evaluation circuit (12), which specifies the desired mixture ratio.
  • the evaluation circuit (12) adjusts the fuel and / or air supply via the control lines (13, 14).
  • the test pulse (P) is applied to the spark plug (2) via the measuring resistor (R1).
  • the secondary winding (5) is decoupled from the test pulse (P) by one or more voltage-dependent resistors (R2). This is effective on the spark plug (2), but not on the secondary winding (5).
  • the voltage-dependent resistors (R2) are in series with the secondary winding (5). They represent a small resistance for the ignition voltage (Uz) and a large resistance for the test pulse (P). This results in a simple circuit which, on the one hand, ensures that the ignition pulse (Z) acts undisturbed on the spark plug (2) can and on the other hand the test pulse (P) after the ignition pulse (7) reaches the spark plug (2) undisturbed.
  • the ignition distributor (9) lies between the voltage-dependent resistors (R2) and the spark plug (2), it detects the Circuit described the combustion phase (V) in each combustion chamber (1) individually.
  • the evaluation of the measurement signal pulse (Pio) can be carried out in different ways by appropriate design of the evaluation circuit (12):
  • the evaluation circuit (12) integrates the course of the measurement signal pulse (Pio), which results from the influence of the test pulse (P) by the ionization in the respective combustion process (V), over time, namely the duration of the test pulse (P) ( see Fig. 2A, 3A, 4A).
  • this area is significantly larger with a lambda value of approximately 1 (cf. FIG. 3A) than with lambda ⁇ 1 and lambda> 1 (cf. 2A, 4A), which can be easily evaluated by the evaluation circuit (12) and used to regulate the fuel-air mixture.
  • a timer is started with the start of the test pulse (P) at time (t1) or with the ignition pulse (Z).
  • a measuring window (F) is opened at time (t3) for a very short time compared to the duration of the combustion process (V).
  • the evaluation circuit (12) detects the respective level of the measurement signal (Pio) in this measurement window (F) (cf. FIGS. 2B, 3B, 4B).
  • the comparison of the level of the measurement signals (Pio) in the measurement windows (F) in FIGS. 2B, 3B, 4B shows that the measurement signal at the time of measurement (t3) with a lambda value of approximately 1 (see FIG. 3B) is significantly larger than with a lambda value ⁇ 1 and a lambda value> 1 (cf. FIGS. 2B, 4B). This can be easily evaluated by the evaluation circuit (12) and used to regulate the air / fuel mixture.
  • the start (t1) and end (t2) of the test pulse (P) can be placed close to the measurement window (F).
  • the evaluation circuit (12) specifies a threshold value (Uschw) which is smaller than the amplitudes (U1, U2, U3).
  • the evaluation circuit (12) detects the time period (tschw) after which the measurement signal (Pio) reaches the threshold value (Uschw).
  • the start of the time period (tschw) can be set to the time (t1) of the start of the test pulse (P) (see FIG. 2C, 3C, 4C) or to the ignition point (t0).
  • a combination of the methods according to C and A is also possible.
  • the threshold value (Uschw) When the threshold value (Uschw) is reached, the integration according to A is started. This suppresses the influence of disturbing measurement signal fluctuations, which are below the threshold value (Uschw) and within the time period (tschw), on the integration result.

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Abstract

Durch ein Verfahren und eine Vorrichtung soll die Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase, insbesondere bei einem Ottomotor, ausgewertet werden, um einen schadstoffarmen, kraftstoffsparenden und klopffreien Betrieb zu ermöglichen. Es wird hierfür während der Verbrennungsphase(V) folgend auf den Zündimpuls(Z) ein elektrischer Prüfimpuls(P) an die Zündkerze gelegt. Die Beeinflussung des Prüfimpulses durch das jeweilige Kraftstoff-Luftgemisch des Verbrennungsraumes wird als elektrische Größe erfaßt und ausgewertet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase, insbesondere bei einem Ottomotor, bei dem zyklisch ein die Verbrennungsphase einleitender elektrischer Zündimpuls an eine Zündkerze eines Verbrennungsraumes gelegt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Nach dem Stand der Technik werden Ottomotoren mit einem (fetten) Kraftstoff-Luftgemisch betrieben, dessen Lambdawert (Kraftstoff/Luftverhältnis) um 1 liegt. Eine solche Betriebsweise ist hinsichtlich der Verbrennungsabgase und des Kraftstoffverbrauchs nicht immer befriedigend.
  • Es sind auch Ottomotoren bekannt, die mit einem mageren Kraftstoff-Luftgemisch (Lambdawert >1) betrieben werden. Dadurch wird der Kraftstoffverbrauch reduziert. Es kann jedoch zum "Klopfen" kommen, was unerwünscht ist.
  • Bei den bekannten Motoren wird nicht das Kraftstoff-Luftverhältnis einzelner Verbrennungsphasen ausgewertet, so daß Regelungen des Kraftstoff-Luftverhältnisses entsprechend unscharf sind.
  • In der DE 28 02 196 C2 ist eine Ionenstromsonde zur Erfassung des Ionisationszustandes von Reaktionsgemischen beschrieben. Die Ionenstromsonde ist mit einer Auswerteeinrichtung für den Ionenstrom zur Bildung einer Steuer- oder Anzeigegröße verbunden. Zum Abbrennen von Rückständen wird an die Ionenstromsonde, die von einer Zündkerze gebildet sein kann, eine Zündspannung gelegt.
  • In der DE 42 39 803 C2 ist eine Ionisationsstromdetektoreinrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen. Mit dieser soll die Verbrennung des Gasgemisches durch die Ermittlung eines Verbrennungsimpulses bestätigt werden. Es kann nur erfaßt werden, ob eine Verbrennung erfolgte oder nicht erfolgte.
  • Aus der DE-PS 34 45 539 ist eine Auswertung des Lambdawertes bekannt, bei der die Zeit zwischen dem Zündimpuls und dem Ausbreiten der Flammenfront erfaßt wird. Diese Zeit repräsentiert den Ist-Lambdawert. Zur Messung der Ausbreitung der Flammenfront dient eine separat im Verbrennungsraum montierte Elektrode.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswerten eines Kraftstoff-Luftgemisches einer Verbrennungsphase vorzuschlagen, um einen schadstoffarmen, kraftstoffsparenden und klopffreien Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Ottomotors, zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß während der Verbrennungsphase folgend auf den Zündimpuls ein elektrischer Prüfimpuls an die Zündkerze gelegt wird und daß die durch das jeweilige Kraftstoff-Luftgemisch des Verbrennungsraumes erfolgende Beeinflussung des Prüfimpulses als elektrische Größe erfaßt wird.
  • Dadurch ist erreicht, daß unter Verwendung der ohnehin vorhandenen Zündkerze das Gemischverhältnis (Lambdawert) des in einer einzelnen Verbrennungsphase im Verbrennungsraum jeweils vorliegenden Kraftstoff/Luftgemisches ermittelt wird. Die Zündkerze wirkt im Verbrennungsraum als Ionisationselektrode, wobei die von dem Gemischverhältnis abhängige Ionisierung des im Verbrennungsraum jeweils befindlichen Kraftstoff-Luftgemisches den elektrischen Prüfimpuls entsprechend beeinflußt. Die aktive Vorgabe eines definierten Prüfimpulses führt zu besser reproduzierbaren und besser auswertbaren Signalen als eine nur passive Auswertung der Ionisierung der Verbrennungsgase.
  • Die aus der Beeinflussung des Prüfimpulses abgeleitete elektrische Größe läßt sich zur Steuerung des Gemischverhältnisses der folgenden Verbrennungsphase und/oder der folgenden Verbrennungsphasen verwenden. Dies kann dadurch geschehen, daß die Kraftstoffzufuhr und/oder die Luftzufuhr entsprechend erhöht und/oder reduziert wird, um den Sollwert des Gemischverhältnisses zu erreichen. Vorzugsweise wird im Bereich des Gemischverhältnisses, bei dem der Motor zum "Klopfen" neigt, auch der Zündzeitpunkt nachgestellt, um ein "Klopfen" bei folgenden Verbrennungsvorgängen zu vermeiden.
  • Im Grenzfall kann nach jeder Verbrennungsphase (Arbeitstakt des Ottomotors) bzw. jedem Prüfimpuls das optimale Gemischverhältnis und der optimale Zündzeitpunkt für die nächste Verbrennungsphase eingestellt werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, aus mehreren Prüfimpulsen aufeinanderfolgender Verbrennungsphasen einen Mittelwert zu bilden und mit diesem die Nachstellung für eine oder mehrere folgende Verbrennungsphasen vorzunehmen und/oder aufgrund des Prüfimpulses einer Verbrennungsphase die Nachstellung für mehrere nachfolgende Verbrennungsphasen vorzunehmen.
  • Ein Ottomotor hat üblicherweise mehrere Verbrennungsräume (Zylinder). Durch die Erfindung ist es möglich, das Gemischverhältnis und nötigenfalls den Zündzeitpunkt für jeden Zylinder separat zu erfassen und einzustellen.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die Merkmale der Ansprüche 12 bis 14 gekennzeichnet. Diese elektrische Vorrichtung ist einfach in eine übliche Zündanlage zu integrieren.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1 ein Zeitdiagramm einer Verbrennungsphase (Arbeitstakt eines Ottomotors) mit Zündimpuls und Prüfimpuls,
    • Figur 2 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei einem fetten Gemisch, z.B. Lambda 0,8,
    • Figur 3 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei Lambda um 1,
    • Figur 4 A,B,C Meßdiagramme des Prüfimpulses bei sehr magerem Gemisch, z.B. Lambda >1,
      wobei bei den Meßdiagrammen 2A, 3A und 4A eine Integralmessung, bei den Meßdiagrammen 2B, 3B, 4B eine Spannungsmessung in einem vorgegebenen Zeitfenster und bei den Meßdiagrammen 2C, 3C, 4C eine vom Erreichen eines Spannungsschwellwertes abhängige Zeitmessung erfolgt,
    • Figur 5 schematisch ein Schaltbild zur Erzeugung und Auswertung des Prüfimpulses nach den Figuren 1 bis 4.
  • Ein Ottomotor weist mehrere Verbrennungsräume(1) auf, von denen in der Figur 5 einer gezeigt ist. In dem Verbrennungsraum(1) ist eine Zündkerze(2) angeordnet. Über ein nicht dargestelltes Ventil ist dem Verbrennungsraum(1) ein Kraftstoff-Luftgemisch zuführbar, dessen Gemischverhältnis beispielsweise mit einer Eispritzdüse(3) und einer Drosselklappe(4) einstellbar ist.
  • Die Zündkerze(2) ist an eine Sekundärwicklung(5) einer Zündspule(6) angeschlossen, vor deren Primärwicklung(7) ein Unterbrecher(8) liegt. Ein Zündverteiler(9) verteilt die Zündimpulse auf die Zündkerzen(2) der Verbrennungsräume.
  • In den Figuren 1 bis 4 ist die Verbrennungsphase(V) eines Verbrennungsraums(1) eines Viertakt-Ottomotors angedeutet. Diese beginnt mit einem über den Unterbrecher(8) und die Zündspule(6) von der Zündkerze(2) ausgelösten Zündimpuls(Z), der beispielsweise eine Zündspannung von 15 kV hat. Sie endet je nach der Motordrehzahl nach einigen ms, wonach das Abgas aus dem Verbrennungsraum(1) ausgeschoben wird. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 bis 4 wird um tv zeitverzögert nach dem Zündzeitpunkt(t0) während jeder Verbrennungsphase(V) von einem Prüfimpulsgenerator(10) ein strichliert dargestellter Prüfimpuls(P) erzeugt. Zur Erfassung des Zündzeitpunktes ist der Prüfimpulsgenerator(10) über eine Signalleitung(11) mit dem Unterbrecher(8) oder der Sekundärwicklung(5) der Zündspule(6) gekoppelt. Der Prüfimpuls(P) ist ein Rechteckimpuls, der die Verbrennungsphase(V) einschließt.
  • Der Prüfimpuls beginnt nach der Zeitverzögerung(tv) zum Zeitpunkt(t1). Die Zeitverzögerung(tv) ist so bemessen, daß der Prüfimpuls vor dem Beginn der eigentlichen Verbrennungsphase(V) einsetzt. Die Zeitverzögerung(Tv) ist kleiner als 1ms; sie liegt beispielsweise bei 0,1ms. Durch die Zeitverzögerung(tv) werden Nachschwingungen der Zündspannung ausgefiltert. Der Prüfimpuls(P) endet zum Zeitpunkt(t2) nach der Verbrennungsphase(V). Seine Dauer (tp) beträgt etwa maximal 15ms.
  • Die Amplitude(U0) bleibt vor dem Widerstand(R1) während der Dauer des Prüfimpulses konstant und wird hinter dem Widestand(R1) durch eine eventuelle Ionisation verkleinert. Die Amplitude des Prüfimpulses(P) ist wesentlich kleiner als die Zündspannung(Uz) der Zündkerze. Beispielsweise liegt der Maximalwert(U0) der Amplitude etwa zwischen 100 V und 1000 V, beispielsweise bei 600 V.
  • Der Prüfimpuls(P) ist über einen Meßwiderstand(R1) an die Zündkerze(2) gelegt. Eine am Meßwiderstand(R1) liegende Auswerteschaltung(12) erfaßt die sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Gemischverhältnis im Verbrennungsraum(1) infolge der unterschiedlichen Ionisierung des Kraftstoff-Luftgemisches ergebende Änderung der Amplitude bzw. des Meßsignalverlaufs(Pio) gegenüber dem Prüfimpuls(P) mit dem Maximalwert(U0). Hierzu dienen Meßleitungen(16,17) vor und hinter dem Meßwiderstand(R1), die auf die Auswerteschaltung(12) gelegt sind und eine Differenzspannung an diese legen. Die Figuren 2, 3 und 4 zeigen solche Amplitudenänderungen bzw. Meßsignaländerungen anhand von Meßergebnissen.
  • Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda <1 ergibt sich bei der Messung der Mepsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude(U1) (vgl. Fig. 2A, 2B, 2C) Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda etwa 1 ergibt sich bei der Messung ein Meßsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude(U2) (vgl. Fig. 3A, 3B, 3C). Bei einem Gemischverhältnis entsprechend Lambda >1 ergibt sich bei der Messung der Meßsignalimpuls(Pio) mit einer Amplitude (U3) (vgl. Fig. 4A, 4B, 4C). Die jeweilige Änderung des sich ergebenden Meßsignalimpulses(Pio) gegenüber dem Prüfimpuls ist somit ein Maß für das jeweilige Gemischverhältnis in dem Verbrennungsraum(1) in der Verbrennungsphase(V). Diese Änderung erfaßt die Auswerteschaltung(12) und wertet sie zur Steuerung der Einspritzdüse(3) über eine Steuerleitung(13) und/oder zur Steuerung der Drosselklappe(4) über eine Steuerleitung (14) und zur Steuerung des Zündzeitpunktes des Unterbrechers(8) über eine Steuerleitung(15) aus.
  • An die Auswerteschaltung(12) ist ein Sollwert(S) gelegt, der das jeweils gewünschte Gemischverhältnis vorgibt. Entsprechend der Abweichung vom Sollwert(S) stellt die Auswerteschaltung(12) die Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr über die Steuerleitungen(13,14) nach.
  • Bei der Schaltung nach Figur 5 ist der Prüfimpuls(P) über den Meßwiderstand(R1) an die Zündkerze(2) gelegt. Die Sekundärwicklung(5) ist durch einen oder mehrere spannungsabhängige Widerstände(R2) von dem Prüfimpuls(P) entkoppelt. Dieser wird dadurch an der Zündkerze(2), nicht jedoch an der Sekundärwicklung(5) wirksam. Die spannungsabhängigen Widerstände(R2) liegen in Reihe zur Sekundärwicklung(5). Für die Zündspannung(Uz) stellen sie einen kleinen Widerstand und für den Prüfimpuls(P) stellen sie einen großen Widerstand dar. Dadurch ist eine einfache Schaltung erreicht, die einerseits gewährleistet, daß der Zündimpuls(Z) ungestört auf die Zündkerze(2) wirken kann und andererseits der Prüfimpuls(P) nach dem Zündimpuls(7) ungestört zur Zündkerze(2) gelangt.
  • Da der Zündverteiler(9) zwischen den spannungsabhängigen Widerständen(R2) und der Zündkerze(2) liegt, erfaßt die beschriebene Schaltung die Verbrennungsphase(V) in jedem Verbrennungsraum(1) einzeln.
  • Die Auswertung des Meßsignalimpulses(Pio) kann durch entsprechende Auslegung der Auswerteschaltung(12) in unterschiedlicher Weise erfolgen:
  • A: Die Auswerteschaltung(12) integriert den Verlauf des Meßsignalimpulses(Pio), der sich infolge der Beeinflussung des Prüfimpulses(P) durch die Ionisierung im jeweiligen Verbrennungsvorgang(V) ergibt, über die Zeit, nämlich die Dauer des Prüfimpulses(P) (vgl. Fig.2A, 3A, 4A). Wie der Vergleich der schraffierten Flächeninhalte (Integrale) der Meßsignalverläufe in den Figuren 2A, 3A, 4A zeigt, ist dieser Flächeninhalt bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig. 3A) deutlich größer als bei Lambda <1 und Lambda >1 (vgl. Fig. 2A,4A), was von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar ist.
  • B: Mit dem Beginn des Prüfimpulses(P) zum Zeitpunkt(t1) oder mit dem Zündimpuls(Z) wird ein Zeitgeber gestartet. Nach der von diesem vorgegebenen Zeit(ts), die länger als die Zeitverzögerung(tv) ist, wird zum Zeitpunkt(t3) für eine im Vergleich zur Dauer des Verbrennungsvorgangs(V) sehr kurze Zeit ein Meßfenster(F) geöffnet. In diesem Meßfenster(F) erfaßt die Auswerteschaltung(12) die jeweilige Höhe des Meßsignals(Pio) (vgl. Fig. 2B,3B,4B). Der Vergleich der Höhe der Meßsignale(Pio) in den Meßfenstern(F) in den Figuren 2B, 3B, 4B zeigt, daß das Meßsignal zum Meßzeitpunkt(t3) bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig.3B) deutlich größer ist als bei einem Lambdawert <1 und einem Lambdawert >1 (vgl. Fig. 2B,4B). Dies ist von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar.
  • Bei dieser Ausführung ist es nicht notwendig, daß die Dauer des Prüfimpulses(P) den Verbrennungsvorgang(V) ganz einschließt. Der Anfang(t1) und das Ende(t2) des Prüfimpulses(P) können nahe an das Meßfenster(F) gelegt werden.
  • C: Von der Auswerteschaltung(12) wird ein Schwellwert(Uschw) vorgegeben, der kleiner ist als die Amplituden(U1,U2,U3). Die Auswerteschaltung(12) erfaßt die Zeitdauer(tschw), nach der das Meßsignal(Pio) den Schwellwert(Uschw) erreicht. Der Beginn der Zeitdauer (tschw) kann auf den Zeitpunkt(t1) des Beginns des Prüfimpulses(P) (vgl. Fig. 2C,3C,4C) oder auf den Zündzeitpunkt(t0) gelegt werden.
  • Wie der Vergleich der Figuren 2C, 3C, 4C zeigt, ist bei einem Lambdawert von etwa 1 (vgl. Fig.3C) die Zeitdauer (tschw) bis zum Erreichen des Schwellwerts(Uschw) deutlich kürzer als bei Lambda <1 und Lambda >1 (vgl. Fig.2C,4C), was von der Auswerteschaltung(12) einfach auswertbar und zur Regelung des Kraftstoff-Luftgemisches verwendbar ist.
  • D: Es ist auch eine Kombination der Verfahren nach C und A möglich. Dabei wird beim Erreichen des Schwellwerts (Uschw) die Integration nach A gestartet. Dadurch ist der Einfluß von störenden Meßsignalschwankungen, die unterhalb des Schwellwerts(Uschw) und innerhalb der Zeitdauer(tschw) liegen, auf das Integrationsergebnis unterdrückt.
  • Bei den genannten Verfahren A, B, C, D wird nicht direkt erfaßt, ob der jeweilige Verbrennungsvorgang über- oder unterstöchiometrisch ist (Lambda >1 oder Lambda <1). Dies kann jedoch dadurch erfaßt werden, daß die Auswerteschaltung(12) die jeweilige Stellung oder die jeweilige Stellrichtung der Aktorik (Düse 3, Drosselklappe 4) erfaßt, weil die jeweiligen Stellungen oder Stellrichtungen ein Abbild der Betriebsweise im über- oder unterstöchiometrischen Bereich sind.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Auswerten der Qualität eines Kraftstoff-Luftgemisches in einer Verbrennungsphase, insbesondere bei einem Ottomotor, bei dem zyklisch ein die Verbrennungsphase einleitender elektrischer Zündimpuls an eine Zündkerze eines Verbrennungsraums gelegt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß während der Verbrennungsphase(V) folgend auf den Zündimpuls(Z) ein elektrischer Prüfimpuls(P) an die Zündkerze gelegt und daß die durch das jeweilige Kraftstoff-Luftgemisch des Verbrennungsraums erfolgende Beeinflussung des Prüfimpulses(P) als elektrische Größe erfaßt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elektrische Größe zur Steuerung des Gemischverhältnisses des Kraftstoff-Luftgemisches der folgenden Verbrennungsphase(V) oder der folgenden Verbrennungsphasen(V) ausgewertet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die elektrische Größe zur Steuerung des Zündzeitpunktes des oder der folgenden Zündimpulse(Z) ausgewertet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Prüfimpuls(P) etwa der Dauer der Verbrennungsphase(V) entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses (Z) ist, wobei sich der Istwert der Amplitudedes Prüfimpulses(P) entsprechend dem jeweiligen Gemischverhältnis des Kraftstoff-Luftgemisches im jeweiligen Verbrennungsvorgang gegenüber dem Maximalwert (U0) verkleinert und dies ausgewertet wird, und daß die Höhe des infolge des Prüfimpulses(P) auftretenden Meßsignals(Pio) nach einer vorgegebenen Zeit(ts) ausgewertet wird, wobei der Meßzeitpunkt(t3) innerhalb der Dauer des Prüfimpulses(P) liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses (Z) ist, und daß das Integral des durch das jeweilige Mischverhältnis beeinflußten Meßsignalverlaufs(Pio) während des Prüfimpulses(P) ausgewertet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des Prüfimpulses(P) auf einen vorbestimmten Maximalwert(U0) ausgelegt wird, der wesentlich kleiner als die Zündspannung des Zündimpulses(Z) ist, und daß der Zeitpunkt(tschw) des Erreichens eines Meßsignalschwellwerts(Uschw) ausgewertet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ab dem Zeitpunkt des Erreichens des Meßsignalschwellwerts(Uschw) der weitere Meßsignalverlauf durch Integration ausgewertet wird.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einem Ottomotor mit einem den Zündimpuls auslösenden Unterbrecher und einer den Zündimpuls erzeugenden Zündspule,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Prüfimpulsgenerator(10) den Zündzeitpunkt am Unterbrecher(8) erfaßt und mit einer Verzögerungszeit(tv) den Prüfimpuls(P) erzeugt und daß der Prüfimpulsgenerator (10) mit der Zündkerze(2) und einer Auswerteschaltung(12) verbunden ist, die den von dem jeweiligen Kraftstoff-Luftgemisch im Verbrennungsraum(1) beeinflußten Prüfimpuls(P) auswertet.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Prüfimpulsgenerator(10) über einen Meßwiderstand (R1) an die Zündkerze(2) und die Auswerteschaltung(12) gelegt ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein oder mehrere spannungsabhängige Widerstände(R2) in Reihe zur Sekundärwicklung(5) der Zündspule(6) geschaltet sind, und somit den Prüfimpuls(P) von der Sekundärwicklung(5) entkoppeln.
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