DE19781522B4

DE19781522B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Ionisationsdetektion in Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE19781522B4
Application number: DE19781522T
Authority: DE
Inventors: Jan Nytomt
Original assignee: Mecel AB
Current assignee: SEM AB
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: WO1998022709A1; SE507394C2; DE19781522T1; SE9604245L; SE9604245D0

Abstract

Vorrichtung zur Ionisationsdetektion in der Brennkammer eines Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotors (20) mit:
– zumindest einer ersten und einer zweiten Brennkammer, in denen die Kolben parallel laufen, jedoch bezüglich der Arbeitsphase des Viertaktzyklus phasenverschoben sind,
– einem in der ersten und zweiten Brennkammer angeordneten Meßspalt (24a, 24d), dem über Meßschaltkreise (39a, 39b), die für die erste bzw. zweite Brennkammer individualisiert sind, ein im wesentlichen konstantes Spannungsniveau aufgegeben wird, wobei jeder der Meßschaltkreise über Signalleitungen (J1 oder J2) ein vom Ionisationsgrad abhängiges Signal liefert,
dadurch gekennzeichnet, daß
– eine den Meßschaltkreisen (39a, 39b) gemeinsame Signalverarbeitungseinheit (44) mit dem entsprechenden Meßschaltkreis (39a bzw. 39b) mittels einer Schalteinrichtung (51) verbunden wird, die bei der Detektion von Ionisationsströmen nur eine der Signalleitungen (J1 oder J2) von einem der Meßschaltkreise (39a und 39b) mit der Signalverarbeitungseinheit (44) verbindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ionisationsdetektion in Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Ionisationsdetektion in Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Die Zündfolge muß bei Zündanlagen von Viertaktverbrennungsmotoren definiert werden, die mit zumindest einem Kolbenpaar ausgestattet sind, bei dem die Kolben parallel laufen, jedoch um 360 Kurbelwellengrad bezüglich der Arbeitsphase versetzt sind. Dies wird herkömmlicherweise mittels eines Sensors durchgeführt, der auf der Nockenwelle angeordnet ist. Die Nockenwelle dreht sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl, wodurch eine Zylinderidentifikation/Zündfolge definiert werden kann. Durch Detektion des Ionisationsgrades in der Brennkammer, bevorzugt über den Elektrodenspalt der Zündkerze, kann eine Zylinderidentifikation jedoch ohne einen solchen Nockenwellensensor erreicht werden. In einem Zylinder, der sich in dem Arbeitshub befindet, d.h. in dem Hub, während dem die Verbrennung stattfindet, erhöht sich das Ionisationsniveau erheblich gegenüber einem Zylinder, der sich in dem Ansaughub befindet. Es ist jedoch erforderlich, daß die Signalverarbeitungsschaltkreise für die Ionisation in den zwei Zylindern, in denen die Kolben parallel laufen, getrennt gehalten werden. Folglich benötigt ein Vierzylinder-Viertaktmotor, der mit zwei parallel laufenden Kolbenpaaren ausgestattet ist, zumindest zwei Signalverarbeitungsschaltkreise.

Das Patent US-A-4 648 367 stellt eine Zündanlage für einen Vierzylinder-Viertaktverbrennungsmotor vor, bei der eine Zylinderidentifikation durch zwei Ionisationsstromdetektionsschaltkreise erhalten werden kann, welche für die zwei Zylinder vorgesehen sind, in denen die Kolben parallel laufen, jedoch um 360 Kurbelwellengrad bezüglich der Arbeitsphase versetzt sind.

Das Patent EP-A-260 177 zeigt eine Lösung, bei der ein Detektionsschaltkreis und ein Signalverarbeitungsschaltkreis für alle Zylinder ausreichen. Diese Vorrichtung kann jedoch nur zum Zwecke der Klopfdetektion verwendet werden, nicht jedoch wenn das Ziel des Betriebes die Zylinderidentifikation ist, die bei dieser Vorrichtung einen Nockenwellensensor erforderlich macht. Bei einer nockenwellensensorgestützten Anlage wird die Zündfolge durch den Nockenwellensensor festgelegt, wodurch die Anlage die spezifischen Zylinder ermitteln kann, die sich im Arbeitshub befinden. Dies ist von besonderem Interesse, da der Klopfzustand nur während des Arbeitshubes auftreten kann.

Die in der DE-A-42 39 803 ausgeführten Konfigurationen der Detektionsschaltkreise, wie beispielsweise diejenigen aus der US-A-4 648 367 und EP-A-260 177 , scheinen aufzuzeigen, wie die Kosten für die Anlage gesenkt werden können. Dabei wurde ein Hochfrequenzfilter verwendet, um die relevanten Informationen aus dem Ionisationsstrom zu gewinnen, so daß jede Möglichkeit zum Abtrennen von Signalen ausgeschlossen ist, die von Zylindern stammen, in denen Kolben parallel laufen. Unter diesen Bedingungen kann keine Zylinderidentifikation erreicht werden.

Es sind somit mehrere Lösungen bekannt, bei denen die Konfiguration von Detektionsschaltkreisen und Signalverarbeitungsschaltkreisen optimiert worden ist, um die Anzahl der Schaltkreise zu begrenzen. Das bekannte Vorgehen hat jedoch immer zumindest zwei Signalverarbeitungsschaltkreise bei Viertaktmotoren erforderlich gemacht, die zumindest zwei parallel laufende Kolben und eine Zündanlage aufweisen, die in der Lage ist, eine Zylinderidentifikation mittels eines Ionisationsstromdetektionsvertahrens durchzuführen.

DE 42 23 619 A1 zeigt darüber hinaus eine Einrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen in einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist dabei jedem Zylinder eine eigene Zündspule zugeordnet. Eine entsprechende Anzahl von Messschaltkreisen erlaubt die gesonderte Erfassung des Ionisationsstroms in jedem Zylinder. Jeder Messschaltkreis stellt ausgangsseitig ein für den Ionisationsstrom in dem betreffenden Zylinder repräsentatives Messausgangssignal bereit. Die Messausgangssignale der verschiedenen Messschaltkreise werden in einer Signalbildungseinrichtung zusammengeführt, wo aus ihnen ein einzelnes Ionenstromsignal gebildet wird. Dieses wird sodann an eine prozessorgestützte Auswerteeinheit geliefert, die hieraus Informationen über etwaige Fehlzündungen gewinnt. Parallel zu dem Ionenstromsignal wird das Messausgangssignal eines der Messschaltkreise unmittel bar der Auswerteeinheit zugeführt. Dieses unmittelbar zugeführte Messausgangssignal bildet ein Referenzsignal, das die Identifizierung der Zylinder ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anzahl der Signalverarbeitungsschaltkreise für den Ionisationsstrom bei Viertakt-Verbrennungsmotoren zu begrenzen, die mit zumindest zwei parallel laufenden Kolben ausgestattet sind und bei denen die Zylinderidentifikation durch eine Analyse des Ionisationsstroms in der Brennkammer während der Verbrennung erhalten werden kann. Des weiteren soll der relativ teure Signalverarbeitungsschaltkreis vereinfacht werden, um dadurch eine erhebliche Kostensenkung im Hinblick auf die Zündanlage zu erreichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 7 gelöst. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Zylinderidentifikation ohne Nockenwellensensor und mit einer kleineren Anzahl von Signalverarbeitungsschaltkreisen für Viertaktverbrennungsmotoren, die zumindest zwei parallel laufende Kolben aufweisen, durchgeführt werden.

Weitere kennzeichnende Merkmale und Vorteile, welche die Erfindung auszeichnen, sind aus den anderen Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die in der folgenden Auflistung aufgeführten Figuren erfolgt. Es zeigt:
1 einen Verbrennungsmotor mit einem am Motor befestigten Zündsteuerungsmodul und einem Motorsteuerungsmodul, das bezüglich des Motors in einem Abstand angeordnet ist;
2 ein erfindungsgemäßes Zündsteuerungsmodul für einen Viertakt-Ottomotor;
3 einige Adaptionsschaltkreise, d.h. Schnittstellen, für eine bidirektionale Kommunikation;
4 ein Signalstatusdiagramm für ein Triggersignal, ein Verbrennungsqualitätssignal und ein Klopfsignal in Abhängigkeit der Motorstellung (Kurbelwellengrad CD).
Die Erfindung läßt sich auf Verbrennungsmotoren 20 des Ottotyps, 1, anwenden, die mit zumindest einem auf dem Motor angebrachten Zündsteuerungsmodul (ICM – iginition-control modul) und einem Motorsteuerungsmodul (ECM – engine-control modul) ausgestattet sind. Der Verbrennungsmotor des Ausführungsbeispiels ist ein Vierzylinder-Viertaktmotor, der mit zumindest zwei parallel laufenden Kolbenpaaren ausgestattet ist. Bei Kraftfahrzeugen ist das Motorsteuerungsmodul normalerweise mit Abstand zum Motor angeordnet, und zwar entweder an der Stirnwand oder geschützt im Insassenraum des Fahrzeugs. Das Motorsteuerungsmodul kann jedoch bei bestimmten Anwendungen am Motor, jedoch mit Abstand zum Zündsteuerungsmodul, angebracht sein.
Der Verbrennungsmotor ist mit einer Reihe von Sensoren ausgerüstet, z.B. mit

– einem Lastsensor 12, der innerhalb des Ansaugstutzens 21 angeordnet ist (alternativ einem Drosselklappenstellungssensor),
– einem Motortemperatursensor 13, und
– einem Motorstellungssensor 14, der am Schwungrad 25 angeordnet ist und mittels einer Anzahl von am Schwungrad befestigter Zähne Pulse auf bekannte Weise erzeugt.

Einige Zähne des Schwungrades sind unterschiedlich ausgeformt, wodurch die Motorstellung (die Drehstellung der Kurbelwelle 26 und die Stellung der Kolben 23, die in den Brennkammern 22 angeordnet sind) bestimmt werden kann. Die Sensoren 12–14 sind mit dem Steuerungsmodul ECM verbunden, wodurch sowohl die Zündung als auch die Kraftstoffzufuhr in Abhängigkeit der ermittelten Motorlast, Motortemperatur, Motorstellung und -geschwindigkeit gesteuert werden.
Wenn das Zündsteuerungsmodul ICM zum Erzeugen eines Zündfunken bereit ist, übernimmt das Steuerungsmodul ECM unter Berücksichtigung der ermittelten Motorparameter über die Triggersignalleitungen T1–T4 die Steuerung. Das Ausführungsbeispiel zeigt die Triggersignalleitungen als vier einzelne Triggersignaldrähte für jede Zündspule.
Die Zündspulen eines Vierzylindermotors sind bevorzugt direkt mit jeder Zündkerze verbunden (2). Das Zündmodul wird über zwei Drähte P, G mit Strom versorgt, welche jeweils mit einem Pol der Stromquelle verbunden sind. Auf ähnliche Weise erhält auch das Steuerungsmodul ECM seinen Strom von einer Stromquel le, bevorzugt einer Batterie 10. Die Leitung L zwischen dem Steuerungsmodul ECM und dem Zündsteuerungsmodul ICM enthält zumindest eine bidirektionale Kommunikationsleitung K_KI oder K_CQ.
2 zeigt die Ausgestaltung des Zündsteuerungsmoduls ICM, das für einen Vierzylinder-Ottomotor ausgelegt ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Meßschaltkreis 39a für zwei Zündschaltkreise 32a-33a-34a-35a bzw. 32b-33b-34b-35b verwendet. Diese Zündschaltkreise erzeugen den Zündfunken in den Zündkerzen 24a und 24b, die in zwei unterschiedlichen Zylindern angeordnet sind, in denen die Kolben eine Phasenverschiebung von 180 Kurbelwellengrad aufweisen. Die Einheit 60a, die zwei Zündschaltkreise und einen gemeinsamen Meßschaltkreis 39a aufweist, ist identisch mit der anderen Einheit 60b, die den Zündfunken in den Zündkerzen 24c und 24d erzeugt.
Die Triggersignale T1–T4 werden von einem Prozessor CPU über die Signalleitungen t1–t4 an die Primärschaltkreisunterbrecher 35a und 35b in der Einheit 60a und an die Primärschaltkreisunterbrecher 35c und 35d in der Einheit 60b geleitet. In jedem Zylinder 22 ist zumindest eine Zündkerze 24a–24d angeordnet. Die Funktion wird genauer unter Bezugnahme auf die spezifische Abfolge beschrieben, in der der Zündfunke von der Zündkerze 24a erzeugt wird. Die Zündspannung wird in einer Zündspule 32a generiert, die mit einer Primärwicklung 33a und einer Sekundärwicklung 34a ausgestattet ist. Ein Ende der Primärwicklung 33a ist mit einer Stromquelle P verbunden, während ein elektrisch gesteuerter Schaltkreisunterbrecher 35a am anderen, geerdeten Ende der Wicklung angeordnet ist. Wenn der Prozessor durch das Triggerausgangssignal t1 den Schaltkreisunterbrecher 35a in einen leitenden Zustand schaltet, beginnt Strom durch die Primärwicklung 33a zu fließen. Wenn der Strom unterbrochen wird, wird in der Sekundärwicklung 34a der Zündspule 32a auf übliche Weise eine herauftransformierte Zündspannung induziert und ein Zündfunke in dem Elektrodenspalt der Zündkerze erzeugt. Der Stromfluß wird durch den Schaltkreisunterbrecher 35a (einer sogenannten Verweildauersteuerein richtung) in Abhängigkeit einer im Speicher des Steuerungsmoduls abgelegten Zündwinkelkarte geregelt (an oder aus). Die "Verweildauersteuereinrichtung" (dwell-time control) stellt sicher, daß der erforderliche Primärstrom erreicht wird und die Erzeugung von Zündfunken zum für den betreffenden Belastungsfall erforderlichen Zündzeitpunkt stattfindet.
Ein Ende der Sekundärwicklung ist mit der Zündkerze 24a verbunden und in ihrem anderen, mit Masse verbundenen Ende befindet sich ein Meßschaltkreis 39a, der den Ionisationsgrad in der Brennkammer ermittelt. Der Meßschaltkreis umfaßt einen Spannungssammler, hier in Form eines aufladbaren Kondensators 40, der über den Elektrodenspalt der Zündkerze eine Vorspannung mit einer im wesentlichen konstanten Meßspannung anlegt. Zum Anlegen der Spannung über den Elektrodenspalt der Zündkerze wird eine im wesentlichen konstante, durch den Kondensator erzeugte Meßspannung verwendet. Der Kondensator entspricht der in EP-C-188 180 gezeigten Lösung, bei der der Spannungssammler eine erhöhte/herauftransformierte Spannung ist, die aus dem Ladeschaltkreis einer kapazitiven Zündanlage stammt. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Kondensator 40 bis auf einen Spannungswert geladen, der durch die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 41 vorgegeben ist, wenn der Zündspannungspuls in der Sekundärwicklung 34a induziert wird. Die Durchbruchsspannung kann in einem Bereich von 80–400 Volt liegen. Die Zenerdiode öffnet, wenn ein Stromniveau erzeugt worden ist, das zum Aufladen des Kondensators auf ein der Durchbruchsspannung der Zenerdiode entsprechendes Spannungsniveau ausreicht. Auf ähnliche Weise ist eine zweite Rückwärtsschutzdiode 43 in bezug auf einen Widerstand 42 parallel angeordnet, um gegen Spannungen mit umgekehrter Polarität zu schützen. Der Strom im Schaltkreis 24a-34-40/40-42-Masse kann durch Verwendung des Meßwiderstandes 42 ermittelt werden. Dieser Strom ist von der Leitfähigkeit der. in der Brennkammer vorhandenen Gase abhängig, wobei diese Leitfähigkeit proportional zum Ionisationsgrad in der Brennkammer ist.
Da der Meßwiderstand 42 sehr nahe an Masse gelegt ist, ist nur eine Verbindung, die den Meßpunkt 45 mit der Signalverarbeitungseinheit 44 verbindet, erforderlich. Die Signalverarbeitungseinheit 44 mißt in diesem Zusammenhang die Spannung über den Widerstand 42 und am Meßpunkt 45 relativ zu Masse. Durch Analysieren des Stromes (oder alternativ der Spannung) über den Meßwiderstand ist es möglich, Klopfen und Frühzündungen zu ermitteln. Während bestimmter Motorbetriebsbedingungen und wie in US-A-4 535 740 beschrieben, könnte eine Ermittlung des vorhandenen Mischungsverhältnisses von Luft und Kraftstoff durch Messen des Zeitraumes erreicht werden, in dem der Ionisationsstrom ein bestimmtes Niveau überschreitet.
Die gezeigte Signalverarbeitungseinheit 44 erzeugt in zwei parallelen Signalverarbeitungsstufen 52a, 53a und 52b, 53b, Signale, die der Verbrennungsqualität (CQ/Combustion Quality) und der Klopfintensität (KI/Knock Intensity) entsprechen. Ein repräsentativer Wert bezüglich eines Klopfzustandes wird in einer Signalverarbeitungsstufe durch Extrahieren des für einen Klopfzustand typischen Frequenzanteils erhalten. Dies findet in einem Bandpaßfilter/BPF 52b statt, dessen Mittenfrequenz auf die Klopffrequenz eingestellt ist, die durch die Motorgeometrie vorgegeben ist. Bei einem herkömmlichen 2-Liter-Vierzylinder-Ottomotor kann die Mittenfrequenz typischerweise bei ungefähr 5 kHz liegen. Danach wird das bandpaßgefilterte Signal gleichgerichtet und in einem Integrator 53b integriert. Das Signal KI_DATA, das von dem Integrator 53b erhalten wird, ist daher proportional zur Klopfintensität.
Ein repräsentativer Wert für die Verbrennungsqualität wird auf ähnliche Weise in einer zweiten Signalverarbeitungsstufe durch Ausblenden von Hochfrequenzanteilen in dem Ionenstromsignal erhalten. Dies findet in einem Tiefpaßfilter 52a statt. Danach wird das Tiefpaßsignal in einem Integrator 53a integriert. Das Signal CQ_DATA, das von dem Integrator 53a erhalten wird, ist daher proportional zur Verbrennungsintensität, die als Maß für die Verbrennungsqualität verwendet werden kann.
Die Meßfenstersignale CQ_W und KI_W werden vom Prozessor den entsprechenden Filtern 52a/52b zugesandt, wenn die Filterung in den entsprechenden Filtern 52b und 52a initiiert werden soll. Die Meßfenstersignale aktivieren den Filter im Meßfenster, das durch das Steuerungsmodul ECM auf eine Weise gesteuert wird, die genauer in Verbindung mit 4 beschrieben wird.
Da die Signalverarbeitungseinheit 44 relativ teure Bauteile enthält, wird ein Umschalter 51 verwendet, der in Abhängigkeit eines Signals auf einer Leitung SW von einer Logikschaltung zwischen dem Meßschaltkreis 39a in der Einheit 60a und einem entsprechenden Meßschaltkreis 39b in der Einheit 60b hin- und herschaltet. Der Umschalter 51 ist schematisch in der Fig. als relaisgesteuerter Schaltkreisunterbrecher dargestellt, der mit herkömmlichen IC-Schaltungen als MUX-(Multiplex)Schaltkreis, gesteuert vom Prozessor CPU, realisiert werden kann. Dies wird in Abhängigkeit von den Triggersignalen der Steuerungseinheit ECM durchgeführt. Wenn die Zündfolge bestimmt worden ist, beginnt der Umschalter 51 zu schalten, so daß entweder das Signal von der Leitung J1 oder J2 mit der Signalverarbeitungseinheit 44 verbunden wird, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher Verbrennungstakt stattfindet. Bei der Zündfolge 1-3-4-2 steht der Umschalter zunächst in der in der Fig. gezeigten Stellung, wenn der Zylinder 1 zündet, wonach der Umschalter während des Zeitraumes; in dem die Zylinder 3 und 4 zünden, umschaltet, um zu der gezeigten Stellung zurückzukehren, wenn der Zylinder 2 zündet. Diese Abfolge stellt sicher, daß die Zündkerze 24a dem Zylinder 1, die Zündkerze 24b dem Zylinder 2, die Zündkerze 24c dem Zylinder 3 und die Zündkerze 24d dem Zylinder 4 zugeordnet wird.
Wenn die Zylinderidentifikation, d.h. die Bestimmung der Zündfolge, während des Anlassens des Motors mittels Ionenstromerfassung stattfindet, wird eine Zündung im allgemeinen in den beiden Zylindern erzeugt, in denen die Kolben gleichzeitig den oberen Totpunkt erreichen, wenn sich ein Zylinder am Ende der Ausstoßphase und der andere Zylinder in der Endphase der Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches befindet. Das Ionisati onssignal von dem Zylinder, in dem die Verbrennung stattfindet, ist deutlich erhöht, was dazu verwendet wird, die Zündfolge zu bestimmen. Um sicherzustellen, daß die Zündfolge korrekt bestimmt wird, werden etwa 10 bestätigte Ermittlungen der Zündfolge benötigt. Wenn ein Umschalter 51 gemäß 2 verwendet wird, muß der Umschalter in einer festgelegten Position bleiben, bis die Zündfolge bestimmt worden ist. Dies impliziert, daß eine Reihe von Verbrennungen im Motor aktiviert werden muß, bevor die Zündfolge eindeutig bestimmt ist, da nur Verbrennungen zweier der vier Zylinder des Motors die Grundlage für die Bestimmung der Zündfolge bilden. Sobald die Zündfolge bestimmt worden ist, wird nur in dem Zylinder ein Funke erzeugt, in dem der Kolben das Ende des Verdichtungshubes erreicht, und der Umschalter 51 beginnt damit, sich auf die Zylinder einzustellen, die sich in Zündposition befinden.
Der Prozessor enthält einen A/D-Konverter, in dem die analogen Signale KI_DATA Und CQ_DATA in digitale Signale konvertiert werden, bevorzugt in pulsweitenmodulierte Signale. Der Prozessor CPU des Zündmoduls sendet über einen Adaptionsschaltkreis 50b das Signal KI_DATA aus, das der Motorklopfintensität entspricht. Dies wird durch ein digitales Signal über die Leitung P_OUT/KI erreicht, das eine Pulsbreite aufweist, die proportional zu dem analogen, integrierten Wert des Integrators 53b ist. Auf ähnliche Weise sendet der Prozessor CPU des Zündmoduls über einen Adaptionsschaltkreis 50a das Signal CQ_DATA aus, das der Motorklopfintensität entspricht. Dies findet mittels eines digitalen Signals über die Leitung P_OUT/CQ statt, das eine Pulsbreite aufweist, die proportional zu dem analogen, integrierten Wert des Integrators 53a ist.
Die Adaptionsschaltkreise 50a/50b des Zündmoduls sind in 3 dargestellt. Diese Art von Adaptionseinheit ist an jedem Ende der Kommunikationsleitungen, K_CQ und K_KI, angeordnet. Die Adaptionseinheiten 50c/50d sind somit im Steuerungsmodul und die Einheiten 50a/50b im Zündmodul angeordnet. Der Adaptionsschaltkreis ist ein active-low-Typ, der das Vorhandensein eines Signals anzeigt, wenn das Signalniveau von K_CQ/K_KI niedrig ist.
K_CQ/K_KI ist über einen Widerstand R2 mit einer Spannungsquelle VCC verbunden. VCC arbeitet mit einem Spannungsniveau von 5 Volt, wenn eine 5-Volt-Logik verwendet wird. Wenn beispielsweise das Zündmodul sein Ausgangssignal P_OUT aktiviert, wird S1 in einen leitenden Zustand umgeschaltet, wodurch K_CQ/K_KI mit Masse verbunden wird und einen low/active-Signalzustand einnimmt. Der niedrige Status von K_CQ/K_KI wird über das Eingangssignal P_IN durch das Steuerungsmodul am entgegengesetzten Ende der Kommunikationsleitung K_CQ/K_KI ermittelt. Ein Inverter INV invertiert das low/active-Signal von K_CQ/K_KI in ein high/active-Signal, und zwar in Übereinstimmung mit ECM und CPU.
Die Funktion der Zuordnungseinheit wird genauer unter Bezugnahme auf 4 und das in ihr gezeigte Signalstatusdiagramm beschrieben. Zum Zeitpunkt A sendet die Steuerungseinheit ECM ein Signal über die Leitung T1 aus, das mittels des Prozessors den Primärschalter 35a für den Zylinder 1 mit einem Signal auf der Leitung t1 in einen leitenden Zustand schaltet. Dieses Signal veranlaßt außerdem den Prozessor im Zündmodul, den durch die vorhergehende Verbrennung erhaltenen Wert der Integratoren 53a und 53b auszusenden, der gemäß 4 den Pulsbreiten CQ_cyl2 und KI_cyl2 entspricht, die durch die Verbrennung im Zylinder 2 erhalten wurden. Die vorherige Verbrennung hat im Zylinder 2 eines Vierzylindermotors mit der Zündfolge 1-3-4-2 stattgefunden. Die Pulsbreiten CQ_cyl2 und KI_cyl2 sind vorzugsweise proportional zu CQ_DATA und KI_DATA, die aus den zwei Signalverarbeitungsstufen 52a, 53a und 52b, 53b erhalten wurden.
Zum Zeitpunkt B wird das Triggersignal auf der Leitung T1 niedrig, was den Primärschalter in einen nicht-leitenden Zustand schaltet, wodurch der Funke erzeugt wird, der normalerweise wenige Kurbelwellengrad CD vor dem oberen Totpunkt auftritt. Der obere Totpunkt für den Zylinder 1 entspricht 0 CD auf der x-Achse in 4. Beim Beginn der Verbrennung soll die Detektion der Verbrennungsqualität initiiert werden, was zum Zeitpunkt C, gesteuert durch das Steuerungsmodul mittels Aktivieren des Meßfensters durch das Signal CQ_w-cyl1 stattfindet. Das Steuerungsmodul ECM aktiviert sein Ausgangssignal P_OUT das S1 in einen leitenden Zustand bringt, wodurch K_CQ/K_KI mit Masse verbunden wird und einen low/active-Signalzustand einnimmt. Das niedrige Signal in der Kommunikationsleitung K_CQ wird durch den Prozessor CPU des Zündmoduls anhand des Eingangssignals P_IN/CQ ermittelt, wodurch der Prozessor den Filter 52a über die Signalleitung CQ_W aktiviert. Die für einen Klopfzustand typischen Druckschwankungen treten immer während einer späteren Verbrennungsphase auf. Die Steuerung des Klopfmeßfensters wird auf ähnliche Weise durchgeführt. Wenn Klopfen auftreten kann, soll die Klopfdetektion initiiert werden, was zum Zeitpunkt D, gesteuert durch das Steuerungsmodul mittels Aktivieren des Meßfensters durch das Signal KI_w-cyl1, stattfindet. Das Steuerungsmodul ECM aktiviert sein Ausgangssignal P_OUT. das S1 in einen leitenden Zustand bringt, wodurch die Kommunikationsleitung K_KI mit Masse verbunden wird und einen low/active-Signalzustand einnimmt. Das niedrige Signal in der Kommunikationsleitung K_KI wird durch den Prozessor CPU des Zündmoduls anhand des Eingangssignale P_IN/KI ermittelt, wodurch der Prozessor den Filter 52b über die Signalleitung KI_w aktiviert. Zum Zeitpunkt E schließt das Steuerungsmodul ECM das Meßfenster für die Klopf- und Verbrennungsqualität, indem das entsprechende Ausgangssignal P_OUT deaktiviert wird, wodurch K_KI und K_CQ einen high/non-active Signalzustand einnehmen.
Die Erfindung kann innerhalb des Rahmens der Ansprüche auf vielfältige Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann bei einem Sechszylinderreihenmotor mit drei parallel laufenden Kolben, der nur mit einem Zündmodul ausgestattet ist, der Schalter sequentiell eine Signalverarbeitungseinheit (entsprechend 44 in 2) mit einem von drei Meßschaltkreisen (entsprechend 39a-39b in 2) im Zündmodul verbinden.
Bei bestimmten Motortypen kann mehr als ein Zündmodul verwendet werden. Dies ist bei V-Motoren der Fall, bei denen ein Zündmodul auf jeder Zylinderreihe angeordnet ist. Motoren dieses Typs, d.h. die mit einem Zündmodul für jede Zylinderreihe ausgestattet sind, können in jedem Zündmodul einen Schalter eingebaut haben.

Claims

Vorrichtung zur Ionisationsdetektion in der Brennkammer eines Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotors (20) mit: – zumindest einer ersten und einer zweiten Brennkammer, in denen die Kolben parallel laufen, jedoch bezüglich der Arbeitsphase des Viertaktzyklus phasenverschoben sind, – einem in der ersten und zweiten Brennkammer angeordneten Meßspalt (24a, 24d), dem über Meßschaltkreise (39a, 39b), die für die erste bzw. zweite Brennkammer individualisiert sind, ein im wesentlichen konstantes Spannungsniveau aufgegeben wird, wobei jeder der Meßschaltkreise über Signalleitungen (J1 oder J2) ein vom Ionisationsgrad abhängiges Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß – eine den Meßschaltkreisen (39a, 39b) gemeinsame Signalverarbeitungseinheit (44) mit dem entsprechenden Meßschaltkreis (39a bzw. 39b) mittels einer Schalteinrichtung (51) verbunden wird, die bei der Detektion von Ionisationsströmen nur eine der Signalleitungen (J1 oder J2) von einem der Meßschaltkreise (39a und 39b) mit der Signalverarbeitungseinheit (44) verbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (51) ein Wechselschalter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (51) über eine Leitung (SW) durch einen Logikschaltkreis, vorzugsweise einen Prozessor (CPU), gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (51) ein digitaler Multiplex-Schaltkreis ist, der über die Leitung (SW) durch einen auf einem digitalen TTL-Niveau befindlichen Prozessor (CPU) gesteuert wird, der einen Zündfunken in den Zylindern (22) des Verbrennungsmotors mittels seiner angeschlossenen Schaltkreisunterbrecher (35a-35d) erzeugt, wobei die Funken durch den Prozessor entsprechend einer durch extern erhaltene Triggersignale (über T1–T4) bereitgestellten Zündfolge oder entsprechend einer vorgegebenen Folge erzeugt werden, und wobei die Schalteinrichtung (51) durch den Prozessor synchron mit der Zündfolge gesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (44) zumindest eine Einrichtung (53a) zum Integrieren des zum Ionisationsgrad proportionalen Signals während einer Verbrennung in der Brennkammer umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinheit (44) zumindest zwei parallele Signalverarbeitungsstufen (52a, 53a und 52b, 53b) umfaßt, die durch Verarbeiten des zum Ionisationsgrad proportionalen Signals zwei unterschiedliche, verbrennungsabhängige Parameter ermitteln.
Verfahren zur Ionisationsdetektion in der Brennkammer eines Mehrzylinder-Viertaktverbrennungsmotors (20) mit: – zumindest einer ersten und einer zweiten Brennkammer, in denen die Kolben parallel laufen, jedoch bezüglich der Arbeitsphase des Viertaktzyklus phasenverschoben sind, – einem in jeder der ersten und zweiten Brennkammer angeordneten Meßspalt (24a, 24d), dem über einen Meßschaltkreis (39a, 39b), der für die erste bzw. zweite Brennkammer individualisiert ist, ein im wesentlichen konstantes Spannungsniveau aufgegeben wird, wobei der Meßschaltkreis über Signalleitungen (J1 oder J2) ein zum Ionisationsgrad proportionales Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß – die Meßschaltkreise einzeln und wechselweise in Abhängigkeit einer festgelegten Zündfolge, die durch eine Zylinderidentifikation bestimmt wird, mit einer gemeinsamen Signalverarbeitungseinheit (44) verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zylinderidentifikation durch Analyse der Ionisation in der Brennkammer durchgeführt wird, daß ein stark erhöhtes Ionisationssignal von der Brennkammer erhalten wird, die sich im Arbeitshubtakt befindet und in der eine Verbrennung stattfindet, und daß die Signalverarbeitungseinheit ständig mit nur einem Meßschaltkreis (39a oder 39b) verbunden ist, bis die Zylinderidentifikation endgültig stattgefunden hat.