DE19829001C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung und Steuerung der Verbrennungsstabilität eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen und Steuern der Verbrennungsqualität oder -stabilität bei Verbrennungsmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Es ist bekannt, Verbrennungsmotoren mit mageren bzw. überstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen zu be­ treiben, um die Kraftstoffausnutzung zu verbessern. Bei einem derartigen Magerbetrieb ist jedoch eine herkömmliche Luft- /Kraftstoff-Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung, die auf gebräuchliche Zwei-Zustands-Abgassauerstoffsensoren an­ spricht, nicht anwendbar, da solche Sensoren nur bei stöchio­ metrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen Informationen lie­ fern. Der resultierende Regelungsmangel kann zu einem zu ma­ geren Luft-/Kraftstoff-Betrieb führen, was Motor- Fehlzündungen oder eine verstärkte Motor-Rauhigkeit zur Folge hat. Es ist bekannt, bei Ermittlung derartiger Fehlzündungen das Motor-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis als Reaktion anzurei­ chern.

Bei dem vorstehend angegebenen Lösungsweg treten jedoch Pro­ bleme auf: Beispielsweise kann eine Korrektur eines mageren Luft-/Kraftstoff-Betriebs durch Anreicherung als Reaktion auf eine Fehlzündungsermittlung immer noch zu einem unzureichend korrigierten rauhen Motorbetrieb bei mageren Luft-/Kraft­ stoff-Verhältnissen führen. Ferner kann die Anreicherung grö­ ßer sein, als sie zum Verhindern der Motorrauhigkeit eigent­ lich notwendig wäre, wodurch die Kraftstoffausnutzung ver­ schlechtert wird.

Aus der DE 43 24 312 C2 ist es bekannt, in der Verbrennungs­ kammer einen nach dem Zünden fließenden Ionenstrom zu messen und anhand von Zeitabschnitten bzw. Zeitdauern, in denen der Ionenstrom jeweils über einem vorbestimmten Bezugspegel liegt, einen Kennwert zu ermitteln. Dieser Kennwert wird mit einem vorbestimmten Bezugskennwert verglichen, und entspre­ chend dem Vergleichsergebnis wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis nahe an der Obergrenze des Magergemisch- Verbrennungsbereiches so eingestellt, daß die Drehmoment­ schwankung des Verbrennungsmotors noch zulässig ist. Die auf diese Weise erzielbare Verbrennungsstabilität ist nicht immer zufriedenstellend.

Dementsprechend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein gattungsgemäßes Verfahren so zu verbessern, daß die Verbrennungsqualität eines Verbrennungsmotors gesteigert wird. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens vorgeschlagen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch eine Vorrich­ tung gemäß Anspruch 12 gelöst, deren Gegenstand auch unter Berücksichtigung der anderen Patentkategorie als untergeordnet zum Gegenstand des Anspruchs 1 aufzufassen ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können bei der Bestim­ mung der Verbrennungsqualität eines Verbrennungsmotors Anzei­ chen von Fehlzündungen, Spät-Verbrennungen sowie Langsam- bzw. Dauer-Verbrennungen berücksichtigt werden. Abhängig von den Verbrennungsqualitätsanzeigen wird der Motor- Luft/Kraftstoff-Betrieb angepaßt.

Zum erfindungsgemäßen Verfahren, das bereits durch die Merkmale des Anspruchs 1 festliegt, gehören - was erläuterungshalber aufgeführt wird - das Erzeugen eines ersten Fensters einer ersten vorbestimmten Dauer nach einem Zündereignis in der Verbrennungskammer; das Erzeugen eines zweiten Fensters von einer zweiten vorbestimm­ ten Dauer nach dem ersten Fenster; das Abfragen eines Ionen­ stroms bzw. -flusses in der Verbrennungskammer zu vorgegebe­ nen Abfragezeiten während des ersten Fensters; Abfragen eines Ionenstroms in der Verbrennungskammer zu vorgegebenen Abfra­ gezeiten während des zweiten Fensters; und das Erzeugen einer Verbrennungzustandsanzeige basierend auf den Ionenstrom- Abfragen, die während des ersten Fensters stattfinden, und auf den Ionenstrom-Abfragen, die während des zweiten Fensters stattfinden.

Erfindungsgemäß ist weiterhin die Zufuhr von Kraftstoff zum Motor, um den Motor bei einem ersten mageren bzw. über­ stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, und das Erhöhen der zugeführten Kraftstoffmenge als Antwort auf den Verbrennungszustand und die Verbrennungsanzeige, um den Motor bei einem zweiten überstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, das fetter als das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, vorgesehen.

Ein Vorteil des oben genannten Aspektes der Erfindung liegt darin, daß ein Maß für die tatsächliche Verbrennungsqualität zur Verfügung gestellt wird und nicht nur eine Anzeige, ob der Motor fehlzündet oder nicht. Ein weiterer Vorteil der Er­ findung besteht darin, daß der Motor-Luft-/Kraftstoff-Betrieb in Abhängigkeit von derartigen Verbrennungsqualitätsanzeigen korrigiert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Mager­ gemisch-Motoren, bei denen erfindungsgemäß das Motor-Luft- /Kraftstoff-Verhältnis in Richtung eines fetten Luft-/Kraft­ stoff-Verhältnisses um einen bestimmten Betrag korrigiert werden kann, der zum Verhindern einer Motorrauhigkeit notwen­ dig ist, und nicht um einen willkürlich festgesetzten Betrag bei Erkennung eines bestimmten Betriebszustandes.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemä­ ßen Schaltkreises und eines Blockdiagramms;

Fig. 2 verschiedene, zu der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsform gehörige Wellenformen;

Fig. 3 eine Darstellung eines elektrischen Schaltplans ei­ nes Teils der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform und

Fig. 4 und 5 Flußdiagramme, die den Motorbetrieb gemäß den in Fig. 1 gezeigten Ausführungsformen darstellen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine Zündspule 10 eines Zündsystems eines Verbrennungsmotors eine Primärwicklung 12 und eine isolierte Sekundärwicklung 14 auf. Bei der verwende­ ten Zündspule handelt es sich vorzugsweise um eine Spule-auf- Zündkerze (COP, coil-on-plug)-Zündspule. Die Spulen einer COP zeichnen sich dadurch aus, daß diese magnetisch vorgespannt sind, so daß eine größere Ladung aufgebracht bzw. angelegt werden kann und damit eine höhere Energie aus einem kleineren Spulenpaket erhalten werden kann. Diese ma­ gnetische Vorspannung wirkt sich jedoch nicht auf die Funk­ tion des Systems zur Ermittlung der Ionisation aus.

Das Zündsystem weist eine allgemein mit 16 bezeichnete Spu­ len-Schalteinrichtung auf, die wiederum eine Zünd- Mikrocontroller-Einrichtung oder Mikrosteuerungs-Einrichtung 11, einen Widerstand 13, einen Transistor 15 und einen Stromsensor 17 aufweist. Der Widerstand 13 hat vorzugsweise ein Wert von 1 Kiloohm. Das Zündsystem weist ferner eine Zündkerze 18 auf.

In Fig. 1 ist weiterhin eine mit 20 bezeichnete Vorrichtung bzw. ein Schaltkreis zur Ermittlung eines Ionenflusses bzw. -stroms in dem Zündsystem nach dem Verbrennen von Kraftstoff in dem Motor gezeigt. Schließlich ist in Fig. 1 ein Block­ diagramm einer Ermittlungslogik 22 zum Bestimmen eines Fehl­ zündungs-Ausgangssignals aus verschiedenen Fahrzeugeingangs­ signalen dargestellt. Die Ermittlungslogik 22 ist nur einmal pro Fahrzeug vorhanden, nicht einmal pro Zylinder. Weiterhin können mehr als eine Spulen-Zündkerzen-Kombination an den Eingang des Schaltkreises 20 beim Knoten 24 angeschlossen sein.

Es hat sich herausgestellt, daß zwei Spulen pro Schaltkreis 20 optimal sind, um Signale davon abzuhalten, auf Zeitschei­ ben überzugreifen, die für andere Spulen reserviert sind. Dieses Phänomen wird besonders bei hohen Drehzahlen vorran­ gig.

Drei Signale vom Fahrzeug werden von der Ermittlungslogik 22 benötigt, nämlich:

• 1. Das Zünddiagnose-Überwachungssignal, IDM - Das IDM tritt synchron mit dem Zündereignis auf. Ein positiver Impuls pro Zündereignis wird verwendet, um den Start der Zünd­ entladung zu identifizieren. Der IDM-Impuls für Zylinder 1 weist eine abweichende Impulslänge auf (im Beispiel 768 µs statt 512 µs), wodurch eine Zylinderidentifikation und -synchronisation erreicht wird.
• 2. Das Funkenfrei-Signal (Clean Tack Output), CTO - Ein ne­ gativer Impuls pro Zylinderereignis. Eine negative Flanke tritt 9 Kurbelgrade vor dem oberen Totpunkt auf.

Fig. 2 zeigt die zeitlichen Beziehungen zwischen den zuvor beschriebenen CTO- und IDM-Signalen. Die Position des IDM- Signals liegt üblicherweise vor der abfallenden Flanke des CTO-Signals, kann dieser Flanke aber auch folgen.

Fig. 2 zeigt weiterhin die detaillierte Beziehung zwischen den CTO-, IDM- und den Ionenstrom-Signalen zusammen mit dem monostabilen Austast- bzw. Sperrsignal. Der abgeflachte Teil der Ionenstrom-Wellenform entspricht dem Zündereignis, das zu einer Sättigung des Verstärkers führt. Das monostabile Sperrsignal wird durch jedes Zündereignis getriggert - ein­ schließlich Wiederzündungen - und verhindert ein Abfragen des Ionenstroms, bis der jeweilige Zündübergang abgeklungen ist.

Der Signal-Verarbeitungsalgorithmus beginnt, wenn der Ken­ nungs-IDM-Impuls für den Zylinder #1 ermittelt wurde. Das Ionisations-Ermittlungssystem ist dann bezogen auf diesen Punkt im Hinblick auf eine Zylinderidentifikation synchroni­ siert. Bei Ermittlung jedes nachfolgenden IDM-Impulses wird durch den Algorithmus ein Sperrfenster 60 initiiert, das 2,2 Millisekunden dauert, falls der Zündsystembetrieb Einzelzün­ dung ist, und 5,6 Millisekunden dauert, falls der Zündsy­ stembetrieb Mehrfachzündung ist.

Da das Muster der Ionenstromsignale im normalen Motorbetrieb sehr unterschiedlich ausfällt, ist es wünschenswert, das In­ tegral des Ionenstroms zu betrachten, um die Variabilität zu reduzieren.

Ein auf der Zeit basierendes Integral mit einem hochvaria­ blen Meßintervall (aufgrund der wechselnden Drehzahl) erfor­ derte grundsätzlich eine Normung bzw. Standardisierung (die Flächen unter der Kurve sind bei niedriger Drehzahl viel größer als bei hoher Drehzahl). Diese Schwierigkeit wird bei dem Ausführungsbeispiel dadurch eliminiert, daß ein auf die Umdrehungen bezogener Integrator verwendet wird, der unab­ hängig von der Drehzahl dieselbe Anzahl von Abfragen vor­ nimmt und dasselbe Kriterium für die Ermittlung von Fehlzün­ dungen beibehält.

Unmittelbar im Anschluß an das Sperrfenster 60 wird ein Ab­ fragefenster 62 "geöffnet", um ein Abfragen des Ionisations­ flusses bzw. -stromes zu ermöglichen. Das Abfragefenster 62 erstreckt sich bis zum nächsten Zündereignis auf dem jewei­ ligen Kanal, der überwacht wird. Das Abfragefenster 62 ist in zwei Fenster 64 und 66 unterteilt, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Fenster 62 beginnt am Ende der Zündentladung und er­ streckt sich in diesem speziellen Beispiel 150 Grad über den oberen Totpunkt des überwachten Zylinders hinaus. Das Fen­ ster 66 nimmt die verbleibende Dauer ab dem Schließen des Fensters 64 bis zum nächsten Zündereignis auf dem Kanal ein.

Wie weiter unten detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, wird das Fenster 64 benutzt, um die sich aus einem normalen Verbrennungsereignis ergebende Ionisation zu überwachen. Das Fenster 66 wird überwacht, um zu bestimmen, ob ein Langsam- bzw. Dauerverbrennungs- oder ein Spätver­ brennungsereignis aufgetreten ist. Bevor jedoch diese Über­ wachung näher beschrieben wird, wird nachfolgend zunächst der detaillierte Schaltkreis zum Ermitteln des Ionisierungs­ stroms unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Anschließend wird die Grenzwerterzeugung unter Bezugnahme auf Fig. 3 nä­ her erläutert.

Der Schaltkreis zum Ermitteln des Ionenflusses bzw. -stromes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Der Schaltkreis 20 weist eine Zenerdiode 26, vorzugsweise 56 V auf, die Strom in der normalen Diodenrichtung durchläßt, wenn das Zündereignis auftritt, und Strom in dem Zenerdurch­ bruch-Modus bei der Erholung vom Zündereignis führt. Die Zenerdiodenspannung ist größer als eine Zündermittlungs- oder Vorspannungsversorgungs-Spannung Vbias, die von dem Schaltkreis 20 an die Zündkerze angelegt wird. Dadurch wird der Rest des Schaltkreises 20 zu einer geeigneten Zeit nach dem Zündereignis und vor dem folgenden Ionenstrom abgeschal­ tet. Damit wird das akzeptable Fenster für ein Abfragen des Ionenstroms maximiert. Dies ist ein wichtiges Merkmal für Motoren mit schneller Verbrennung.

Insbesondere stellt Vbias die Ionisations-Ermittlungs­ spannung dar, die auf die Zündkerze 18 durch einen Wider­ stand 32, vorzugsweise 499 Kiloohm, aufgebracht wird, der den Invertiereingang 28 des Operationsverstärkers 30 mit ei­ nem Knoten 24 koppelt, der ebenfalls mit der Kathode eines ersten Schaltkreiselements oder einer Zenerdiode 34, vor­ zugsweise 39 V, gekoppelt ist. Die Anode der Zenerdiode 34 ist an die Kathode der Zenerdiode 26 angeschlossen.

Vorzugsweise ist der Operationsverstärker 30 ein Operations­ verstärker, beispielsweise ein LM 108, mit einer geringen Offsetspannung und einem geringen Eingangsvorspannungsstrom. Der nichtinvertierende Eingang 36 des Operationsverstärkers 30 ist mit der Ionisations-Ermittlungsspannung vorgespannt. Der Operationsverstärker 30 erhält weiterhin Energieversor­ gungsspannungen VBias + ΔV am Eingang 38 und eine Spannung VBias - ΔV beim Eingang 40. Vorzugsweise liegt VBias in der Größenordnung von 40 Volt und ΔV in der Größenordnung von 10 Volt.

Ein erster Rückkopplungsschaltkreis in der Form eines Rück­ kopplungswiderstands 42, vorzugsweise 499 Kiloohm, ermög­ licht das Erzeugen eines Spiegelbildes (um 40 V herum) der Ionisations-Ermittlungsspannung von dem Invertiereingang 28 zum Ausgang des Operationsverstärkers 30.

Nachdem die Ionisations-Ermittlungsspannung an die Zündkerze 18 angelegt worden ist, erzeugt der Operationsverstärker 30 an seinem Ausgang ein Signal, dessen Größe auf dem Eingangs­ spannungssignal basiert, das am Knoten 24 erscheint. Die Größe des Ausgangssignals vom Operationsverstärker 30 wird mit einem vorgegebenen Grenzwert - wie z. B. einer Zünd- Ermittlungsspannung - in einer allgemein mit 44 bezeichneten Grenzwerteinrichtung verglichen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun die Grenzwerteinrich­ tung 44 näher beschrieben. Ein Eingangssignal der Grenzwert­ einrichtung 44 wird aus dem Ausgangssignal des Operations­ verstärkers 30 erhalten. Die Einrichtung 44 weist Widerstän­ de 64, 66 und 68, Kondensatoren 70 und 72 sowie einen Opera­ tionsverstärker 74 auf, die gemeinsam einen Umkehrverstärker mit dem Verstärkungsfaktor Eins ausbilden. Vorzugsweise ist der Operationsverstärker 74 ein LM 124. Die Widerstände 64 und 66 weisen vorzugsweise einen Wert von 35,7 Kiloohm, der Widerstand 68 einen Wert von 17,8 Kiloohm, der Kondensator 70 einen Wert von 0,039 Mikrofarad und der Kondensator 72 einen Wert von 0,01 Mikrofarad auf. Mit dieser Konfiguration wird eine Filter-Grenzfrequenz von 320 Hz mit einer Dämpfung von 40 dB pro Dekade erreicht.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 74 ist ein Si­ gnal, das um eine Vorspannungs-Gleichspannung von 40 V (Vdc) zentriert ist. Wenn eine Ionisation vorhanden ist, fällt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 74 von dem 40 Vdc- Bezugswert um einen Betrag ab, der der Größe der Ionisation proportional ist.

Die Einrichtung 44 weist weiterhin Widerstände 76 und 78 (vorzugsweise 10 Kiloohm bzw. 182 Kiloohm) und einen Opera­ tionsverstärker 80, vorzugsweise einen LM 139, auf. Die Wi­ derstände 76 und 78 bilden einen Spannungsteiler, durch den das Grenzwertniveau des Komparators 80 bestimmt wird.

Die Einrichtung 44 weist weiterhin Widerstände 82 und 84, die vorzugsweise Werte von 10 Kiloohm bzw. 1 Megaohm haben, und einen Kondensator 86 auf, der vorzugsweise eine Kapazi­ tät von 200 Picofarad besitzt.

Die Höhe der Grenzwertspannung ist im Ausführungsbeispiel auf 39,5 Vdc festgesetzt. Wenn das Ausgangssignal des Opera­ tionsverstärkers 74 unter 39,5 Vdc fällt, schaltet das Aus­ gangssignal des Komparators 80 auf die untere Schienenspan­ nung von 30 Vdc. Falls das Ausgangssignal des Operationsver­ stärkers 74 oberhalb von 39,5 Vdc liegt, wird das Ausgangs­ signal des Komparators 80 durch den Widerstand 88, vorzugs­ weise 20 Kiloohm, auf 50 Vdc hochgezogen. Falls das Aus­ gangssignal des Komparators 80 auf einem niedrigen Niveau ist, wird der Transistor 90 vorgespannt, was wiederum eine Vorspannung für den Transistor 92 bewirkt, wodurch der Tran­ sistor 92 schaltet, was das digitale Ausgangssignal auf das Grundniveau zieht, wodurch das Niveau von VBias zzgl. ΔV zum Grundniveau verschoben wird. Die Einrichtung 44 enthält Wi­ derstände 94, 96, 98 und 100, die vorzugsweise Werte von 100 Kiloohm, 51 Kiloohm, 390 Kiloohm bzw. 51 Kiloohm aufweisen.

Damit liegt die Eingangsspannung zum Operationsverstärker 80 unter 39,5 Vdc und das digitale Ausgangssignal bei null Volt, wenn die Stärke des Ionisationsflusses bzw. -stroms 1 Mikroampere überschritten hat. Falls die Stärke des Ionisa­ tionsstroms unter 1 Mikroampere liegt, liegt die Eingangs­ spannung zum Operationsverstärker 80 über 39,5 Vdc, und der Transistor 92 mit dem digitalen Ausgangssignal wird abschal­ ten und die Ausgangsspannung wird auf eine Höhe hochgezogen, die von der Ermittlungslogik 22 festgelegt ist. Der Ausgang der Grenzwerteinrichtung 44 ist an die Ermittlungslogik 22 gekoppelt, um zu bestimmen, ob ein Fehlzündungs-Ausgangs­ signal von der Ermittlungslogik 22 wie zuvor beschrieben er­ zeugt werden soll.

Die beiden Zenerdioden 26 und 34 dienen dazu, einen Zener­ dioden-Leckstrom zu vermeiden. Hierzu wird ein Schutzspan­ nungssignal wird von einem zweiten Operationsverstärker er­ zeugt, der allgemein in Fig. 1 mit 46 bezeichnet ist, zusam­ men mit seiner entsprechenden Rückkopplungsschaltungsanord­ nung, die allgemein mit 48 bezeichnet ist. Das Schutzspan­ nungssignal wird auf den Knoten oder die Verbindung 50 zwi­ schen den beiden Zenerdioden 34 und 26 angelegt. Die Schutz­ spannung wird von dem den Operationsverstärker 46 umgebenden Rückkopplungsschaltkreis 48 reguliert, um der Eingangsspan­ nung zu folgen, die an der Kathode der Zenerdiode 34 auf­ tritt. Vorzugsweise ist der Operationsverstärker ein LM 124 und der Rückkopplungsschaltkreis 48 ein kapazitiver Wider­ standsschaltkreis, bei dem Widerstände 52 und 54 Werte von 100 Kiloohm, ein Widerstand 56 einen Wert von 20 Kiloohm und ein Kondensator 58 einen Wert von 51 Picofarad aufweisen.

Da die Schutzspannung im wesentlichen dieselbe ist wie die am Knoten 24 auftretende Eingangsspannung, ist kein Leck­ stromfluß durch die Zenerdiode 34 vorhanden. Daher ist jede der Grenzwerteinrichtung 44 zugeführte Spannung ausschließ­ lich dem Ionisationsstrom zuzuordnen. Daher können wesent­ lich niedrigere Signalstärken ermittelt werden.

Der Ionisations-Ermittlungsschaltkreis 20 ist lediglich für einen einzigen Kanal dargestellt. Identische Schaltkreise sind für jeden Kanal erforderlich. Ein einzelner Kanal kann zwei Zylinder überwachen, die in einem Abstand von 360 Grad zünden. Zusätzliche Kanäle werden von zusätzlichen Schalt­ kreisen 20 überwacht, welche jeweils an die Ermittlungslogik 22 angekoppelt werden können, wie durch den Grenzwert- und Translator-Block für andere Spulensysteme 102 angedeutet.

Die Ermittlung des Verbrennungszustandes im Motor wird nun unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 dargestellte Diagramm nä­ her beschrieben. Wenn die Zündungseinstellung innerhalb des ersten Fensters 64 liegt (Block 102), wird der Ionenstrom bzw. -fluß mit einer Rate i abgefragt (Block 104). Wenn der abgefragte Ionenstrom I_i größer als ein Grenzwert TH ist (Block 108), wird bei Block 112 ein Anzeigeimpuls erzeugt. Wenn die Anzahl der Anzeigeimpulse größer als ein Grenzwert ist, der in diesem besonderen Beispiel gleich 2 gesetzt ist (Blöcke 116, 118), wird bei Block 122 ein gutes Verbren­ nungsereignis angezeigt.

Wenn die Zündungseinstellung im zweiten Fenster 66 liegt (Block 124) und ein gutes Verbrennungsereignis während des Verbrennungsfensters 64 nicht angezeigt wurde (Block 128), wird der Zündstrom mit einer Rate i abgefragt (Block 132). Wenn der abgefragte Ionenstrom I_i größer als ein Grenzwert TH (Block 136) ist, wird ein Anzeigeimpuls bei Block 140 er­ zeugt. Wenn die Anzahl derartiger Anzeigeimpulse (Block 142) größer als ein vorgewählter Wert ist, der in diesem Beispiel gleich 4 gesetzt ist, wird eine Langsam-Verbrennungsanzeige erzeugt (Blöcke 144 und 146).

Wenn andererseits die Anzahl der Anzeigeimpulse größer als ein anderer vorgewählter Wert ist, der in diesem besonderen Beispiel gleich 2 gesetzt ist (Block 150), wird ein minima­ les oder Spätverbrennungsereignis bei Block 152 angezeigt. Wenn die Anzahl derartiger Impulse geringer als der vorge­ wählte Wert ist, der in diesem besonderen Beispiel gleich 2 ist (Block 150), wird eine Fehlzündungsanzeige bei Block 156 erzeugt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird nun der Einsatz der Ver­ brennungsanzeige oder der Verbrennungsflags in einem bei­ spielhaften Motorsteuerungssystem näher erläutert. In diesem Beispiel wird das Motorsteuerungssystem bei einem Magerge­ misch-Motorbetrieb angewendet, wobei der Motor bei einem ma­ geren bzw. überstöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet, um eine verbesserte Kraftstoffausnutzung zu errei­ chen. Eine Schwierigkeit bei einem derartigen Magerbetrieb besteht darin, daß eine Luft-/Kraftstoff-Regelung, die auf einen Abgassauerstoffsensor anspricht, nicht praktikabel ist, da herkömmliche Abgassauerstoffsensoren Informationen nur bei stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnissen liefern. Ohne Luft-/Kraftstoff-Steuerung kann der Motor in unerwünschter Weise bei derartig mageren Luft-/Kraftstoff- Verhältnissen betrieben werden, daß Motor-Fehlzündungen oder ein rauher Betrieb auftreten. Wie nachfolgend näher be­ schrieben, werden die gem. Fig. 4 erzeugten Verbrennungsan­ zeigen verwendet, um einen derartigen rauhen Motorbetrieb oder eine Fehlzündung zu korrigieren und dabei eine optimale Kraftstoffsparsamkeit beizubehalten.

Wenn ein Magergemischbetrieb angezeigt ist (Block 202), wird das gewünschte bzw. Soll-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis AFd auf einen Magerwert gesetzt, beispielsweise in einem Bereich zwischen 18-22 lbs.Luft/lb.Kraftstoff (Block 206).

Wenn der Ionenstrom-Abfragetest für einen bestimmten Zylin­ der abgeschlossen ist (Block 210), werden die Verbrennungs­ anzeigen oder Verbrennungsflags bei Block 214 gelesen. An­ ders ausgedrückt, wenn die während der Fenster 64 und 66 durchgeführten Ionenstromabfragen abgeschlossen sind, werden die von dem in Fig. 4 dargestellten Vorgang erzeugten Ver­ brennungsanzeigeflags während Block 214 gelesen. Insbesonde­ re werden bei Block 214 die Anzeigen für "gute Verbrennung", "Langsam- bzw. Dauer-Verbrennung" und "Fehlzündung" gelesen. Der dem Motor zugeführte Kraftstoff wird dann bei Block 218 entsprechend den oben beschriebenen Verbrennungsanzeigen eingestellt. Der Betrag der Änderung hängt insbesondere vom Wert des Verbrennungsanzeigeflags ab. Beispielsweise wird der Motor-Luft-/Kraftstoff-Betrieb mehr in Richtung "fett" geändert, wenn eine Fehlzündung angezeigt wurde, als wenn eine Langsam-Verbrennung angezeigt wurde.

Das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis wird dagegen nicht geändert oder weiter abgemagert, wenn eine gute Verbrennung angezeigt wurde.

Claims (13)

1. Verfahren zur Bestimmung und Steuerung der Verbrennungs­ qualität in einer Verbrennungskammer eines Verbrennungs­ motors, dem eine Kraftstoffmenge zum Betrieb bei einem überstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zuge­ führt wird, mit den folgenden Schritten:
Abfragen eines Ionenstroms in der Verbrennungskammer nach einem Zündereignis in der Verbrennungskammer;
Erzeugen einer Verbrennungszustandsanzeige basierend auf der Ionenstromabfrage;
Einstellen der zugeführten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Verbrennungszustandsanzeige;
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erzeugen eines ersten Fensters (64) von einer ersten vorbestimmten Dauer nach dem Zündereignis;
Erzeugen eines zweiten Fensters (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64);
Abfragen des Ionenstroms bei vorgegebenen Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und des zweiten Fen­ sters (66);
Erzeugen der Verbrennungszustandsanzeige basierend auf den Ionenstromabfragen während des ersten Fensters (64) und basierend auf den Ionenstromabfragen während des zweiten Fensters (66);
Erhöhen der zugeführten Kraftstoffmenge als Reaktion auf die Verbrennungszustandsanzeige, um den Motor bei einem zweiten überstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, welches fetter als ein erstes Luft/Kraft­ stoff-Verhältnis ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsanzeige fer­ ner einen Schritt der Erzeugung eines ersten Verbren­ nungsanzeigezustands basierend auf den Ionenstromabfra­ gen aufweist, die während des ersten Fensters (64) stattfinden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsanzeige ei­ nen Schritt der Erzeugung eines zweiten Verbrennungsan­ zeigezustands, der auf den Ionenstromabfragen basiert, die während des zweiten Fensters (66) stattfinden, beim Fehlen des ersten Verbrennungsanzeigezustands, aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Erzeugung einer Verbrennungsanzeige ei­ nen Schritt der Erzeugung eines dritten Verbrennungsan­ zeigezustands basierend auf den Ionenstromabfragen, die während des zweiten Fensters (66) stattfinden, beim Feh­ len sowohl des ersten Verbrennungsanzeigezustands als auch des zweiten Verbrennungsanzeigezustands, aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schritt der Erzeugung eines zweiten Ver­ brennungsanzeigezustands einen Schritt der Erzeugung ei­ ner Anzeige einer Langsam-Verbrennung in der Verbren­ nungskammer aufweist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es einen Schritt zum Erzeugen einer ersten Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfrage, die während des ersten Fensters (64) stattfinden, mit einem ersten Grenzwert und Erzeugen einer zweiten Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfrage, die während des zweiten Fensters (66) stattfindet, mit einem zweiten Grenzwert und einen Schritt zum Einstellen des dem Motor zugeführten Kraftstoffes abhängig von den ersten und den zweiten Vergleichsanzahlen aufweist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt der Erzeugung eines ersten Verbren­ nungsanzeigezustands basierend auf der ersten Vergleich­ sanzahl aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt der Erzeugung eines zweiten Verbren­ nungsanzeigezustands basierend auf der zweiten Ver­ gleichsanzahl beim Fehlen des ersten Verbrennungsanzei­ gezustands aufweist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schritt des Einstellens des Kraft­ stoffes eine erste Einstellung zu einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin als Antwort auf das Feh­ len des ersten Verbrennungsanzeigezustands bewirkt.

10. verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einstellens des Kraftstoffes eine zweite Einstellung zu einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis hin als Antwort auf den zweiten Verbrennungsanzeigezu­ stand bewirkt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schritt des Abfragens des Ionen­ stroms einen Schritt des Anlegens einer elektrischen Energie an Elektroden einer Zündkerze (18), die an die Zündkammer gekoppelt ist, und des Messens des Ionen­ stroms zwischen den Elektroden aufweist.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 11, mit
einem Computerspeichermedium (22), in das ein Computer­ programm eincodiert ist, um einen Computer zu veranlas­ sen, den einem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf eine Ermittlung einer Verbrennungsquali­ tät in einer Verbrennungskammer des Motors einzustellen, mit:
Fenster erzeugenden Codemitteln, die einen Computer ver­ anlassen, ein erstes Fenster (64) von einer vorbestimm­ ten Dauer nach einem Zündereignis in der Verbrennungs­ kammer und ein zweites Fenster (66) von einer zweiten vorbestimmten Dauer nach dem ersten Fenster (64) zu er­ zeugen;
Abfrage-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, ei­ nen Ionenstrom in der Verbrennungskammer bei vorbestimm­ ten Abfragezeiten während des ersten Fensters (64) und bei vorgegebenen Abfragezeiten während des zweiten Fen­ sters (66) abzufragen,
Vergleichs-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, eine erste Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfra­ ge, die während des ersten Fensters stattfindet, mit ei­ nem ersten Grenzwert zu erzeugen und eine zweite Anzahl von Vergleichen jeder Ionenstromabfrage, die während des zweiten Fensters stattfindet, mit einem zweiten Grenz­ wert zu erzeugen und
Einstell-Codemitteln, die einen Computer veranlassen, den dem Motor zugeführten Kraftstoff als Antwort auf die erste und die zweite Vergleichsanzahl einzustellen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Computerspeichermedium (22) einen Speicherchip aufweist.