Bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, sogenannten Ottomotoren, insbesondere wenn diese in Kraftfahrzeuge einge- baut sind, werden inzwischen an eine sogenannte On-Bord- Diagnose hohe Anforderungen gestellt. Dazu gehört auch die Erkennung von Zündaussetzern. Die Umsetzung einer solchen Diagnose erfolgte bisher auf der Basis einer Analyse der Dre- hungleichförmigkeit die auf von der Kurbelwelle abgegriffene Signale gestützt ist. Diese Signalerfassung ist jedoch nicht genau genug, da die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle insbesondere an einem Kraftfahrzeug, nicht nur von Anomalien im Verbrennungsablauf abhängig ist sondern hier auch Fahrbah- nunebenheiten als Störfaktoren einen Einfluß ausüben.

Nach einem anderen Verfahren wurde eine Ionenstrom-Messung an der Zündkerze vorgenommen und die hierbei erfaßten Werte zur Analyse verwendet. Bei diesem Verfahren können die Verbren- nungsvorgänge unmittelbar im Zylinder erfaßt werden. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß jede Zündkerze mit einer entsprechenden Meßelektrode versehen und eine eigene Meß- schaltung vorhanden sein muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit hinreichender Zuverlässigkeit zu schaffen, das auf der einen Seite jeweils die Signale von den Verbrennungsvorgängen im Zylinder unmittelbar ableitet, andererseits jedoch keine ge- sonderte Meßschaltung erfordert.

Diese Aufgabe wird für Kolbenbrennkraftmaschinen der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils als Ist-Wert die Zeitdifferenz zwischen dem durch die Motor- steuerung vorgegebenen Öffnungszeitpunkt und dem tatsächli- chen Öffnungszeitpunkt eines Auslaßventiles erfaßt, mit einer vorgegebenen Toleranzzeitdifferenz als Soll-Wert verglichen und bei Unterschreiten dieses Soll-Wertes ein Signal erzeugt wird. Bei diesem Verfahren wird mit Vorteil ausgenutzt, daß der Druckverlauf des Zylinderinnendrucks bei ordnungsgemäßer Verbrennung sich signifikant vom Druckverlauf bei einem Ver- brennungsaussetzer unterscheidet. Da der Zylinderinnendruck als Reibungsgröße den Ventilhub des als Feder-Masse-Schwingen ausgebildeten elektromagnetischen Aktuators zur Betätigung des Gasauslaßventils beeinflußt, kann über eine Auswertung der Ventilhubbewegung, ausgehend von der"Auslaß öffnet"- Steuerkante der Motorsteuerung, eine Aussage getroffen wer- den, ob eine Verbrennung stattgefunden hat.

Zum Öffnen des Gasauslaßventils wird über die Motorsteuerung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der elektrische Schließmagnet stromlos gesetzt, so daß die dem Schließmagneten zugeordnete, vorgespannte Öffnerfeder das Gaswechselventil in Öffnungs- richtung bewegt. Bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung baut sich zu Beginn des Ausstoßhubes im Verbrennungsraum ein ent- sprechend hoher Zylinderinnendruck auf, der gerade zu Beginn der Ventilöffnung von der Öffnerfeder überwunden werden muß, so daß sich hier eine entsprechende Zeitverzögerung zwischen dem Stromlossetzen des Schließmagneten und dem Beginn der Öffnungsbewegung des Ventils ergibt.

Ist jedoch aufgrund eines Zündaussetzers keine Verbrennung erfolgt, ergibt sich zu Beginn des Ausstoßhubes ein entspre- chend geringerer Zylinderinnendruck, so daß es der Öffnerfe- der gelingt, das Gaswechselventil merklich früher zu öffnen.

Da die Motorsteuerung, die auch die elektromagnetischen Ak- tuatoren der einzelnen Ventile ansteuert, für eine Vielzahl von Steuersignalen auf zeitbasierten Abhängigkeiten aufbaut,

besteht somit die Möglichkeit, im Rahmen der Motorsteuerung unmittelbar über eine Erfassung der Zeitdifferenz bei ord- nungsgemäßer Verbrennung als Ist-Wert und bei einem Unter- schreiten dieses Ist-Wertes bei einem Zündaussetzer ein ent- sprechendes Signal zu erzeugen, das im Falle von Zündausset- zern, die ohnehin sporadisch erfolgen, in einer der Motor- steuerung zugeordneten"Fehlerverwaltung"im Rahmen der On- Bord-Diagnose-Einrichtung erfaßt wird. Je nach der Gestaltung kann bei einer Überschreitung einer vorgegebenen Zahl von festgestellten Zündaussetzern in einer vorgegebenen Zeitspan- ne ein entsprechendes Fehlersignal durch die On-Bord- Diagnose-Einrichtung ausgelöst werden, beispielsweise durch ein Signallicht am Armaturenbrett.

Die Umsetzung des Verfahrens kann in einer ersten Ausgestal- tung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erfolgen, daß über wenigstens einen Sensor, der einem mit dem Auslaßventil verbundenen bewegbaren Teil des elektromagnetischen Aktuators zugeordnet ist, der tatsächliche Bewegungsbeginn des Auslaß- ventils beim Öffnungshub erfaßt wird. Bei dieser Verfahrens- weise kann man direkt aus dem Wegverlauf des sich öffnenden Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit die Information ablesen, ob eine Verbrennung stattgefunden hat oder nicht.

Wird der Schließmagnet des elektromagnetischen Aktuators stromlos gesetzt, dann ergibt sich eine Verzögerung des Bewe- gungsteils des Gasauslaßventils. Dies ist eine Auswirkung der Tatsache, daß das Gasauslaßventil erst ab einem im wesentli- chen durch die Auslenkung der Öffnerfeder sowie durch die Ventilgröße und den Zylinderinnendruck definierten Druckni- veau öffnen kann. Diese Verzögerungszeit wird hierbei als Ist-Wert unmittelbar über einen entsprechenden Sensor am elektromagnetischen Aktuator erfaßbar. Der Wegverlauf des Auslaßventils in Abhängigkeit von der Zeit wird darüber hin- aus auch durch Verzögerungszeiten beeinflußt, die sich wäh- rend der Flugzeit einstellen. Diese resultieren im wesentli- chen aus Gegenkräften, die durch das ausströmenden Gas wäh- rend der auf das Ventil wirkenden Bewegung. Bestimmt man nun die für einen ordnungsgemäßen Verbrennungsablauf maßgebliche

Verzögerung zwischen dem Abschalten des Haltestroms am Schließmagneten und dem Bewegungsbeginn des Gasauslaßventils in Abhängigkeit von der Steuerzeit und einem angenommenen Zy- linderinnendruck, dann darf sich der aus den Verzögerungszei- ten bei einer ordnungsgemäßen Verbrennung abgeleitete Ist- Wert einen vorgebbaren Grenzwert nicht unterschreiten. Ist dies jedoch der Fall, ist ein Zündaussetzer gegeben. Der er- forderliche Sensor ist zweckmäßig als hochauflösender Wegsen- sor, beispielsweise als Wirbelstromsensor am Aktuator ange- ordnet und erfaßt beispielsweise die Bewegung der Führungs- stange des Ankers des Aktuators. Ein derartiger Wegsensor kann an einem Aktuator bereits für eine Regelung der Auf- treffgeschwindigkeit des Ankers jeweils auf die Polflächen der Magnete vorhanden sein. Der Abgriff des Ist-Wertes für die Erkennung von Zündaussetzern stört jedoch über die Motor- steuerung erfolgende Stromregelung für die Aktuatorbetätigung nicht, da die Istwert-Erfassung für diese Diagnose auf der ersten Hälfte der Ventilbewegung durchgeführt wird, während die Regelung der Bestromung des fangenden Öffnermagneten wäh- rend der zweiten Hälfte der Ventilbewegung und damit auch der Ankerbewegung erfolgt.

In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah- rens ist vorgesehen, daß die Veränderung des Verlaufs der Spannung am Schließmagneten des Aktuators des Gasauslaßven- tils in Abhängigkeit von der Zeit nach dem Abschalten des Haltestroms erfaßt wird und bei Überschreitung eines vorgege- benen Mindestwertes ein Signal ausgelöst wird. Bei dieser Verfahrensweise wird die Tatsache ausgenutzt, daß nach dem Abschalten des Haltestroms am Schließmagneten die Spannung zunächst absinkt, aber aufgrund elektro-induktiver Vorgänge wieder ansteigt, wenn sich der Anker von der Polfläche des Schließmagneten löst und in Bewegung setzt. Bei einem höheren Zylinderdruck, wie er bei ordnungsgemäßer Verbrennung gegeben ist, findet dieser Ablösevorgang langsamer statt. Damit ver- schiebt sich das Maximum dieses Anstiegs um eine entsprechen- de Zeitspanne. Durch das verspätete Ablösen des Ankers von der Polfläche haben sich auch die Feldverhältnisse inzwischen

so verändert, daß die Restspannung in der Spule des Schließ- magneten weiter abgefallen ist und daher der Spannungsanstieg verhältnismäßig gering ist. Ist jedoch aufgrund eines Zündaussetzers der Zylinderinnendruck geringer, dann kann sich der Anker früher und mit höherer Geschwindigkeit von der Polfläche lösen, so daß zum einen das Maximum des Spannungs- anstieges früher erreicht wird und darüber hinaus auch einen höheren Wert erreicht. Aus der feststellbaren Spannungsdiffe- renz kann wiederum ein entsprechendes Signal abgeleitet wer- den.

Das Verfahren nach der Erfindung besitzt insgesamt die Vor- teile einer hochdynamischen Erkennung von Zündaussetzern, d. h. die Zündaussetzer können zyklus-individuell erfaßt wer- den. Ferner ist eine zylinder-individuelle Erkennung von Zündaussetzern möglich. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß kein zusätzlicher Sensor erforderlich ist, sondern die ohnehin an den Aktuatoren vorhandenen Sensoren zur Regelung der Auftreffgeschwindigkeit verwendet werden können oder aber die ohnehin in der Motorsteuerung erfaßbaren Werte für den Spannungsverlauf eingesetzt werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das erfindungsgemäße Ver- fahren bei I-Takt-Verfahren, d. h.. wenn über die Motorsteue- rung unter vorgebbaren Bedingungen einzelne Zylinder deakti- viert werden, eingesetzt werden kann. Dies erfolgt durch Ab- schalten der Kraftstoffzufuhr zum Zylinder und Abschaltung der Zündung, so daß die Kolbenbrennkraftmaschine mit redu- zierter Zylinderzahl arbeitet. Bei dieser Betriebsweise ist die Drehungleichförmigkeit entsprechend hoch, so daß hierüber Zündaussetzer gar nicht mehr erkannt werden können. Das Ver- fahren kann auch bei hochdynamischen Lastsprüngen eingesetzt werden. Die Signalerfassung muß ohnehin für eine Ventilaus- falldiagnose und/oder für die Stromregelung durchgeführt wer- den, so daß die anfallenden Signale zusätzlich im Rahmen des Rechners der elektronischen Motorsteuerung noch weiter ausge- wertet werden können.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen und Dia- gramme näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 schematisch ein elektromagnetisch betätigtes Gas- wechselventil (Auslaßventil) einer Kolbenbrenn- kraftmaschine, Fig. 2 den Bewegungsverlauf des Auslaßventils beim Öffnen, Fig. 3 den Verlauf der Spannung am Schließmagneten beim Öffnungsvorgang.

In Fig. 1 ist schematisch ein Zylinder Z einer Kolbenbrenn- kraftmaschine mit Fremdzündung dargestellt. Der Kolben K be- findet sich im Bereich der unteren Totpunktstellung kurz vor dem Öffnen des Gasauslaßventils 1. Das ebenfalls schematisch dargestellte Auslaßventil 1 wird über einen elektromagneti- schen Aktuator 2 betätigt. Der elektromagnetische Aktuator 2 besteht im wesentlichen aus einem Schließmagneten 3 und einem Öffnermagneten 4. Die beiden Elektromagnete 3,4 sind mit Ab- stand zueinander angeordnet, so daß zwischen ihnen ein an ei- ner Führungsstange 5 befestigter Anker 6 gegen die Kraft von Rückstellfedern 7 und 8 bewegbar ist. Die Rückstellfeder 7 dient hierbei als Öffnerfeder und die Rückstellfeder 8 als Schließfeder für das Gaswechselventil 1. Schließmagnet 3 und Öffnermagnet 4 werden über eine Motorsteuerung 9 bestromt, entsprechend dem durch ein angedeutetes Gaspedal 10 vorgebba- ren Lastwunsch. In der Motorsteuerung 9 werden neben einer Vielzahl von anderen Meßdaten auch die Motordrehzahl n sowie die Kurbelstellung erfaßt, die für die Ansteuerung der elek- tromagnetischen Aktuatoren der Gaswechselventile, der Zün- dung, der Kraftstoffzufuhr etc. benötigt werden.

Der elektromagnetische Aktuator 2 kann ferner noch mit wenig- stens einem Sensor 11 verbunden sein, über den die Bewegung des Gaswechselventils beispielsweise im Bereich des Ankers 6 oder oberhalb des Schließmagneten von der Führungsstange 5 des Ankers 6 oder auch unmittelbar am Schaft des Gaswechsel-

ventils 1 abgegriffen werden kann, wie dies in Fig. 1 ange- deutet ist.

In Fig. 2 ist schematisch der Bewegungsverlauf das Auslaßven- tils beim Öffnungsvorgang dargestellt. Die strichpunktierte Kurve 12 zeigt hierbei den Bewegungsverlauf bei normalen Ver- brennung, während die ausgezogene Kurve 13 den Bewegungsver- lauf bei einem Zündaussetzer darstellt.

Nach dem Abschalten des Haltestroms über die Motorsteuerung zum Schließmagneten 3 zum Zeitpunkt tA ist das Restfeld des Schließmagneten zum Zeitpunkt to soweit abgeschwächt, daß die Öffnerfeder 7 den Anker 6 mit dem Gaswechselventil 1 bewegen kann. Der Zeitraum tA-to entspricht im wesentlichen der so- genannten Klebzeit.

Wie die Kurve 12 für einen normalen Verbrennungsablauf erken- nen läßt, löst sich zu einem Zeitpunkt t1 der Anker 6 von der Polfläche des Schließmagneten 3. Zum Zeitpunkt t2 hat dann das Gasauslaßventil den halben Öffnungsweg zurückgelegt und ist zum Zeitpunkt t3 vollständig geöffnet. Zu diesem Zeit- punkt liegt der Anker 6 an der Polfläche des Öffnermagneten 4 an.

Der Zeitpunkt t2 kann über den in Fig. l dargestellten Sensor 11 erfaßt werden, wobei der Sensor, wie vorstehend beschrie- ben, nicht zwangsläufig dem Anker 6 zugeordnet sein muß, son- dern beispielsweise auch der Führungsstange 5 zugeordnet sein kann.

Wie aus dem Verlauf der Kurve 13 ersichtlich, löst sich bei einem Zündaussetzer aufgrund der eingangs beschriebenen Ver- hältnisse der Anker 6 von der Polfläche des Schließmagneten 3 zu einem früher liegenden Zeitpunkt t'l. Der halbe Öffnungs- weg ist dann bereits zu dem entsprechend früher liegenden Zeitpunkt t'2 durchlaufen und die Öffnungsstellung ebenfalls zu dem früher liegenden Zeitpunkt t'3 erreicht.

Wie ein Vergleich der beiden Kurven 12 und 13 erkennen läßt, wird die Bewegung des Gåsauslaßventils beim Öffnungsvorgang durch Gegenwirkung der die Gasströmung bei einem Zündausset- zer weniger abgebremst, so daß die Ankergeschwindigkeit nach dem Zurücklegen des halben Hubweges signifikant höher liegt und der halbe Hubweg zu einem früheren Zeitpunkt t'2 durch- laufen wird. Da die elektrischen, elektromagnetischen und me- chanisch-dynamischen Eigenschaften des Aktuators sowie die Strömungseinflüsse hinreichend bekannt sind, ist auch der Be- wegungsbeginn zum Zeitpunkt t1 bzw. der Durchgang durch die Mittellage zum Zeitpunkt t2 in der hier erforderlichen Genau- igkeit als Wert bekannt. Damit ist aber auch die Zeitdiffe- renz Otl zwischen to und t1 und/oder die Zeitdifferenz At2 zwischen to und t2 bekannt und kann als Soll-Wert für das Verfahren zugrunde gelegt werden.

Erfolgt nun ein Zündaussetzer, dann wird über den Sensor 11 der Bewegungsbeginn oder auch der Durchgang durch die Mittel- lage zum Zeitpunkt t'1 bzw. zum Zeitpunkt t'2 erfaßt. Die Zeitdifferenz t't1 zwischen to und t'1 bzw. A't2 zwischen to und t'2 ist dann aufgrund der vorstehend beschriebenen ande- ren Druck-und Strömungsverhältnisse entsprechend kürzer.

Diese kürzere Zeitdifferenzen At'können dann als Ist-Wert zugrunde gelegt werden.

Da nun der motorische Betrieb selbst bei ordnungsgemäßem Ver- brennungsablauf nicht immer gleichbleibend ist, variiert die Zeitdifferenzen At, sei es bezogen auf den tatsächlichen Öff- nungsbeginn, sei es bezogen auf den Durchlauf durch die Mit- tellage, um ein geringes Maß, so daß hier für den Soll-Wert At ein unterer Grenzwert vorgegeben werden muß. Wird jedoch dieser untere Grenzwert bei der Erfassung des Ist-Wertes un- terschritten, wird diese Unterschreitung dann in der Signal- erfassung bei der Motorsteuerung als Zündaussetzer detektiert und entsprechend verarbeitet.

In Fig. 3 ist der eingangs beschriebene Verlauf der Spannung am Schließmagneten 3 beim Öffnungsvorgang dargestellt. Die

gestrichelte Kurve 14 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit den Spannungsverlauf beim normalen Verbrennungsvorgang, während die ausgezogene Kurve 15 den Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der Zeit im Falle eines Zündaussetzers darstellt.

Wird, wie vorstehend beschrieben, am Schließmagneten 3 der getaktete Haltestrom zum Zeitpunkt tA abgeschaltet, fällt die Spannung entsprechend der Remanenzen des Systems zunächst bis auf den Wert-Uo ab. Sobald dann der Strom soweit abgeflossen ist, daß die Öffnerfeder 7 die Kraft des Restfeldes zum Zeit- punkt t, überwinden kann, setzt sich der Anker 6 zum Zeit- punkt t, in Bewegung. Die Spannung steigt aufgrund der elek- tro-induktiven Einflüsse zwischen dem sich in Bewegung set- zenden Anker und dem Restmagnetismus im Elektromagneten wie- der an, bis der Anker so weit entfernt wird, daß er im sich abschwächenden Feld keinen Einfluß mehr bewirken kann und die Spannung endgültig abfällt. Dieses Spannungsmaximum-U1 er- gibt sich zu einem Zeitpunkt t5.

Da beim einem Zündaussetzer sich der Anker sehr viel früher in Bewegung setzt und zwar zum Zeitpunkt t'1, zu diesem Zeit- punkt das Restfeld im Elektromagneten deutlich höher ist, ist auch der elektro-induktive Einfluß des sich in Bewegung set- zenden Ankers spürbar höher, so daß der durch die Ankerbewe- gung verursachte Spannungsanstieg mit seinem Maximum U2 deut- lich höher ist und zeitlich früher, nämlich zum Zeitpunkt t'5 erreicht wird. Nach diesem Zeitpunkt ist dann der Stromabfall sehr viel stärker, da sich, wie vorstehend bereits ausführ- lich erläutert, der Anker sehr viel schneller vom Haltemagne- ten 3 wegbewegt.

Wie Fig. 3 erkennen läßt, wird nun bei einem Zündaussetzer nach dem Abschalten des Haltestroms das Maximum-U2 für den Spannungsanstieg früher, d. h. zum Zeitpunkt t'5 erreicht.

Dieses Maximum überschreitet aber den Mindestwert-U1, so daß auch hier bei Überschreitung eines vorgebbaren Mindestwertes für-U1 als Soll-Wert durch einen Ist-Wert entsprechend-U2 ein entsprechendes Signal einen Zündaussetzer anzeigt.

Auch bei der Zündaussetzererkennung über den Spannungsverlauf wird man über die nicht zu vermeidenden Schwankungen für den als Soll-Wert vorgebbaren Mindestwert-U1 eine entsprechende Toleranzobergrenze für den Soll-Wert vorgeben, so daß erst bei Überschreitung dieses Soll-Wertes ein Zündaussetzer er- kannt wird.

Wie der unterschiedliche Verlauf der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit beim Normalbetrieb einerseits (Kurve 14) und bei einem Zündaussetzer (Kurve 15) zeigt, kann hier außer der Spannungsdifferenz zwischen-U1 und-U2 als Sollwert-Vorgabe auch die Differenz zwischen-Umin und-U1 vorgegeben werden.

Wir der Istwert der Spannungsdifferenz zwischen-Ul und-Umin überschritten und erreicht beispielsweise den Differenzwert zwischen-U2 und-Umin, dann kann auch hier auf einen Zündaus- setzer gescshlossen werden.

Auch durch das Erfassen der Zeitdifferenz zwischen to und t5 einerseits, wenn im Normalbetrieb das Spannungsmaximum-U1 erreicht ist und der Zeitdifferenz zwischen to und t'5, wenn das Spannungsmaximum-U2 erreicht ist, bietet ebenso eine Möglichkeit, einen Zündaussetzer zu detektieren.

Die vorbeschriebenen Bewegungskurven entsprechend Fig. 2 und Spannungskurven entsprechend Fig. 3 gehen immer davon aus, daß das System Anker-Gaswechselventil spielfrei ist, was bei- spielsweise dann gegeben ist, wenn ein derartiges System mit einem automatischen Ventilspielausgleich versehen ist.

Sollte der betreffende Aktuator nicht mit einem automatischen Ventilspielausgleich versehen sein, dann ist die Erfassung der Ist-und Sollwerte über Sensoren zweckmäßiger, da auf- grund des Ventilspiels der Abbau des für die Erfassung nach dem Spannungsverlauf benötigten Restfeldes schon so weit fortgeschritten ist, daß die Unterschiede in den Kurvenver- läufen bei Normalbetrieb und bei Zündaussetzern nicht mehr

deutlich genug sind, um hier einen einwandfreien Meßwert ab- zuleiten.