DE10017749A1 - System zur Erfassung von Fehlzündungen in Verbrennungsmotoren - Google Patents

System zur Erfassung von Fehlzündungen in Verbrennungsmotoren

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen durch Motorsteuersysteme mit hohem Datendurchsatz. Es wird ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen einzelner Zylindervorgänge in einem Innenverbrennungsmotor offenbart, das einen Schritt (102) zur Erzeugung eines das Drehmomentverhalten des Motors anzeigenden Geschwindigkeitssignals mit hohem Datendurchsatz aufweist. Anschließend wird das Geschwindigkeitssignal gefiltert (104) und in mehrere nichtverschachtelte homogene Datensätze getrennt (106), von denen jeder gleichartige Abschnitte des Verbrennungszyklus des Motors angibt. Danach wird jedes der homogenen nichtverschachtelten Datensätze einer Medianfilterung (108) unterzogen. Auf diese Weise werden die Datensätze entsprechend dem verwendeten rekursiven Medianfilter normalisiert und um den relativen Nullpunkt zentriert. Dieser Zentriereffekt ermöglicht es, dass die Signale nach dem Filtern wieder zusammengefügt werden (109), wodurch die Art jeder im Signal vorhandenen Abweichung aufgezeigt werden kann. Anschließend wird ein Schwellwertvergleich (116) des daraus resultierenden Signals durchgeführt, um festzustellen, ob eine Fehlzündung vorliegt (Fig. 5).

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Erfassung von Fehlzündungen, die während des normalen Betriebs eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung auftreten, und insbesondere ein verbessertes Signalverarbeitungssystem und ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor.
Derzeitige Motorkontrollsysteme weisen oft Fehlzündungserfassungssysteme auf. Da die Abgasnormen immer strenger werden, besteht ein Bedarf an einer genauen Fehlzündungserfassung und -überwachung bei allen Betriebsbedingungen des Motors.
Das Überwachen der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung der Kurbel­ welle sind bevorzugte Techniken zur Erfassung von Fehlzündungen der einzelnen Zylinder während des Betriebs des Motors. Diese beiden Maßnahmen hängen bei der Erfassung von Fehlzündungen bestimmter Motorzylinder weitgehend vom Mo­ tordrehmoment ab, das während des Verbrennungsprozesses erzeugt wird. Wenn die Geschwindigkeits- oder Beschleunigungswerte vorliegen, werden Fehl­ zündungen mit Hilfe verschiedener Signalanalyse- und/oder Spektralanalyseverfah­ ren bestimmt.
Verschiedene derzeitige Systeme zur Erfassung von Fehlzündungen sind gut ge­ eignet, um Fehlzündungen bei Anwendungen mit geringem Datendurchsatz zu er­ fassen. Systeme mit geringem Datendurchsatz versuchen typischerweise, Fehl­ zündungen auf der Grundlage ganzer Zylinderbetriebsintervalle zu erkennen, wie sie beispielsweise vom Zündprofilimpulssignal (PIP) gemessen werden. In einem Vierzylindermotor zeigt das PIP-Signal wirklich die Annäherung zweier Motorzylin­ der an den oberen Totpunkt an, wobei sich einer davon einem Arbeitstakt und der andere einem Ansaugtakt nähert. Das ist so, weil zwei volle Kurbelwellenumdre­ hungen nötig sind, um einen Maschinenzyklus zu vollenden. Bei Motoren mit mehr als vier Zylindern überlappen sich jedoch die Arbeitstakte verschiedener Zylinder. Entsprechend wird es schwieriger, die Kurbelwellenbeschleunigungsfluktuationen einem bestimmten Zylinder zuzuordnen, da die von der Zündung beeinflussten Kurbelwellenbeschleunigungen bei kleineren Rotationswinkeln auftreten.
Entsprechend ist es bei Motoren mit mehr als vier Zylindern für eine verbesserte Erfassung von Fehlzündungen wünschenswert, die durchschnittliche Kurbelwellen­ beschleunigung über kleinere Kurbelwellenrotationsintervalle aufzuzeichnen. In der Praxis werden Motorwinkelgeschwindigkeit und Beschleunigungsverhalten jedoch auch noch von anderen Bedingungen als dem Kraftübertragungsverhalten des Ex­ plosionsdrehmoments beeinflusst. Diese anderen Bedingungen können das Signal- Störverhältnis des zu analysierenden explosionsdrehmomentabhängigen Ge­ schwindigkeits- oder Beschleunigungssignals deutlich verkleinern. Außerdem über­ steigt die Störung bei bestimmten Betriebsbedingungen des Motors das zu unter­ suchende drehmomentabhängige Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssignal. Ferner hat die Störung aufgrund der Kurbelwellentorsionsvibrationen Auswirkungen auf das Kurbelwellenbeschleunigungssignal und aufgrund der hin- und herbeweg­ ten Massen auf das Trägheitsmoment sowie auf andere mechanisch induzierte Vi­ brationen an der Kurbelwelle des Motors. Die Störung kann jedes signalisierbare Verhalten eines Fehlzündungsvorgangs verbergen oder maskieren.
Ein Beispiel eines mit hohem Datendurchsatz arbeitenden Fehlzündungserken­ nungssystems mit verbesserter Signalgüte ist in der US-Patentschrift Nr. 5 515 720 beschrieben. Hier wird das Beschleunigungssignal mit verbesserter Signalgüte von einem Medianfilter erzeugt, das mit einem Beschleunigungssignal arbeitet, bei dem der Rang des Medianfilters programmierbar von den festgelegten Betriebs­ bedingungen des Motors abhängig ist.
Der Datenstrom, der auf einem solchen System mit hohem Datendurchsatz beruht, enthält jedoch verschachtelte nichthomogene Daten. Entsprechend können auf sol­ chen Daten beruhende Kurbelwellenbeschleunigungssignale Fehlzündungs­ vorgänge maskieren oder verbergen. Mit anderen Worten sind, wenn Daten bei höherem Durchsatz, d. h. mit kleineren Kurbelwellendrehwinkeln, abgetastet wer­ den, die Abtastwerte verschachtelt und geben verschiedene Abschnitte des Motor­ zyklus' an. Wenn diese verschachtelten nichthomogenen Abtastwerte mit heuristi­ schen Filtern, beispielsweise einem Medianfilter, das so ausgelegt ist, dass es eini­ ge Herkunftseigenschaften eines Signals oder den Unterschied zwischen dem ge­ messenen Wert und der Herkunftseigenschaft eines Signals bestimmt, gekoppelt werden, treten oft Fehler auf. Außerdem wird, wenn das Signal vor der Weiter­ verarbeitung von diesen Filtern mit festen Filteralgorithmen verändert wird, die Her­ kunftseigenschaft des Signals ebenfalls verändert.
Entsprechend besteht Bedarf an einem System zur Erfassung von Fehlzündungen und einem Verfahren, das der kleinen nichthomogenen Winkelabtastperiode eines Systems mit hohem Datendurchsatz und den Schwierigkeiten, die von den ver­ schachtelten Daten in heuristischen Filtern verursacht werden, dadurch Rechnung trägt, dass es abweichende Beschleunigungen oder Geschwindigkeiten erfasst, um einen Verlust der Verbrennungsqualität bei Innenbrennkraftmaschinen aufzuzeigen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System und ein verbessertes Ver­ fahren zur Erfassung von Fehlzündungen bereitzustellen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie Fehler vermindert, die durch Torsions­ vibrationsfehler zweiter Ordnung, durch die kleine nichthomogene Winkelabtastpe­ riode bei Systemen mit hohem Datendurchsatz, durch Datenversatz aufgrund von Vorverarbeitung, wie beim Tiefpassfiltern, und durch Probleme entstehen, die von den verschachtelten Daten in heuristischen Filtern verursacht werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung von Fehl­ zündungen von einzelnen Zylindervorgängen eines Motors mit innerer Verbrennung beschrieben, das einen Schritt enthält, bei dem ein Geschwindigkeitssignal erzeugt wird, das das Verhalten des Drehmoments des Motors angibt und einen nichtho­ mogenen verschachtelten Datensatz aufweist. Das Geschwindigkeitssignal wird anschließend gefiltert und in mehrere homogene nichtverschachtelte Datensätze getrennt, wobei jeder Datensatz gleiche Abschnitte des Verbrennungszyklus' des Motors angibt. Dann wird jeder der homogenen nichtverschachtelten Datensätze einer Medianfilterung unterworfen. Die Datensätze werden dann wiederverschach­ telt, und eine Fehlzündungsanzeige wird als Funktion des wiederverschachtelten Geschwindigkeitssignals durchgeführt. In einer Ausführungsform der Erfindung ist das verwendete Medianfilter ein rekursives Medianfilter.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Trennung des Ge­ schwindigkeitssignals in einzelne nichtverschachtelte homogene Datensätze die Datensätze normalisiert werden können. Sobald die Verschachtelung dieser Daten gemäß der angewandten Heuristik aufgehoben worden sind, können sie von heuri­ stischen Filtern, wie einem Medianfilter, einem Mittelwertfilter oder einem logischen Filter, weiterverarbeitet werden. Da die Wirkung dieser heuristischen Filter darin besteht, den Datensatz gemäß der angewandten Heuristik zu normalisieren, wer­ den die entsprechenden Ausgangswerte aller homogenen Datensätze gemäß der Heuristik zentriert. Diese Zentrierwirkung ermöglicht es, dass die Signale nach An­ wendung der Heuristik neu zusammengesetzt werden, da jeder Datensatz um sei­ nen relativen Nullwert zentriert wird. Auf diese Weise werden die Eigenschaft aller Abweichungen (d. h. Fehlzündungen) beibehalten.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden deutlich, wenn die nachfolgende genaue Beschreibung und die angefügten Ansprüche unter Heranziehung der bei­ liegenden Zeichnung gelesen wird.
Für ein umfassenderes Verständnis der Erfindung wird nun auf die Ausführungs­ formen Bezug genommen, die in den beiliegenden Zeichnungsfiguren dargestellt und nachfolgend mit Hilfen von Beispielen der Erfindung beschrieben werden. In der Zeichnung ist folgendes dargestellt.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung einer Momentanbeschleunigung über der Kurbelwellendrehung für normale und fehlzündende Zylinder.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm der gesammelten Kurbelwellenbeschleuni­ gungsdaten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Datenpunkte bei einem System mit ho­ hem Datendurchsatz und entsprechende Zylindervorgänge.
Fig. 4 zeigt eine Reihe graphischer Darstellungen von nichtverschachtelten homo­ genen Kurbelwellenbeschleunigungsdatensätzen und von normalisierten nichtver­ schachtelten homogenen Kurbelwellenbeschleunigungsdatensätzen.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Verfahrensschritte bei der Erfas­ sung von Fehlzündungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
Bei einem typischen Viertaktverbrennungsmotor, beinhalten die vier Takte den Einlasstakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Auslasstakt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Arbeitstakte der jeweiligen Zylinder in einer bestimmten Folge entsprechend der Kurbelwellenlage angeordnet. Ferner überlappen sich in jedem Motor mit mehr als vier Zylindern, z. B. bei dem gezeigten Sechszylindermotor, die Arbeitstakte der verschiedenen Zylinder. Dadurch wird das Kurbelwellengeschwin­ digkeits- und -beschleunigungsprofil geglättet, wodurch es allerdings schwieriger wird, Fehlzündungen einem bestimmten Zylinder zuzuordnen. Wie aus Fig. 1 er­ sichtlich ist, geht ein Motorzyklus über 720° der Kurbelwellendrehung, während der jeder Zylinder jeden seiner vier Takte durchläuft.
Die Kurve 10 in Fig. 1 zeigt die ungefähre Beschleunigungsfluktuation während des Betriebs des Motors. Eine Beschleunigungsspitze 11 tritt während des Zündungs­ vorgangs des Zylinders Nr. 1 und andere Spitzen der Beschleunigungskurve etwa entsprechend jedem anderen ordnungsgemäß zündenden Zylinder auf. Wenn eine Fehlzündung dergestalt auftritt, dass von einem Zylinder während seines Zünd­ vorgangs keine deutliche Kraft erzeugt wird, wird die Kurbelwelle langsamer, wie mit Bezugszeichen 12 angezeigt ist.
Eine Ausführungsform eines Systems mit hohem Datendurchsatz zum Sammeln von Kurbellwellengeschwindigkeitsdaten ist in Fig. 2 dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Zehnzylindermotor 20 mit einer Kurbelwelle 22. Eine zugehörige Motorsteuereinheit (ECU) 23 weist einen Eingang zum Empfang eines oberen Totpunktsignals (TDC) 25 von einem Nockenwellendrehsensor 27 auf, der einen TDC des Zylinders Nr. 1 #29 der zehn Zylinder 30 des Motors 20 angibt. Dieses TDC-Signal 25 reagiert auf die Messung eines Vorsprungs 31 am Ende der Nockenwelle 33. Der Nockenwel­ lendrehsensor 27 gibt alle 720° der Kurbelwellenwinkeldrehung das TDC-Signal 25 an die ECU 23 weiter. Das TDC-Signal 25 wird von der ECU 23 dazu verwendet, den Startpunkt für die Messung, welcher Zylinder 30 im Augenblick zündet und so die Beschleunigung der Motorkurbelwelle 22 verursacht, zu bestimmen.
Ein weiteres Eingangssignal der ECU 23 stammt vom Motorwinkelversatzsensor 35. Dieser Sensor misst den Winkelversatz des Motors durch Abtasten des an der Motorkurbelwelle 22 befestigten Zahnrads 37. Der Motorwinkelversatzsensor 35 gibt aufgrund eines Zahnabstandsmusters auf dem Zahnrad 37 alle 18° der Motor­ kurbelwellendrehung ein Motorwinkelversatzsignal 39 an die ECU 23 aus. Das Motorwinkelversatzsignal 39 wird von der ECU 23 dazu verwendet, die Motorwin­ kelgeschwindigkeit und die Kurbelwellenbeschleunigung zu messen und im Falle einer Fehlzündung den aktiven Zylinder zu ermitteln.
Die ECU 23 enthält eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), z. B. einen Mikroprozes­ sor 24, und einen zugehörigen Speicher 26. Der Mikroprozessor 24 konvertiert die Signale 25 und 39 von Impulsen zu einer digitalen Information, die der Information entspricht, die in den Impulsen enthalten ist, die später in den ausgeführten Verfah­ rensschritten verwendet werden.
Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der Information mit hohem Datendurchsatz, aus der die Kurbelwellengeschwindigkeit und -beschleunigung ermittelt werden. Der Signalverlauf 40 gibt das Motorwinkelversatzsignal 39 an, das sich aus dem Motor­ winkelversatzsensor 35 und dem Zahnrad 37 des Motors 20 der Fig. 2 ergibt. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann das Motorwinkelversatzsignal als ein Rechtecksignal 40 dargestellt werden, dessen Flanken dem Kurbelwellenwinkel entsprechen. Diese Flanken sind mit einer bestimmten Taktfrequenz zeitlich so festgelegt, dass sie ei­ nem festgelegten Winkelabschnitt der Drehung entsprechen. Zur Ermittlung einer gemessenen Winkelgeschwindigkeit wird dieser Winkelabschnitt dann zeitlich un­ terteilt. Bei einem Zehnzylindermotor mit einem "40-1" Zahnrad, kann jeder Ver­ brennungsvorgang 42 mit vier Abtastdaten (s0-s3, s4-s7, usw.) angegeben werden, wobei jedes Abtastdatum 18° der Winkeldrehung entspricht (d. h., 360° geteilt durch 20 Abtastwerte pro Radumdrehung).
Das Kurbelwellengeschwindigkeitssignal ist jedoch vielfältigen Variationen ausge­ setzt. Diese beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf die Eigenschaften des Dre­ hungsintervalls (z. B. Einlass, Verdichtung, Verbrennung, Auslass), die Verbren­ nungsvariationen von Zylinder-zu-Zylinder, die Torsionsvibrationen der Kurbelwelle, die Eigenschaften des Ausgleichsmechanismus'; und Variationen des Antriebszy­ klus'.
Um diese Variationen aus dem Geschwindigkeitssignal zu entfernen, können ver­ schiedene Filteralgorithmen angewandt werden. Diese umfassen, je nach dem ge­ wünschten Ergebnis, Tiefpass-, Bandpass- oder Hochpassfilter. Diese Filter verwi­ schen jedoch das Signal, was unerwünscht sein und einen einzelnen gemessenen Abtastwert, oder bei starker Dämpfung auch viele Abtastwerte, beeinflussen kann. Dieses Verwischen verändert wesentlich die Grund- oder Herkunftseigenschaften des Eingabesignals und hat ein verändertes gefiltertes Geschwindigkeitssignal zur Folge. Wenn dieses veränderte Signal oder seine Ableitungen heuristisch gefiltert werden, z. B. mit einem Medianfilter, kann es schwierig sein, das Herkunftssignal zu erhalten und daher kann es sein, dass der Unterschied jedes gemessenen Signals zu seinem Grundwert nicht optimal erfasst wird. Dieser Fehler kann mit Bezug auf Fig. 4 verdeutlicht werden.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Kurbelwellenbeschleunigung auf der Grundlage der verschachtelten und nichtverschachtelten Datensätze der Fig. 3 Da sich die Motorgeschwindigkeit, mit Bezugszeichen 50 angegeben, erhöht, kann das Motorwinkelversatzsignal 40 (Fig. 3) zur Bestimmung eines Herkunftssignals der Kurbelwellenbeschleunigung 52 tiefpass- und mediangefiltert werden. Das Be­ schleunigungssignal 52 stellt jedoch einen nichthomogenen verschachtelten Daten­ satz dar. Es ist insofern nichthomogen, als das sich daraus ergebende Signal 52 verschiedene Abschnitte der Zylindervorgänge angibt. Mit anderen Worten gibt C0 einen anderen Abschnitt des Zylindervorgangs an als C1 usw.. Da der Datenstrom nichthomogen ist, birgt er Störungen in sich, die beim Kurbelwellenbeschleuni­ gungssignal 52 einen Fehlzündungsvorgang, der mit Bezugszeichen 53 angegeben ist, maskieren oder verbergen können.
Die Erfindung verringert durch eine Normalisierung des Kurbelwellenbeschleuni­ gungssignals die Auswirkungen der Geschwindigkeitsveränderungen, die mit den verschachtelten nichthomogenen Daten einhergehen. Das wird dadurch erreicht, dass der verschachtelte nichthomogene Datenstrom 40 nur in den Kurbelwellenab­ schnitten abgetastet wird, die von Interesse sind, oder dadurch, dass die Daten in Kanäle aufgespalten werden, in denen die Abtastwerte jedes Kanals den homoge­ nen Datensätzen entsprechen, die auf gleichen Zylindervorgängen oder - abschnitten beruhen.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, kann jeder Zylindervorgang 42 in vier Ka­ näle C0, C1, C2, C3 aufgespalten werden. In Fig. 4 ist eine Kurve der Kurbel­ wellenbeschleunigung bezogen auf jeden einzelnen Kanal mit C0-C3 dargestellt. Sobald die Daten entschachtelt wurden, können sie von einem heuristischen Filter, z. B. einem Medianfilter, einem Mittelfilter oder einem logischen Filter, weiterver­ wendet werden. Da die Wirkung dieser heuristischen Filter darin besteht, die Da­ tensätze entsprechend der angewandten Heuristik zu normalisieren, werden die Ausgangssignale jedes Kanals um die Heuristik zentriert. Dieser Zentriereffekt er­ möglicht es, dass die Signale nach Anwendung der Heuristik wieder zusammen­ gefügt werden können, wie das im normalisierten Beschleunigungsprofil der Fig. 4 dargestellt ist. Da jeder Kanal um seinen relativen Nullwert zentriert wird, bleiben die Grund- oder Herkunftseigenschaften aller Abweichungen erhalten. Das wird zum Beispiel mit der Geschwindigkeitsverringerung 54 des Kanals C0 dargestellt, die als Folge des verschachtelten nichthomogenen Datensatzes im Beschleuni­ gungssignal 52 verborgen war. Man kann diese Abweichung in den normalisierten und wiederzusammengefügten homogenen nichtverschachtelten Datensätze aus­ reichend gut als Abweichung 56 erkennen. Sobald die Signale auf diese Weise wiederzusammengefügt worden sind, können zusätzliche Berechnungen ausge­ führt oder die Signale mit Schwellwerten zur Erfassung von Fehlzündungsvorgänge anzeigenden Abweichungen verglichen werden.
Eine Ausführungsform der Verfahrensschritte, die zur Erfassung von Fehlzündun­ gen auf der Grundlage des oben beschriebenen Verfahrens notwendig sind, ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Verfahrensschritte werden ununterbrochen durchgeführt und beginnen mit Schritt 101. Bei der bevorzugten Ausführungsform befindet sich das logische Programm der Fig. 5, wie es vom Mikroprozessor 24 (Fig. 2) ausge­ führt wird, im Speicher 26 der ECU 23. Selbstverständlich könnte die Logik von je­ der anderen peripheren Vorrichtung, die sich in der ECU 24 befinden oder nicht befinden kann, ausgeführt werden.
Im Block 102 wird das Motorwinkelversatzsignal 39 vom Motorwinkelversatzsensor 35 (Fig. 2) empfangen und dazu verwendet, die Winkelgeschwindigkeit der Motor­ kurbelwelle abzuleiten. Das ist eine Funktion des bekannten Winkelabstands der Zähne auf dem Zahnrad und der zwischen den Zähnen gemessenen Zeit. Wie oben erwähnt, ist das Geschwindigkeitssignal 103 vielen Variationen ausgesetzt. Um einige Variationen aus dem Geschwindigkeitssignal 103 zu entfernen, wird im Block 104 eine Filterschaltung verwendet. In diesem Fall wird ein programmierba­ res Tiefpassfilter dazu verwendet, die Torsionsvibrationen der Kurbelwelle, das Trägheitsmoment der sich hin- und herbewegenden Massen und andere mecha­ nisch bewirkte Vibrationen der Kurbelwelle des Motors zu dämpfen. Die Ordnung des programmierbaren Tiefpassfilters kann, wie im Stand der Technik bekannt ist, als Funktion aus Motorgeschwindigkeit und Belastung variabel sein, um die Signal­ güte zu erhöhen, so dass die Fähigkeit zur Erfassung von Fehlzündungen verbes­ sert wird.
Um die Signaleigenschaften weiter zu verbessern, wird, bevor die Kurbelwellenwin­ kelbeschleunigung bestimmt wird, der verschachtelte Datenfluss im Block 106 in verschiedene Kanäle aufgespalten. Nach der Aufspaltung entspricht jeder Kanal einem homogenen Datensatz, der auf einer a priori bekannten Größe, wie gleichen Kurbelwellenwinkeln, gemeinsamen Motorzykluselementen oder gemeinsamen Torsionswirkungen, beruht. Zum Beispiel würde, wie in Fig. 3 gezeigt ist, bei einem Zehnzylindermotor der Kanal C0 die ersten 18° der Drehung nach der TDC jedes Zylinders, der Kanal C1 die nächsten 18° der Drehung usw. angeben. Auf diese Weise ist es wünschenswert, gleiche Kanäle von Zylindervorgang zu Zylindervor­ gang zu analysieren, um Abweichungseigenschaften der Fehlzündungen zu erfas­ sen. Auf diese Weise, wird der Datensatz, der alle gleichartigen Kanäle umfasst, wie z. B. C0, als homogener nichtverschachtelter Datensatz bezeichnet.
In diesem Fall trennt die erste angewandte Heuristik (methodisches Vorgehen) die Daten in homogene nichtverschachtelte Datensätze. Zur Erfassung der Fehlzün­ dung entspricht in diesem Beispiel jeder dieser Datensätze einem gleichartigen Ab­ schnitt verschiedener Zylindervorgänge. In ähnlicher Weise könnte eine andere Methodik beispielsweise die Datensätze so trennen, dass sie der Einlassventil­ öffnung jedes Zylinders entsprechen.
Nachdem diese Daten gemäß der angewandte Heuristik in Block 106 entschachtelt wurden, können sie mit heuristischen Filtern, z. B. einem Medianfilter, in Schritt 108 weiterverarbeitet werden. Ein Medianfilter wird bei jedem der Kanäle angewendet, um den Datensatz zu normalisieren und die entsprechenden Ausgaben zu zentrie­ ren. Dieser Zentriereffekt ermöglicht es, dass die Kanäle nach Anwendung des Me­ dianfilters in Schritt 109 wiederzusammengefügt werden, so dass Abweichungen erhalten bleiben und Fehlzündungen erfasst werden können.
Nachdem die Kanäle in Schritt 109 wiederzusammengefügt oder wiederver­ schachtelt wurden, wird in Schritt 110 die Kurbelwellenwinkelbeschleunigung be­ stimmt.
Alternativ können die wiederverschachtelten Datensätze aus Schritt 109 mit Schwellwerten verglichen werden, um für Fehlzündungen typische Abweichungen zu erfassen. Für eine verbesserte Erfassung von Fehlzündungen ist es jedoch wünschenswert, die Winkelbeschleunigung in Schritt 110 zu bestimmen das Be­ schleunigungssignal mit einem rekursiven Medianfilter mit wählbarem Rang in Schritt 112 weiter zu bearbeiten. Ferner kann der Rang des rekursiven Median­ filters vom Muster der Fehlzündungkennwerte des zu analysierenden Motors ab­ hängig gemacht werden.
Nachdem in Schritt 112 das Medianfilter angewandt wurde, werden die überabge­ tasteten Daten auf einen Abtastwert pro Verbrennungsvorgang verringert, so dass eine Fehlzündung einem bestimmten Zylinder zugeordnet werden kann. Dieser Vorgang ist in Schritt 114 dargestellt.
In Schritt 116 wird der Datenpunkt mit einem kalibrierten Schwellwert verglichen. Wenn der Datenpunkt um mehr als den kalibrierten Schwellwert von der erwarteten Kurbelwellenbeschleunigung abweicht, wird er als Fehlzündungsvorgang gewertet.
Für die Motordiagnose werden die Fehlzündungsvorgänge gemeinsam im ECU- Speicher 26 gespeichert. Außerdem kann, wenn Fehlzündungen in einem beträcht­ lichen Prozentsatz aller Zylinderereignisse auftreten, in Schritt 118 eine Fehlfunkti­ onsanzeigeleuchte in Betrieb gesetzt werden, um den Bediener zu alarmieren.
Bei dem oben beschriebene Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen ist es wichtig, dass das in Schritt 108 angewandte Medianfilter so schnell wie möglich mit dem Herkunftssignal konvergiert. Dadurch wird es möglich, dass das Verfahren mit nur wenigen Rechenschritten zum Herkunftssignal gelangt. Das ist dann wün­ schenswert, wenn das Verfahren in Echtzeit ablaufen soll. Aus diesem Grund ist das in Schritt 108 angewandte Filter bevorzugt ein rekursives Medianfilter. Eine Eigenschaft eines rekursiven Filters besteht in seiner schnellen Konvergenz auf das Herkunftssignal. Wie der Name schon sagt, wird bei einem rekursiven Medianfilter der Filterausgangswert wieder in den Filtereingang eingespeist. Zum Beispiel wird bei einem Medianfilter mit einer ungeraden Anzahl sortierter Abtastwerte der mittle­ re oder mediane Wert als Filterausgang verwendet. Somit wird der Ausgangswert eines Medianfilters y(A) so angegeben:
y(A) = Medianwert aus [x(A - N), . . ., x(A - 1), x(A), x(A + 1), . . ., x(A + N)]
wobei N die Hälfte des Rangs des Medianfilters angibt und A ein Index in den Da­ tenstrom ist.
Ein rekursives Medianfilter ist jedoch durch folgende Operation definiert:
y(A) = Medianwert aus [y(A - N), . . ., y(A - 2), x(A), x(A + 1), . . ., x(A + N)]
Auf diese Weise wird der Ausgangswert y(A) wieder in das Filter eingespeist, wo­ durch der rekursive Vorgang einen Ausgangswert in einem einzigen Durchgang durch den Datenstrom erzeugt.
In ähnlicher Weise ist auch das Medianfilter, das in Schritt 112 angewandt wird, bevorzugt ein rekursives Medianfilter mit wählbarem Rang. Dadurch erzeugt man einen größeren Unterschied zwischen den mediangefilterten Beschleunigungswer­ ten und den gemessenen Werten. Man wird feststellen, dass die Erfindung die Nachteile überwindet, die mit der Verarbeitung verschachtelter nichthomogener Messdaten in Zusammenhang stehen, die im allgemeinen bei Fehlzündungserfas­ sungssystemen mit hohem Datendurchsatz vorkommen. Während die Erfindung in Verbindung mit einer oder mehreren Ausführungsform(en) beschrieben wurde, ver­ steht es sich von selbst, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen be­ schränkt ist. Zum Beispiel können die Verfahrensschritte des Entschachtelns, Fil­ terns und Wiederverschachtelns (Schritte 106, 108, 109) während des Vorgangs zu unterschiedlichen Zeiten und mehrmals durchgeführt werden. Insbesondere könn­ ten diese Schritte vor dem Filtern (Schritt 104) bei den Rohdaten, den Rohdaten, die den hohen Datendurchsatz oder dem Winkelgeschwindigkeitssignal ausgeführt werden. Alternativ könnten diese Schritte ausgeführt werden, nachdem die Winkel­ beschleunigung ermittelt wurde (Schritt 110). Ferner könnten diese Schritte anstelle des Medianfilters (Schritt 112) wiederholt werden, und zwar in Abhängigkeit von den Kennwerten, die man zu erfassen wünscht. Auf diese Weise deckt die Erfin­ dung alle Alternativen, Änderungen und Entsprechungen ab, die im Umfang der angefügten Ansprüche enthalten sein können.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen in einzelnen Zylindern eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals, das das Verhalten des Drehmo­ ments des Motors angibt und das einen nichthomogenen verschachtelten Datensatz aufweist;
Filtern des Geschwindigkeitssignals;
Trennen des Geschwindigkeitssignals in mehrere homogene nichtverschach­ telte Datensätze, von denen jeder Datensatz gleiche Abschnitte des Verbren­ nungszyklus' des Motors angibt;
Medianfiltern jedes der homogenen nichtverschachtelten Datensätze;
Wiederverschachteln der mehreren homogenen nichtverschachtelten Daten­ sätze, um ein normalisiertes, gefiltertes Geschwindigkeitssignal zu erhalten, das das Drehmomentverhalten des Motors angibt; und
Durchführen einer Fehlzündungsanzeige als Funktion des wiederverschach­ telten Geschwindigkeitssignals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der das Geschwindigkeitssignal filtert, einen Tiefpassfilterschritt für das Ge­ schwindigkeitssignals enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der Medianfilterung einen Schritt enthält, der jeden der vielen homogenen nicht­ verschachtelten Datensätze einer rekursiven Medianfilterung unterwirft.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der jeden der vielen homogenen nichtverschachtelten Datensätze einer Median­ filterung unterwirft, einen Schritt enthält, der ein rekursives Medianfilter mit veränderlichem Rang anwendet, welcher von den Fehlzündungskennwerten des Motors abhängt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der eine Fehlzündungsanzeige erzeugt, einen Schritt enthält, der das wiederver­ schachtelte Geschwindigkeitssignal mit einem kalibrierten Schwellwert ver­ gleicht, welcher eine Zylinderfehlzündung angibt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der eine Fehlzündungsanzeige erzeugt, einen Schritt enthält, der ein Medianfilter für das wiederverschachtelte Geschwindigkeitssignal anwendet, um ein Kur­ belwellenbeschleunigungssignal zu erhalten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der eine Fehlzündungsanzeige erzeugt, weiterhin einen Schritt enthält, der das Kurbelwellenbeschleunigungssignal auf einen einzelnen Datenpunkt pro Ver­ brennungsvorgang reduziert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der eine Fehlzündungsanzeige erzeugt, weiterhin einen Vergleichsschritt enthält, der den einzelnen Datenpunkt mit einem kalibrierten Schwellenwert vergleicht, der eine Zylinderfehlzündung angibt.
9. Vorrichtung zur Erfassung von Fehlzündungen, die bei Verbrennungsvorgän­ gen einzelner Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors auftreten, ge­ kennzeichnet durch:
einen Kurbelwellenrotationsfühler;
einen Prozessor zur Messung einer Motorbeschleunigung in Übereinstim­ mung mit jedem Verbrennungsvorgang der mehreren Zylinder während des Betriebs des Motors, wobei der Prozessor dazu programmiert ist:
ein Geschwindigkeitssignal zu erzeugen, das das Verhalten des Drehmoments des Motors angibt und das einen nichthomogenen ver­ schachtelten Datensatz aufweist;
das Geschwindigkeitssignal zu filtern;
das Geschwindigkeitssignal in mehrere homogene nichtverschachtelte Datensätze zu trennen, von denen jeder Satz gleiche Abschnitte des Verbrennungszyklus' des Motors angibt;
jeden der homogenen, nichtverschachtelten Datensätze einer rekursiven Medianfiltern zu unterwerfen;
die vielen homogenen nichtverschachtelten Datensätze wieder zu ver­ schachteln, um ein normalisiertes, gefiltertes Geschwindigkeitssignal zu erhalten, das das Drehmomentverhalten des Motors angibt; und
ein Fehlzündungsanzeigesignal als Funktion des wiederverschachtelten Geschwindigkeitssignals zu erzeugen;
und einen Speicher zur Speicherung des Fehlzündungssignals.
10. Verfahren zur Verbesserung der Signalgüte eines auf der Erfassung der Be­ schleunigung beruhenden Fehlzündungserfassungssystems eines Verbren­ nungsmotors gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Erfassen eines mehrere aufeinanderfolgende Zylinderverbrennungsvorgänge angebenden Geschwindigkeitssignals während des Betriebs des Motors;
Filtern des Geschwindigkeitssignals;
Trennen des Geschwindigkeitssignals in mehrere homogene nichtverschach­ telte Datensätze, von denen jeder Datensatz gleiche Abschnitte des Verbren­ nungszyklus' des Motors angibt;
Anwenden eines rekursiven Medianfilters für jeden dieser Datensätze; und
Wiederverschachteln der Datensätze zur Erzeugung eines normalisierten Ge­ schwindigkeitssignals.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der das Geschwindigkeitssignal filtert, einen Tiefpassfilterschritt für das Ge­ schwindigkeitssignal durch ein Filter mit endlicher Impulsantwort enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, der jeden der Datensätze einer rekursiven Medianfilterung unterwirft, für jeden der Datensätze ein rekursives Medianfilter mit veränderlichem Rang anwendet, der von den Fehlzündungskennwerten des Motors abhängt.
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