DE102005010386A1

DE102005010386A1 - Kraftmaschinenverbrennungszustandserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005010386A1
Application number: DE102005010386A
Authority: DE
Inventors: Naoki Kariya Kokubo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2005-12-08
Also published as: JP2005248909A; US20050193804A1; JP4179192B2; US7133766B2

Abstract

Ein Drehwinkelsensor (45) erfasst die Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle einer Kraftmaschine (10). Eine ECU (50) extrahiert eine mit Verbrennungszyklen der Kraftmaschine (10) synchronisierte, erste Frequenzkomponente, die einem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet ist, das durch die Erfassung des Drehwinkelsensors (45) erhalten wird, und eine zweite Frequenzkomponente, die eine höhere Frequenz als die erste Frequenzkomponente aufweist. Sie erfasst einen Verbrennungszustand unter Verwendung der Drehänderungsgröße der ersten Frequenzkomponente in einem niedrigeren Drehbereich als eine spezifizierte Kraftmaschinengeschwindigkeit und unter Verwendung der Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente in einem höheren Drehbereich.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Verbrennungszuständen einer Verbrennungskraftmaschine bzw. eines Verbrennungsmotors.

Es ist bekannt, dass während des Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine die Drehgeschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine entsprechend Verbrennungszyklen fluktuiert. Einige herkömmliche Verfahren erfassen einen Verbrennungszustand, wie bspw. eine Fehlzündung, auf der Grundlage einer Verbrennungszyklusfluktuation der Drehgeschwindigkeit.

Bspw. wird gemäß dem US-Patent Nr. 6401527 ein Verbrennungszustand erfasst, indem eine Drehänderungsgröße in der früheren Hälfte eines Verbrennungszyklus und eine Drehänderungsgröße in der späteren Hälfte verglichen werden.

Gemäß der JP-2000-240500A werden in dem normalen Betriebszustand Winkelgeschwindigkeitsfluktuationsdifferenzgrößen einer Kurbelwelle innerhalb eines vorbestimmten Hubs mehrmals erfasst, um eine Wahrscheinlichkeitsverteilung der Winkelgeschwindigkeitsfluktuationsdifferenzgrößen zu erhalten, so dass eine Fehlzündung erfasst wird, indem ein Referenzwert zur Bestimmung eines anormalen Verbrennungsbereichs auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeitsverteilung eingestellt wird. In einem derartigen Fall kann, da ein Unterschied in der Änderungsgröße einer Drehgeschwindigkeit jedes Verbrennungszyklus zwischen während der normalen Verbrennung und während der anormalen Verbrennung, wie bspw. einer Fehlzündung, auftritt, ein Verbrennungszustand erfasst werden.

Gemäß dem herkömmlichen Erfassungsverfahren nimmt jedoch, wenn eine Kraftmaschinengeschwindigkeit ansteigt, die Erfassungsgenauigkeit von Verbrennungszuständen ab. Genauer gesagt ist es bestätigt, dass die Drehgeschwindigkeitsfluktuation jedes Verbrennungszyklus in einem hohen Drehbereich abnimmt, wobei die verringerte Drehgeschwindigkeitsfluktuation die Unterscheidung zwischen dem normalen Verbrennungszustand und dem anormalen Verbrennungszustand schwierig macht, was eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit von Verbrennungszuständen zur Folge hat.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die Verbrennungszustände in einem Bereich, der einen hohen Drehbereich der Verbrennungskraftmaschine beinhaltet, genau erfassen kann.

Diese Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch definierten Maßnahmen gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine erfasst und eine zweite Frequenzkomponente wird extrahiert. Die zweite Frequenzkomponente weist eine höhere Frequenz als eine erste Frequenzkomponente, die mit Verbrennungszyklen der Verbrennungskraftmaschine synchronisiert ist, auf. Die erste Frequenzkomponente ist in einem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet, das durch die Erfassung erhalten wird. Verbrennungszustände der Verbrennungskraftmaschine werden auf der Grundlage der extrahierten zweiten Frequenzkomponente erfasst.

Die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle fluktuiert oder verändert sich entsprechend Verbrennungszyklen der Verbrennungskraftmaschine, wobei das Drehgeschwindigkeitssignal eine Frequenzkomponente (erste Frequenzkomponente) beinhaltet, die mit Verbrennungszyklen synchronisiert ist. Außerdem beinhaltet das Drehgeschwindigkeitssignal die Vibration bzw. Schwingung (zweite Frequenzkomponente) der Hochfrequenzkomponente, die auf Grund der Torsion bzw. Verdrehung der Kurbelwelle oder dergleichen erzeugt wird. Es ist bestätigt, dass die zweite Frequenzkomponente, die die Hochfrequenzkomponente ist, bei einer Drehfluktuation insbesondere in einem hohen Drehbereich der Verbrennungskraftmaschine ansteigt. Folglich können durch Verwenden der zweiten Frequenzkomponente Kraftmaschinenverbrennungszustände auch in dem hohen Drehbereich genau erfasst werden.

Da sich die zweite Frequenzkomponente bei einer Drehfluktuation in einem hohen Drehbereich der Verbrennungskraftmaschine vergrößert, ist es wünschenswert, Verbrennungszustände der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente für einen höheren Drehbereich als eine spezifizierte Kraftmaschinengeschwindigkeit zu erfassen.

Die erste Frequenzkomponente, die mit Verbrennungszyklen synchronisiert ist, ist bei einer Drehfluktuation in einem niedrigen Drehbereich der Verbrennungskraftmaschine groß, aber bei einer Drehfluktuation in einem hohen Drehbereich klein. Die zweite Frequenzkomponente wird bei einer Drehfluktuation bei einem hohen Drehbereich der Verbrennungskraftmaschine groß. Dementsprechend ist es zu bevorzugen, Verbrennungszustände der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage der ersten Frequenzkomponente bei einem niedrigeren Drehbereich als einer spezifizierten Kraftmaschinengeschwindigkeit zu erfassen und Verbrennungszustände der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente bei einem höheren Drehbereich zu erfassen.

Bei Mehrfachzylinder-Verbrennungskraftmaschinen ist die zweite Frequenzkomponente bei Änderungen auf Grund einer Dämpfungskennlinie bzw. Dämpfungseigenschaft zwischen Zylindern groß. Die Dämpfungskennlinie tritt in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeitserfassungsposition einer Kurbelwelle und der Anordnung der Zylinder auf. Zylinder, die weiter von der Drehgeschwindigkeitserfassungsposition der Kurbelwelle entfernt sind, erfahren eine größere Dämpfung der Drehfluktuation der Hochfrequenzkomponente. Dementsprechend wird die Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente auf der Grundlage der Dämpfungskennlinie der zweiten Frequenzkomponente zwischen den Zylindern korrigiert. Durch diese Operation können Änderungen der zweiten Frequenzkomponente zwischen den Zylindern eliminiert werden.

Durch ein Vergleichen einer Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente, die für jeden Zylinder berechnet wird, und einer Drehänderungsgröße der ersten Frequenzkomponente wird ein Dämpfungslernwert als die Dämpfungseigenschaft für jeden Zylinder berechnet und eine Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente wird durch den Dämpfungslernwert korrigiert. In diesem Fall können, wenn die Drehänderungsgröße der ersten Frequenzkomponente als ein Referenzwert verwendet wird, da er hinsichtlich Änderungen zwischen den Zylindern klein ist, Änderungen von Drehänderungsgrößen der zweiten Frequenzkomponente zwischen den Zylindern genau gelernt werden.

Des Weiteren kann, wenn die Verbrennungskraftmaschine sich in einem spezifizierten niedrigen Drehzustand befindet, ein Dämpfungslernwert für jeden Zylinder durch die erste Frequenzkomponente und die zweite Frequenzkomponente berechnet werden. Da Änderungen der ersten Frequenzkomponente insbesondere in einem niedrigen Drehzustand der Verbrennungskraftmaschine klein sind, können Dämpfungslernwerte genau gelernt werden.

Eine Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente kann für jeden Zylinder auf der Grundlage von zylinderspezifischen Dämpfungseigenschaftsdaten bzw. Dämpfungskennliniendaten der zweiten Frequenzkomponente, die im Voraus gespeichert werden, korrigiert werden. In diesem Fall können, obwohl Dämpfungseigenschaftsdaten (bspw. ein Kennfeld oder dergleichen entsprechend der Anzahl von Zylindern vorbereitet werden müssen, Änderungen der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern eliminiert werden und die Erfassungsgenauigkeit von Kraftmaschinenverbrennungszuständen kann verbessert werden.

Ein Extrahierfrequenzband zum Extrahieren der zweiten Frequenzkomponente aus dem Drehgeschwindigkeitssignal ist entsprechend einer Kraftmaschinengeschwindigkeit variabel eingestellt. Genauer gesagt basiert die zweite Frequenzkomponente auf der Torsionsresonanzfrequenz der Kurbelwelle, wobei die zugehörige Frequenz nicht von der Kraftmaschinengeschwindigkeit abhängt, während die Frequenz der ersten Frequenzkomponente sich in Abhängigkeit von der Kraftmaschinengeschwindigkeit ändert. In diesem Fall können, indem ein Extrahierfrequenzband der zweiten der Frequenzkomponente entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit eingestellt wird, die erste Frequenzkomponente und die zweite Frequenzkomponente eindeutig getrennt werden, auch wenn der Unterschied zwischen ihnen klein wird. Es ist zu bevorzugen, ein Extrahierfrequenzband der zweiten Frequenzkomponente auf eine höhere Frequenz einzustellen, wenn die Kraftmaschinengeschwindigkeit höher wird.

Ein Extrahierfrequenzband zum Extrahieren der ersten Frequenzkomponente aus dem Drehgeschwindigkeitssignal wird entsprechend einer Kraftmaschinengeschwindigkeit variabel eingestellt. In diesem Fall kann die erste Frequenzkomponente entsprechend einer Kraftmaschinengeschwindigkeit korrekt extrahiert werden. Genauer gesagt ist es zu bevorzugen, ein Extrahierfrequenzband der ersten Frequenzkomponente auf eine höhere Frequenz einzustellen, wenn die Kraftmaschinengeschwindigkeit höher wird.

Es besteht eine Wechselbeziehung zwischen der Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente und dem Verbrennungsdrehmoment (combustion torque) der Verbrennungskraftmaschine. Es kann angenommen werden, dass, wenn die Drehänderungsgröße größer ist, das Verbrennungsdrehmoment größer ist. Folglich kann ein Verbrennungsdrehmoment, das sich während der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine entwickelt, auf der Grundlage der Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente angenommen werden.

Es besteht eine Wechselbeziehung zwischen der Position, bei der die Drehfluktuation der zweiten Frequenzkomponente maximal ist, und einer Zylinderdruckspitzenwertposition bzw. Zylinderdruckhöchstwertposition der Verbrennungskraftmaschine. Folglich kann eine Zylinderdruckspitzenwertposition der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente angenommen werden. Wenn eine Zylinderdruckspitzenwertposition der Verbrennungskraftmaschine angenommen werden kann, kann das Schätzergebnis für eine Zündzeitsteuerung und dergleichen verwendet werden.

Wenn ein Klopfen auftritt, ist, da eine Vibration bzw. eine Schwingung durch das Klopfen zu der Kurbelwelle über einen Kolben oder dergleichen übertragen wird, eine Klopfsignalkomponente in einem Erfassungssignal einer Drehgeschwindigkeit beinhaltet. Folglich kann eine Klopfschwingung bei der Drehgeschwindigkeitserfassung erfasst werden. Die Klopfschwingung kann als die zweite Frequenzkomponente erfasst werden. Folglich kann ein Auftreten eines Klopfens auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente bestimmt werden.

Drehfluktuation der zweiten Frequenzkomponente werden mehrfach abgetastet und eine Verbrennungsstabilität oder eine Verbrennungsrauheit der Verbrennungskraftmaschine kann auf der Grundlage einer statistischen Verarbeitung der abgetasteten Drehfluktuationen bestimmt werden. In diesem Fall wird eine Verbrennungsstabilität entsprechend Änderungen der Drehfluktuationen der zweiten Frequenzkomponente bestimmt. Als Drehfluktuationsparameter können ein Spitzenwert bzw. Höchstwert, eine Änderungsgröße (Amplitudengröße), ein Integralwert der Änderungsgröße und dergleichen verwendet werden.

Die vorstehend beschriebenen und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung besser ersichtlich.
Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines Kraftmaschinensteuerungssystems, das eine Kraftmaschinenverbrennungszustandserfassungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist,
2 Signalverläufe des Ausgangssignals eines Drehwinkelsensors,
3A und 3B die Beziehung zwischen Kurbelwellenwinkeln und Drehgeschwindigkeiten eines Drehgeschwindigkeitssignals,
4 ein funktionales Blockschaltbild der Prozedur zur Berechnung eines Verbrennungsdrehmoments,
5A und 5B Graphen, die die Beziehungen zwischen Drehgeschwindigkeiten und LPF- und HPF-Grenzfrequenzen zeigen,
6 die Beziehung zwischen Drehänderungsgrößen eines Drehgeschwindigkeitssignals und Zylinderdruckspitzenwerten,
7 die Beziehung zwischen Zylinderdruckspitzenwerten und Verbrennungsdrehmomenten,
8 ein Flussdiagramm für eine Dämpfungskennlinienlernverarbeitung,
9 ein Flussdiagramm einer Verbrennungsdrehmomentberechnungsverarbeitung,
10 ein Flussdiagramm einer Korrekturverarbeitung für Drehänderungsgrößen,
11 die Beziehung zwischen einer Drehgeschwindigkeit und einem Geschwindigkeitskorrekturkoeffizienten und
12 einen Übergang eines Zylinderdrucksignals und eines Drehgeschwindigkeitssignals.
Gemäß 1, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, gehört ein Kraftmaschinensteuerungssystem zu einer Viertakt-Mehrfachzylinder-Verbrennungskraftmaschine 10 eines Ottomotortyps. In dem Steuerungssystem steuert eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 50 Kraftstoffeinspritzmengen und einen Zündzeitpunkt.
Die Kraftmaschine 10 weist ein Einlassrohr 11 und ein Abgasrohr 12 auf, die jeweils mit Einlassöffnungen bzw. Ausstoßöffnungen verbunden sind. Das Einlassrohr 11 ist mit einem Drosselventil 13 versehen, das mit einem Beschleunigungspedal verbunden ist, und ist mit einer Luftstrommesseinrichtung 14 zur Erfassung der Einlassluftmenge angeordnet. Der Öffnungsgrad des Drosselventils 13 wird durch einen Drosselsensor 15 erfasst. Ein vollständiges Schließen der Drossel kann ebenso durch den Sensor 15 erfasst werden.
Ein Zylinder 17 ist in einem Zylinderblock 16 ausgebildet und ein Kolben 18 ist in dem Zylinder 17 angeordnet. Der Kolben 18 ist mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle über ein Verbindungsgestänge 19 gekoppelt. Eine Verbrennungskammer 20, die durch den Zylinderblock 16 und einen Zylinderkopf 23 unterteilt ist, ist über dem Kolben 18 bereitgestellt. Die Verbrennungskammer 20 ist mit dem Einlassrohr 11 und dem Abgasrohr 12 über ein Einlassventil 21 und ein Auslassventil 22 verbunden. Der Zylinderblock 16 ist mit einem Wassertemperatursensor 25 zur Erfassung der Temperatur eines Kraftmaschinenkühlwassers angeordnet.
Das Abgasrohr 12 ist mit zwei katalytischen Umwandlungseinrichtungen 31 und 32 angeordnet, die einen Drei-Wege-Katalysator zur Reinigung von drei Elementen, wie bspw. HC, CO und NOx, in dem Abgas umfasst. Im Vergleich mit der Katalysatorumwandlungseinrichtung 32 bei der Stromabwärtsseite ist die Katalysatorumwandlungseinrichtung 31 bei der Stromaufwärtsseite bezüglich einer Kapazität kleiner und ist bezüglich des Aufwärmens unmittelbar nach dem Starten der Kraftmaschine schneller, wobei sie als ein Startkatalysator dient. Die Katalysatorumwandlungseinrichtung 31 bei der Stromaufwärtsseite ist etwa 300 mm von dem Ende der Kraftmaschinenausstoßöffnung bereitgestellt.
Ein A/F-Sensor (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor) 33, der einen Grenzstrom-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor umfasst, ist bei der Stromaufwärtsseite der katalytischen Umwandlungseinrichtung 32 bereitgestellt. Der A/F-Sensor 33 gibt ein einen breiten Bereich abdeckendes und lineares Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Signal proportional zu Sauerstoffkonzentrationen des Abgases (oder Konzentrationen von Kohlenmonoxyd in einem unverbrannten Gas) aus. Bei der Stromabwärtsseite der katalytischen Umwandlungseinrichtung 32 ist ein O₂-Sensor 34 bereitgestellt, der unterschiedliche Spannungssignale zwischen der fetten Seite und der mageren Seite über der Grenze des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgibt.
Ein unter Druck gesetzter Kraftstoff wird einer Einspritzeinrichtung bzw. Einspritzdüse 35 eines elektromagnetischen Ansteuerungstyps von einem Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt. Die Einspritzdüse 35 spritzt Kraftstoff in die Kraftmaschineneinlassöffnung ein, wenn sie mit Energie versorgt wird. Ein Mehrfachpunkt-Einspritzsystem (MP1-System) wird angewendet, das eine Einspritzdüse 35 für jedes Zweigrohr eines Einlassverteilers aufweist. Eine Zündkerze 36, die bei dem Zylinderkopf 23 angeordnet ist, wird durch eine Zündspannung gezündet, die von einer Zündeinrichtung angelegt wird.
In diesem Fall werden Frischluft, die von der Stromaufwärtsseite des Einlassrohrs 11 zugeführt wird, und der Kraftstoff, der durch die Einspritzdüse 35 eingespritzt wird, in der Kraftmaschineneinlassöffnung gemischt. Die gemischte Luft strömt in die Verbrennungskammer 20 entsprechend einer Öffnungsoperation des Einlassventils 21. Der Kraftstoff, der in den Verbrennungsraum 20 fließt, wird durch einen Zündfunken durch die Zündkerze 36 gezündet und für eine Verbrennung eingespeist.
Eine Einlassnockenwelle 41 zum Öffnen und Schließen des Einlassventils 21 bei einer festen Zeitsteuerung und eine Auslassnockenwelle 42 zum Öffnen und Schließen des Auslassventils 22 bei einer festen Zeitsteuerung sind mit der Kurbelwelle über einen Zeitsteuerungsriemen antriebsmäßig verbunden. Die Einlassnockenwelle 41 ist mit einem einlassvariablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 43 eines hydrodynamischen Ansteuerungstyps versehen. Die Auslassnockenwelle 42 ist mit einem auslassvariablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus 44 eines hydrodynamischen Ansteuerungstyps versehen.
Die einlass- und auslassvariablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen 43 und 44 sind jeweils als variable Ventilzeitsteuerungsmechanismen eines Phaseneinstellungstyps zum Einstellen einer relativen Drehphase zwischen den Einlass- und Auslassnockenwellen 41 und 42 und der Kurbelwelle bereitgestellt. Ihr Betrieb wird entsprechend einer hydraulischen Steuerung durch ein Solenoidventil gesteuert, das in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Genauer gesagt drehen sich entsprechend den Steuerungsgrößen der einlass- und auslassvariablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen 43 und 44 die Einlass- und Auslassnockenwellen 41 und 42 zu der Nacheilwinkelseite oder der Vorauseilwinkelseite in Bezug auf die Kurbelwelle. Entsprechend dem Betrieb verschiebt sich die Öffnungs-/Schließzeitsteuerung des Einlassventils 21 und des Auslassventils 22 zu der Nacheilwinkelseite oder zu der Vorauseilwinkelseite.
Ein Drehwinkelsensor 45 ist zur Erfassung einer Drehposition der Kurbelwelle bereitgestellt. Als der Drehwinkelsensor 45 kann ein Drehmelder bzw. Resolver verwendet werden, um eine Drehwinkelposition in eine elektrische Größe umzuwandeln. Ein Signalverlauf, der in 2 gezeigt ist, wird durch Umwandeln des Ausgangssignals des Drehmelders in ein digitales Signal durch einen RD-Wandler oder dergleichen erhalten.
In 2 ist ein Ausgangssignalverlauf (a) des Drehwinkelsensors 45, der den Drehmelder bzw. Resolver verwendet, und ein Ausgangssignalverlauf (b) des Drehwinkelsensors des elektromagnetischen Aufnahmetyps gezeigt. Der Drehwinkelsensor 45, der den Drehmelder verwendet, gibt ein lineares Signal aus, das einer Drehposition der Kurbelwelle entspricht, und setzt ein Sensorausgangssignal für jede ganze Drehung (360°) der Kurbelwelle zurück. Im Gegensatz dazu gibt der Drehwinkelsensor des elektromagnetischen Aufnahmetyps ein Impulssignal für einen jeweiligen festgelegten Kurbelwellendrehwinkel (bspw. alle 30° CA) aus.
Die ECU 50 weist einen Mikrocomputer mit einer CPU 51, einem ROM 52, einem RAM 53, einem Sicherungs-RAM 54 und dergleichen auf. Die ECU 50 gibt Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren ein und erfasst aus den Erfassungssignalen Kraftmaschinenbetriebszustände, wie bspw. Einlassluftmengen, eine Drosselöffnung, eine Kraftmaschinenwassertemperatur, Luft-Kraftstoff-Verhältnisse bei der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des Katalysators und eine Kraftmaschinengeschwindigkeit.
Die ECU 50 steuert auf der Grundlage der erfassten unterschiedlichen Kraftmaschinenbetriebszustände, die erfasst werden, eine Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzdüse 35 sowie einen Zündzeitpunkt durch die Zündkerze 36, einen Öffnungs-/Schließzeitpunkt der Einlass- und Auslassventile 21 und 22 durch die variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismen 45 und 44.
In 3A und 3B ist die Beziehung zwischen Kurbelwellenwinkeln und Drehgeschwindigkeiten Ne eines Drehgeschwindigkeitssignals in einer Vier-Zylinder-Kraftmaschine gezeigt. In 3A ist ein Drehgeschwindigkeitssignal in dem Fall einer niedrigen Drehgeschwindigkeit (bspw. 2000 Upm) gezeigt, und bei der rechten Seite ist ein Drehgeschwindigkeitssignal in dem Fall einer hohen Drehgeschwindigkeit (bspw. 4000 Upm) gezeigt.
In den 3A und 3B ist bei (a) ein Signalverlauf des Drehgeschwindigkeitssignals gezeigt, bei (b) ein Signalverlauf einer Niedrigfrequenzkomponente gezeigt, die in dem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet ist, und bei (c) ein Signalverlauf einer Hochfrequenzkomponente gezeigt, die in dem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet ist. Die Verbrennungsreihenfolge der Zylinder ist der erste (#1) Zylinder, der dritte (#3) Zylinder, der vierte (#4) Zylinder und der zweite (#2) Zylinder. Der obere Todpunkt (TDC bzw. Top Dead Center) der Komprimierung jedes Zylinders wird als #1TDC, #2TDC, #3TDC und #4TDC dargestellt.
In dem Fall einer niedrigen Drehung, der in 3A gezeigt ist, ändert sich das Drehgeschwindigkeitssignal entsprechend Verbrennungszyklen. Die momentane Geschwindigkeit Ne steigt bei einem Verbrennungsausdehnungshub nach einem Komprimierungs-TDC jedes Zylinder an und nimmt dann ab. Eine Drehgeschwindigkeitsfluktuation tritt als Ergebnis der Wiederholung der Operation auf. Da ein Verbrennungsdrehmoment tatsächlich nach dem Komprimierungs-TDC erzeugt wird, steigt die Drehgeschwindigkeit nach jedem TDC an.
Das Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet eine Niedrigfrequenzkomponente, die von einer Verbrennungszyklusfluktuation abhängt, und eine Hochfrequenzkomponente, die eine höhere Frequenz als die Niedrigfrequenzkomponente aufweist. Die Niedrigfrequenzkomponente ändert sich, wie es bei (b) gezeigt ist, synchron mit Verbrennungszyklen, wie es vorstehend beschrieben ist. Demgegenüber ändert sich die Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals bei einer festen Frequenz unabhängig von Verbrennungszyklen, wie es bei (c) gezeigt ist.
Die Hochfrequenzkomponente ändert sich entsprechend der Torsionsresonanzfrequenz der Kurbelwelle. In diesem Fall wird die Drehänderungsgröße der Niedrigfrequenzkomponente als ΔNL dargestellt und die Drehänderungsgröße der Hochfrequenzkomponente wird als ΔNH dargestellt.
Der Signalverlauf des Drehgeschwindigkeitssignals während einer hohen Drehung unterscheidet sich von dem während einer niedrigen Drehung. Das heißt, das Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet eine Niedrigfrequenzkomponente, die von einer Verbrennungszyklusfluktuation abhängt, und eine Hochfrequenzkomponente, die eine höhere Frequenz als die Niedrigfrequenzkomponente aufweist. Die Niedrigfrequenzkomponente ändert sich, wie es bei (b) gezeigt ist, entsprechend Verbrennungszyklen, wie es vorstehend beschrieben ist, mit einer kleineren Drehänderungsgröße ΔNL als die während einer niedrigen Drehung. Die Hochfrequenzkomponente, die bei (c) gezeigt ist, weist eine größere Drehänderungsgröße ΔNH als die während einer niedrigen Drehung auf.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist die Drehänderungsgröße ΔNL einer Niedrigfrequenzkomponente während einer niedrigen Drehung relativ groß und während einer hohen Drehung relativ klein. Die Drehänderungsgröße ΔNH einer Hochfrequenzkomponente ist während einer niedrigen Drehung relativ klein und während einer hohen Drehung relativ groß. Ausgehend von dieser Tatsache ist es von Vorteil, Kraftmaschinenverbrennungszustände auf der Grundlage einer Drehfluktuation einer Niedrigfrequenzkomponente während einer niedrigen Drehung und auf der Grundlage einer Drehfluktuation einer Hochfrequenzkomponente während einer hohen Drehung zu erfassen.
Die Drehfluktuation einer Hochfrequenzkomponente variiert im großen Umfang zwischen den Zylindern, wobei möglicherweise ein gewisser Einfluss auf die Erfassungsgenauigkeit der Kraftmaschinenverbrennungszustände ausgeübt wird. Die Änderungen zwischen den Zylindern hängen von der Anordnung der Anbringpositionen (Sensorerfassungspositionen) des Drehwinkelsensors 45 und der Zylinder ab. Die Hochfrequenzkomponente ist für die Zylinder, die näher bei dem Drehwinkelsensor 45 sind, größer und ist für die Zylinder, die weiter von dem Drehwinkelsensor 45 entfernt sind, kleiner.
Bspw. nimmt in dem Fall einer Vier-Zylinder-Reihenkraftmaschine mit ersten bis vierten Zylindern, bei denen der Drehwinkelsensor 45 außerhalb eines ersten Verbindungsgestänges, das einen Teil der Kurbelwelle ankoppelt, angebracht ist, die Drehänderungsgröße der Hochfrequenzkomponente in der Reihenfolge des ersten Zylinders, des zweiten Zylinders, des dritten Zylinders und des vierten Zylinders ab, wobei sie sich hin zu dem vierten Zylinder abschwächt. Dementsprechend werden in diesem Ausführungsbeispiel Änderungen der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern gelernt und die Drehänderungsgröße ΔNH der Hochfrequenzkomponente wird unter Verwendung der Lernwerte korrigiert.
Das Verbrennungsdrehmoment wird durch die ECU 50, wie es in 4 gezeigt ist, unter Verwendung des Drehwinkelsensors 45 geschätzt.
In 4 wird ein Erfassungssignal des Drehsensors (Drehmelder bzw. Resolver) 45 an einen Drehumwandlungsteil 61 ausgegeben, nachdem es einer Signalverarbeitung durch eine RD-Umwandlungseinrichtung oder dergleichen unterzogen worden ist. In dem Drehumwandlungsteil 61 wird das Erfassungssignal des Drehsensors 45 in ein Drehgeschwindigkeitssignal umgewandelt.
Danach extrahiert ein Niedrigfrequenz-/Hochfrequenz-Komponenten-Extrahierteil 62 eine Niedrigfrequenzkomponente, die mit Verbrennungszyklen synchronisiert ist, und eine Hochfrequenzkomponente, die eine höhere Frequenz als die Niedrigfrequenzkomponente aufweist, aus dem Drehgeschwindigkeitssignal. Die Niedrigfrequenzkomponente wird extrahiert, indem das Drehgeschwindigkeitssignal durch ein Tiefpassfilter (LPF) hindurchgeführt wird. Die Hochfrequenzkomponente wird extrahiert, indem das Drehgeschwindigkeitssignal durch ein Hochpassfilter (HPF) hindurchgeführt wird.
In diesem Fall wird, da die Niedrigfrequenzkomponente sich entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne ändert, die Grenzfrequenz des LPF entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne variabel eingestellt, wie es in 5A gezeigt ist. Da die Differenz zwischen der Niedrigfrequenzkomponente und der Hochfrequenzkomponente bei einem Kraftmaschinen-Hochdrehbereich klein wird, wird in einem Bereich einer vorbestimmten Kraftmaschinengeschwindigkeit oder höher die Grenzfrequenz des HPF entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne variabel eingestellt, wie es in 5B gezeigt ist.
Ein Dämpfungskennlinienlernteil bzw. Dämpfungseigenschaftslernteil 63 lernt Änderungen (Dämpfungskennlinie bzw. Dämpfungseigenschaften) der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern. In diesem Fall wird eine Dämpfungskennlinie der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern auf der Grundlage einer Niedrigfrequenzkomponente gelernt, die kleine Änderungen zwischen den Zylindern erfährt. Genauer gesagt werden für jeden Zylinder eine Drehänderungsgröße der Niedrigfrequenzkomponente ΔNL und eine Drehänderungsgröße der Hochfrequenzkomponente ΔNH verglichen und Dämpfungslernwerte werden berechnet. In diesem Fall werden, da Änderungen der Niedrigfrequenzkomponente zwischen den Zylindern während einer niedrigen Kraftmaschinendrehung klein sind, Dämpfungslernwerte für jeden Zylinder während einer derartigen niedrigen Drehung berechnet.
Der Drehänderungsgrößenkorrekturteil 64 korrigiert die Drehänderungsgröße ΔNH der Hochfrequenzkomponente unter Verwendung der Dämpfungslernwerte, die als Ergebnis des Lernens durch den Dämpfungskennlinienlernteil 63 erhalten werden.
Ein Zylinderdruckberechnungsteil 65 berechnet einen Zylinderdruckspitzenwert bzw. Zylinderdruckhöchstwert auf der Grundlage der Drehänderungsgröße ΔNL der Niedrigfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals oder der Drehänderungsgröße ΔNH der Hochfrequenzkomponente. In diesem Fall sind Drehänderungsgrößen des Drehgeschwindigkeitssignals und Zylinderdruckspitzenwerte in einer Beziehung, die in 6 gezeigt ist. Indem diese Beziehung als ein Datenkennfeld oder dergleichen bereitgestellt wird, wird ein Zylinderdruckspitzenwert auf der Grundlage einer Drehänderungsgröße zu diesem Zeitpunkt berechnet.
Gemäß 6 wird eine Zylinderdruckkennlinie L1 für eine niedrige Drehung und eine Zylinderdruckkennlinie L2 für eine hohe Drehung eingestellt. Genauer gesagt ist L1 eine Zylinderdruckkennlinie bei einer niedrigen Geschwindigkeit (bspw. Ne = 2000 Upm) und L2 ist eine Zylinderdruckkennlinie bei einer hohen Geschwindigkeit (bspw. Ne = 4000 Upm). Es wird aus 6 bestimmt, dass je größer die Drehänderungsgröße ist, desto größer ist der Zylinderdruckspitzenwert.
Ein Verbrennungsdrehmomentberechnungsteil 66 berechnet ein Verbrennungsdrehmoment der Kraftmaschine 10 auf der Grundlage des Zylinderdruckspitzenwerts, der durch den Zylinderdruckberechnungsteil 65 berechnet wird. In diesem Fall stehen Zylinderdruckspitzenwerte und Verbrennungsdrehmomente in einer Beziehung, die in 7 gezeigt ist. Indem diese Beziehung als ein Datenkennfeld oder dergleichen bereitgestellt wird, wird ein Verbrennungsdrehmoment auf der Grundlage eines Zylinderdruckspitzenwerts zu diesem Zeitpunkt berechnet. Es wird aus 7 bestimmt, dass je größer der Zylinderdruckspitzenwert ist, desto größer ist das Verbrennungsdrehmoment.
Als nächstes ist eine Dämpfungskennlinienlernverarbeitung bzw. Dämpfungseigenschaftsverarbeitung, eine Verbrennungsdrehmomentberechnungsverarbeitung und eine Korrekturverarbeitung für Drehänderungsgrößen unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben. Die Verarbeitung gemäß den 8 und 9 wird synchron mit einem Komprimierungs-TDC jedes Zylinders ausgeführt. Die Verarbeitung gemäß 10 wird als eine Unterroutine der Verbrennungsdrehmomentberechnungsverarbeitung gemäß 9 ausgeführt.
Bei der Dämpfungskennlinienlernverarbeitung bzw. Dämpfungseigenschaftsverarbeitung, die in 8 gezeigt ist, wird in Schritt S101 bestimmt, ob eine Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne innerhalb eines vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs (Th1 bis Th2) liegt. Th1 und Th2 sind Schwellenwerte zur Bestimmung, ob die Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne innerhalb des vorbestimmten Dämpfungskennlinienlernbereichs liegt; bspw. ist Th1 = 1000 Upm und Th2 = 2000 Upm. Wenn die Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne innerhalb des vorbestimmten Geschwindigkeitsbereichs (Th1 bis Th2) liegt, schreitet die Steuerung zu einem nachfolgenden Schritt S102 weiter.
In Schritten S102 bis S105 wird ein Zylinder bestimmt, der gerade bei einem Komprimierungs-TDC ist. In diesem Fall ist, da eine Verbrennung in der Reihenfolge des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des vierten Zylinders und des zweiten Zylinders ausgeführt wird, für #1TDC der unmittelbar vorangegangene Verbrennungszylinder der zweite Zylinder und der Dämpfungslernwert wird auf der Grundlage der Drehänderungsgrößen ΔNL2 und ΔNH2 einer Niedrigfrequenzkomponente (b) und einer Hochfrequenzkomponente (c) gemäß 3A in Bezug auf den zweiten Zylinder berechnet.
Auf die gleiche Weise wird für #2TDC ein Dämpfungslernwert des vierten Zylinders berechnet. Für #3TDC wird ein Dämpfungslernwert des ersten Zylinders berechnet. Für #4TDC wird ein Dämpfungslernwert des dritten Zylinders berechnet.
Genauer gesagt wird in dem Fall von #1TDC in Schritt S102 JA ausgegeben und die Steuerung schreitet zu Schritt S106 voran. In Schritt S106 wird die Drehänderungsgröße ΔNL2 einer Niedrigfrequenzkomponente und die Drehänderungsgröße ΔNH2 einer Hochfrequenzkomponente in Bezug auf die Verbrennung des zweiten Zylinders ausgelesen und das Verhältnis von ΔNL2 und ΔNH2 berechnet (K2 = ΔNL2/ΔNH2).
Zu dieser Zeit werden Drehänderungsgrößen bspw. innerhalb einer 180°CA-Periode vor #1TDC beobachtet und Maximalwerte hiervon werden als ΔNL2 und ΔNH2 definiert. In Schritt S107 wird eine Durchschnittsberechnungsverarbeitung (Glättungsverarbeitung) von K2 bspw. durch die nachstehende Gleichung ausgeführt und das Ergebnis wird als ein Dämpfungslernwert K2sm des zweiten Zylinders eingestellt. K2sm = K2sm × 15/16 + K2/16
Dies gilt ebenso für andere Zylinder. Für #2TDC wird das Verhältnis K4 zwischen der Drehänderungsgröße ΔNL4 eine Niedrigfrequenzkomponente und der Drehänderungsgröße ΔNH4 einer Hochfrequenzkomponente in Bezug auf die Verbrennung des vierten Zylinders berechnet (Schritt S108). Ein Dämpfungslernwert K4sm des vierten Zylinders wird durch eine Durchschnittsberechnungsverarbeitung von K4 berechnet (Schritt S109).
Für #3TDC wird das Verhältnis K1 zwischen der Drehänderungsgröße ΔNL1 einer Niedrigfrequenzkomponente und der Drehänderungsgröße ΔNH1 einer Hochfrequenzkomponente in Bezug auf die Verbrennung des ersten Zylinders berechnet (Schritt S110) und ein Dämpfungslernwert K1sm des ersten Zylinders wird durch eine Durchschnittsberechnungsverarbeitung von K1 berechnet (Schritt S111).
Des Weiteren wird für #4TDC das Verhältnis K3 zwischen der Drehänderungsgröße ΔNL3 einer Niedrigfrequenzkomponente und der Drehänderungsgröße ΔNH3 einer Hochfrequenzkomponente in Bezug auf die Verbrennung des dritten Zylinders berechnet (Schritt S112) und ein Dämpfungslernwert K3sm des dritten Zylinders wird durch eine Durchschnittsberechnungsverarbeitung von K3 berechnet (Schritt S113). Die Dämpfungslernwerte K1sm bis K4sm werden in dem Sicherungs-RAM 54 oder dergleichen jedes Mal gespeichert, wenn sie berechnet sind.
In der Verbrennungsdrehmomentberechnungsverarbeitung gemäß 9 wird in Schritt S201 bestimmt, ob eine Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert Th3 ist. Th3 ist ein Schwellenwert zur Bestimmung, ob die Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne in einem Niedrigfrequenz- oder einem Hochfrequenzbereich liegt; bspw. ist Th3 = 3000 Upm.
Wenn Ne < Th3 ist, schreitet die Steuerung zu Schritt S202 voran, um die Drehänderungsgröße ΔNL einer Niedrigfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals auszulesen. In Schritt S203 wird die vorgespeicherte Beziehung gemäß 6 verwendet, um einen Zylinderdruckspitzenwert auf der Grundlage der Drehänderungsgröße ΔNL zu berechnen. In diesem Fall wird von den Zylinderdruckkennlinien L1 und L2, die in 6 gezeigt sind, die Zylinderdruckkennlinie L1 für eine niedrige Drehung verwendet. Diese Kennlinie L1 ist die Zylinderdruckkennlinie, wenn Ne = 2000 Upm ist.
Die Drehänderungsgröße ΔNL wird entsprechend der Differenz zwischen der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne und einer spezifizierten Geschwindigkeit (2000 Upm) korrigiert und der Zylinderdruckspitzenwert wird durch die korrigierte ΔNL berechnet. Ein Geschwindigkeitskorrekturkoeffizient, der verwendet wird, um ΔNL zu korrigieren, kann vorzugsweise eingestellt werden, wie es bspw. in 11 gezeigt ist. Dieser Korrekturkoeffizient ist Eins, wenn Ne gleich der spezifizierten Geschwindigkeit ist. Diese Beziehung wird derart eingestellt, dass je größer die Ne ist, desto kleiner wird der Korrekturkoeffizient, wobei umgekehrt gilt, je kleiner die Ne ist, desto größer ist der Korrekturkoeffizient. Danach wird in Schritt S207 ein Verbrennungsdrehmoment auf der Grundlage des berechneten Zylinderdruckspitzenwerts berechnet.
Wenn Ne ≥ Th3 ist, schreitet die Steuerung zu Schritt S204 voran, um die Drehänderungsgröße ΔNH einer Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals auszulesen. In Schritt S205 wird die Drehänderungsgröße ΔNH unter Verwendung der Dämpfungslernwerte korrigiert, die in der Verarbeitung gemäß 8 berechnet werden. Eine ΔNH-Korrekturverarbeitung wird wie in 10 gezeigt ausgeführt. Gemäß 10 wird in Schritten S301 bis S304 ein Zylinder bestimmt, der momentan in einem Komprimierungs-TDC ist.
Für einen Zylinder in einem TDC wird die Drehänderungsgröße ΔNH des Zylinders korrigiert. Das heißt, für #1TDC wird die Drehänderungsgröße ΔNH2 des zweiten Zylinders durch den Dämpfungslernwert K2sm korrigiert (Schritt S305). Für #2TDC wird die Drehänderungsgröße ΔNH4 des vierten Zylinders durch den Dämpfungslernwert K4sm korrigiert (Schritt S306). Für #3TDC wird die Drehänderungsgröße ΔNH1 des ersten Zylinders durch den Dämpfungslernwert K1sm korrigiert (Schritt S307). Für #4TDC wird die Drehänderungsgröße ΔNH3 des dritten Zylinders durch den Dämpfungslernwert K3sm korrigiert (Schritt S308).
Unter Bezugnahme auf 9 wird in Schritt S206 die vorstehend genannte Beziehung gemäß 6 verwendet, um einen Zylinderdruckspitzenwert auf der Grundlage der Drehänderungsgröße ΔNH zu berechnen. In diesem Fall wird von den Zylinderdruckkennlinien L1 und L2, die in 6 gezeigt sind, die Zylinderdruckkennlinie L2 für eine hohe Drehung verwendet, wobei die L2 eine Zylinderdruckkennlinie ist, wenn Ne = 4000 Upm ist.
Die Drehänderungsgröße ΔNH wird entsprechend der Differenz zwischen der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne und einer spezifizierten Geschwindigkeit (4000 Upm) korrigiert und der Zylinderdruckspitzenwert wird durch die korrigierte ΔNH berechnet. In diesem Fall wird wie in dem vorstehend genannten Schritt S203 ein Geschwindigkeitskorrekturkoeffizient unter Verwendung der Beziehung, die in 11 gezeigt ist, eingestellt, wobei ΔNH durch den Korrekturkoeffizienten korrigiert wird.
Danach wird in Schritt S207 das Verbrennungsdrehmoment auf der Grundlage des berechneten Zylinderdruckspitzenwerts berechnet.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel stellt die nachstehend beschriebenen Vorteile bereit.
Eine Niedrigfrequenzkomponente (erste Frequenzkomponente), die mit Verbrennungszyklen der Kraftmaschine 10 synchronisiert ist, die in dem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet sind, und eine Hochfrequenzkomponente (zweite Frequenzkomponente), die eine höhere Frequenz als die Niedrigfrequenzkomponente aufweist, werden zur Berechnung eines Verbrennungsdrehmoments durch die Drehänderungsgröße ΔNL einer Niedrigfrequenzkomponente in einem niedrigen Drehbereich und durch die Drehänderungsgröße ΔNH einer Hochfrequenzkomponente in einem hohen Drehbereich verwendet. Durch diesen Aufbau kann ein Verbrennungsdrehmoment über einen breiten Bereich von einer niedrigen Drehung zu einer hohen Drehung der Kraftmaschine 10 genau berechnet werden.
Eine Dämpfungskennlinie bzw. Dämpfungseigenschaft einer Hochfrequenzkomponente jedes Zylinders wird gelernt, wie es erforderlich ist, und die Drehänderungsgröße ΔNH der Hochfrequenzkomponente wird auf der Grundlage des Dämpfungslernwerts korrigiert. Durch diesen Aufbau können Änderungen der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern eliminiert werden und die Erfassungsgenauigkeit von Kraftmaschinenverbrennungszuständen kann vergrößert werden. Da die Dämpfungslernwerte in einem niedrigen Kraftmaschinendrehzustand berechnet werden, bei dem Änderungen der Niedrigfrequenzkomponente zwischen den Zylindern klein sind, können Dämpfungslernwerte mit hoher Genauigkeit gelernt werden.
Da die LPF- und HPF-Grenzfrequenzen zum Extrahieren einer Niedrigfrequenzkomponente und einer Hochfrequenzkomponente aus dem Drehgeschwindigkeitssignal variabel mit der Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne eingestellt werden, können die Niedrigfrequenzkomponente und die Hochfrequenzkomponente korrekt extrahiert werden, auch wenn sich die Kraftmaschinengeschwindigkeit Ne ändert. In diesem Fall können, auch wenn die Differenz zwischen der Niedrigfrequenzkomponente und der Hochfrequenzkomponente bei einem hohen Kraftmaschinendrehbereich klein wird, die Komponenten eindeutig getrennt werden.
Die vorliegende Erfindung kann wie vorstehend beschrieben umgesetzt werden, ohne auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt zu sein.
Um Änderungen der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern zu eliminieren, können zylinderspezifische Dämpfungskennliniendaten der Hochfrequenzkomponente im Voraus durch Versuche erhalten werden und als Kennfelddaten gespeichert werden, und die Drehänderungsgröße ΔNH der Hochfrequenzkomponente kann für jeden Zylinder auf der Grundlage der zylinderspezifischen Dämpfungskennliniendaten korrigiert werden. In diesem Fall müssen die Dämpfungskennliniendaten entsprechend der Anzahl von Zylindern vorbereitet werden. Änderungen der Hochfrequenzkomponente zwischen den Zylindern können jedoch eliminiert werden und die Erfassungsgenauigkeit von Kraftmaschinenverbrennungszuständen kann vergrößert werden.
Ferner kann in einem niedrigen Drehbereich der Kraftmaschine 10 das Drehgeschwindigkeitssignal unverändert zur Berechnung eines Verbrennungsdrehmoments verwendet werden. Kurz gesagt kann das System derart aufgebaut sein, dass das Verbrennungsdrehmoment auf der Grundlage der Hochfrequenzkomponente in einem hohen Drehbereich berechnet wird, um die Genauigkeit einer Berechnung eines Verbrennungsdrehmoments in dem hohen Drehbereich zu vergrößern.
Zusätzlich kann ein Drehwinkelsensor eines elektromagnetischen Aufnahmesystem oder ein Drehwinkelsensor, der magnetische Widerstandselemente (MRE) verwendet, verwendet werden. Um jedoch detaillierte Drehgeschwindigkeitsinformationen zu erhalten, ist es wünschenswert, das System derart aufzubauen, dass ein Kurbelwellenwinkel mit einer hohen Auflösung durch Minimieren des Erfassungsintervalls von Kurbelwellenwinkeln erfasst werden kann.
Das System kann modifiziert werden, um eine Zylinderdruckspitzenwertposition der Kraftmaschine 10 auf der Grundlage der Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals abzuschätzen. Kurz gesagt ist aus dem Ergebnis von Versuchen bestimmt, dass eine Wechselbeziehung zwischen der Position, bei der die Drehfluktuation der Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals maximal ist, und einer Zylinderdruckspitzenwertposition vorhanden ist.
In 12 ist der Übergang eines Zylinderdrucksignals und eines Drehgeschwindigkeitssignals gezeigt, wobei die horizontale Achse Kurbelwellenwinkel angibt. P1 gibt eine Position (einen Kurbelwellenwinkel) eines Auftretens eines Spitzenwerts in dem Zylinderdruck an und P2 gibt eine Position eines Auftretens eines Spitzenwerts in dem Drehgeschwindigkeitssignal an. Unter Verwendung des Ergebnisses einer Schätzung einer Zylinderdruckspitzenwertposition wird ein Zündzeitpunkt derart korrigiert, dass eine erforderliche Zeit von einem Zündzeitpunkt zu der Zylinderdruckspitzenwertposition eine vorbestimmte Position nach einem Komprimierungs-TDC wird. Durch diese Operation kann eine Zündzeitsteuerung ausgeführt werden, während Verbrennungszustände in geeigneter Weise reflektiert werden.
Das System kann modifiziert werden, um auf der Grundlage der Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals zu bestimmen, ob die Kraftmaschine 10 klopft. Kurz gesagt ist aus dem Ergebnis von Versuchen bestimmt, dass, wenn ein Klopfen auftritt, eine Schwingung auf Grund des Klopfens auf dem Erfassungssignal (Drehgeschwindigkeitssignal) des Drehwinkelsensors 45 überlagert ist. Dies ist der Fall, da die Schwingung, die durch das Klopfen erzeugt wird, zu der Kurbelwelle über den Kolben oder dergleichen übertragen wird.
Die Klopfschwingung wird durch die Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals gemessen und das Vorhandensein eines Klopfens wird aus dem Messergebnis bestimmt. In diesem Fall ist bspw. ein Klopferfassungsverfahren mittels statistischer Verfahren anwendbar. Während eine tastende Klopfbestimmung aus einer Klopfauftrittswahrscheinlichkeit durch eine statistische Verarbeitung erstellt wird, wird eine tastende Klopfbestimmung auf der Grundlage des Signalverlauf des Klopfens erstellt, und das Vorhandensein eines Klopfens wird abschließend auf der Grundlage der Bestimmungen bestimmt.
Das System kann modifiziert werden, um die Verbrennungsstabilität oder Verbrennungsrauheit der Kraftmaschine 10 auf der Grundlage der Hochfrequenzkomponente des Drehgeschwindigkeitssignals zu bestimmen. Kurz gesagt kann, da es eine Wechselbeziehung zwischen der Drehänderungsgröße der Hochfrequenzkomponente und einem Zylinderdruck gibt, eine Verbrennungsstabilität auf der Grundlage der Drehänderungsgröße der Hochfrequenzkomponente bestimmt werden.
In diesem Fall werden Drehänderungsgrößen der Hochfrequenzkomponente entsprechend einer spezifizierten Abtastungsgrundgesamtheit abgetastet, eine statistische Verarbeitung wird für die abgetasteten Drehänderungsgrößen ausgeführt und eine Verbrennungsstabilität wird aus dem Ergebnis der statistischen Verarbeitung bestimmt. Genauer gesagt werden lediglich Daten innerhalb eines Einstellungsbereichs, der im Voraus für eine Drehänderungsgröße bereitgestellt wird, für jede Verbrennung validiert und eine Verbrennungsstabilität wird aus der Standardabweichung von Drehänderungsgrößen für die spezifizierte Abtastungsgrundgesamtheit, die zu validieren ist, bestimmt. Als Drehänderungsparameter können ein Spitzenwert und eine Änderungsgröße der Hochfrequenzkomponente (Amplitudengröße), ein Integralwert der Änderungsgröße und dergleichen verwendet werden.
Bei einer Erfassung von Verbrennungszuständen kann das Vorhandensein einer Fehlzündung unter Verwendung der Niedrigfrequenzkomponente und der Hochfrequenzkomponente eines Drehgeschwindigkeitssignals erfasst werden. Als Drehfluktuationsparameter können ein Spitzenwert der Hochfrequenzkomponente, eine Änderungsgröße (Amplitudengröße), ein Integralwert der Änderungsgröße und dergleichen verwendet werden.
Ein Drehwinkelsensor (45) erfasst die Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle einer Kraftmaschine (10). Eine ECU (50) extrahiert eine mit Verbrennungszyklen der Kraftmaschine (10) synchronisierte, erste Frequenzkomponente, die einem Drehgeschwindigkeitssignal beinhaltet ist, das durch die Erfassung des Drehwinkelsensors (45) erhalten wird, und eine zweite Frequenzkomponente, die eine höhere Frequenz als die erste Frequenzkomponente aufweist. Sie erfasst einen Verbrennungszustand unter Verwendung der Drehänderungsgröße der ersten Frequenzkomponente in einem niedrigeren Drehbereich als eine spezifizierte Kraftmaschinengeschwindigkeit und unter Verwendung der Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente in einem höheren Drehbereich.

Claims

Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einer Drehgeschwindigkeitserfassungseinrichtung (45) zur Erzeugung eines Drehgeschwindigkeitssignals, das sich mit einer Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine (10) ändert, wobei das Drehgeschwindigkeitssignal eine erste Frequenzkomponente, die mit Verbrennungszyklen der Verbrennungskraftmaschine synchronisiert ist, und eine zweite Frequenzkomponente beinhaltet, die eine höhere Frequenz als die erste Frequenzkomponente aufweist, einer Extrahiereinrichtung (62) zum Extrahieren der zweiten Frequenzkomponente und einer Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) zur Erfassung eines Verbrennungszustands der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage der extrahierten zweiten Frequenzkomponente.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) den Verbrennungszustand auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente erfasst, wenn eine Drehgeschwindigkeit der Kraftmaschine höher als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) den Verbrennungszustand auf der Grundlage der ersten Frequenzkomponente erfasst, wenn die Drehgeschwindigkeit der Kraftmaschine niedriger als eine vorbestimmte Geschwindigkeit ist, und auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente erfasst, wenn die Drehgeschwindigkeit höher als die vorbestimmte Geschwindigkeit ist.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit: einer Korrektureinrichtung (64) zum Korrigieren einer Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente auf der Grundlage einer Dämpfungskennlinie der zweiten Frequenzkomponente zwischen Zylindern (17) der Kraftmaschine (10).
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, mit: einer Berechnungseinrichtung (63) zum Lernen durch Vergleichen einer Drehänderungsgröße der ersten Frequenzkomponente und einer Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente, die für jeden Zylinder berechnet werden, einer Änderung zwischen den Zylindern, so dass die Korrektureinrichtung (64) eine Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente durch den Lernwert korrigiert.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Berechnungseinrichtung (63) den Dämpfungslernwert für jeden Zylinder durch die erste Frequenzkomponente und die zweite Frequenzkomponente nur berechnet, wenn die Kraftmaschine (10) in einem spezifizierten niedrigen Drehzustand ist.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Korrektureinrichtung (64) die Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente für jeden Zylinder auf der Grundlage von vorgespeicherten zylinderspezifischen Dämpfungskennliniendaten der zweiten Frequenzkomponente korrigiert.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Extrahiereinrichtung (62) ein Extrahierfrequenzband zum Extrahieren der zweiten Frequenzkomponente aus dem Drehgeschwindigkeitssignal entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit variabel einstellt.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Extrahiereinrichtung (62) ein Extrahierfrequenzband zum Extrahieren der ersten Frequenzkomponente aus dem Drehgeschwindigkeitssignal entsprechend der Kraftmaschinengeschwindigkeit variabel einstellt.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) eine Schätzeinrichtung (66) zum Schätzen eines Verbrennungsdrehmoments, das während einer Verbrennung in der Kraftmaschine (10) entwickelt wird, auf der Grundlage der Drehänderungsgröße der zweiten Frequenzkomponente umfasst.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) eine Schätzeinrichtung (65) zum Schätzen einer Zylinderdruckspitzenwertposition der Kraftmaschine auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente umfasst.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) eine Schätzeinrichtung zum Bestimmen eines Vorhandenseins eines Auftretens eines Klopfens auf der Grundlage der zweiten Frequenzkomponente erfasst.
Verbrennungszustandserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zustandserfassungseinrichtung (65, 66) eine Schätzeinrichtung zum mehrmaligen Abtasten von Drehfluktuationen der zweiten Frequenzkomponente und zum Bestimmen einer Verbrennungsstabilität der Verbrennungskraftmaschine auf der Grundlage einer statistischen Verarbeitung der abgetasteten Drehfluktuationen umfasst.