DE102010036146B4

DE102010036146B4 - Mustererkennung bei einer zufälligen Fehlzündung

Info

Publication number: DE102010036146B4
Application number: DE102010036146.1A
Authority: DE
Inventors: Tameem K. Assaf; David S. Mathews; John V. Bowman; Sanjeev M. Naik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2030-09-03
Also published as: DE102010036146A1; CN102022244A; US20110066358A1; CN102022244B; US8027782B2

Abstract

Steuersystem, das umfasst:
ein Ruckermittlungsmodul (202), das einen Ruck einer Kurbelwelle (114) ermittelt, der mit einem Zündungsereignis eines Motors (104) verbunden ist;
ein Fehlzündungsbestätigungsmodul (206), das basierend auf dem Ruck selektiv bestätigt, dass eine in dem Motor (104) detektierte Fehlzündung gültig ist;
ein Beschleunigungsermittlungsmodul (200), das eine Beschleunigung der Kurbelwelle (114) ermittelt, welche mit dem Zündungsereignis verbunden ist; und
ein Fehlzündungsdetektionsmodul (204), das die Fehlzündung detektiert, wenn die Beschleunigung und/oder der Ruck größer als ein Beschleunigungsschwellenwert bzw. ein Ruckschwellenwert sind,
wobei das Ruckermittlungsmodul (202) einen Fehlzündungsruck, der mit der detektierten Fehlzündung verbunden ist, einen vorhergehenden Ruck, der mit einem vorhergehenden Zündungsereignis, das der Fehlzündung vorausgeht, verbunden ist, und einen ersten, zweiten sowie dritten nachfolgenden Ruck ermittelt, die jeweils mit einem ersten, zweiten und dritten nachfolgenden Zündungsereignis verbunden sind, die der detektierten Fehlzündung nachfolgen und in einer Zündreihenfolge aufeinander folgen.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Kurbelwellen-Mustererkennungssysteme und -verfahren zum Identifizieren einer zufälligen Fehlzündung in einem Motor.
HINTERGRUND
Die hierin vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient zu dem Zweck, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Sowohl die Arbeit der derzeit genannten Erfinder, in dem Maß, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, als auch Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Einreichung nicht auf andere Weise als Stand der Technik gelten, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung zugelassen.
Fahrzeuge weisen einen Verbrennungsmotor auf, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt. Spezieller saugt der Motor Luft an und vermischt die Luft mit Kraftstoff, um ein Verbrennungsgemisch zu bilden. Das Verbrennungsgemisch wird in Zylindern komprimiert, und es wird verbrannt, um Kolben anzutreiben. Die Kolben treiben eine Kurbelwelle drehbar an, die das Antriebsdrehmoment auf ein Getriebe und Räder überträgt. Wenn der Motor fehlzündet, kann das Verbrennungsgemisch eines Zylinder überhaupt nicht oder nur teilweise verbrennen, und es kann eine Vibration des Motors und eine Oszillation des Endantriebs bewirken. Eine zufällige Fehlzündung tritt typischerweise in verschiedenen Zylindern unabhängig davon auf, ob sie aus aufeinander folgenden Motorzyklen stammen oder nicht.
Wenn eine Fehlzündung auftritt, kann die Drehzahl des Kolbens beeinflusst werden, was wiederum die Motordrehzahl beeinflussen kann. Raue Straßen können ebenso Änderungen in der Motordrehzahl bewirken, die in der Größe denjenigen ähnlich sind, die durch Motor-Fehlzündungsereignisse erzeugt werden. Daher können raue Straßen bewirken, dass Motor-Fehlzündungsdetektionssysteme Motorfehlzündungsereignisse inkorrekt detektieren.
In der DE 693 31 156 T2 ist ein Steuersystem zum Erkennen von Fehlzündungen beschrieben, das eine Änderung der Winkelbeschleunigung einer Kurbelwelle ermittelt, welche mit einem Zündungsereignis in einem Motor verbunden ist. Ferner bestätigt das Steuersystem selektiv basierend auf der Änderung der Winkelbeschleunigung, dass eine in dem Motor detektierte Fehlzündung gültig ist.
Die DE 10 2007 029 878 A1 beschreibt ebenfalls ein Steuersystem, das eine Kurbelwellenstörung anhand einer Beschleunigung und eines Rucks einer Kurbelwelle ermittelt, welche mit einem Zündungsereignis in einem Motor verbunden sind. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul bestätigt selektiv anhand einer Kategorisierung der Kurbelwellenstörung, dass eine in dem Motor detektierte Fehlzündung gültig ist.
In der DE 10 2008 056 226 A1 ist ein ähnliches Steuersystem beschrieben.
Ferner beschreibt die US 6 388 444 B1 ein Verfahren zum Erkennen von Fehlzündungen, bei welchem anhand eines Vergleichs von Daten eines Beschleunigungsmessers, der an einem Zylinder angebracht ist, mit Daten einer Kurbelwellenbeschleunigung ermittelt wird, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Steuersystem zu schaffen, mit dem eine Fehlzündung trotz Störungen durch eine raue Straße zuverlässig detektiert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein Steuersystem umfasst ein Ruckermittlungsmodul und ein Fehlzündungsbestätigungsmodul. Das Ruckermittlungsmodul ermittelt einen Ruck einer Kurbelwelle, der mit einem Zündungsereignis in einem Motor verbunden ist. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul bestätigt selektiv basierend auf dem Ruck, dass eine in dem Motor detektierte Fehlzündung gültig ist.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachstehend vorgesehenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und die speziellen Beispiele nur zu Darstellungszwecken gedacht sind und den Umfang der Offenbarung nicht einschränken sollen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen verständlicher werden, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockdiagramm des beispielhaften Steuermoduls von 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung ist;
3 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte eines Steuerverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 den Betrieb eines Motors während einer zufälligen Fehlzündung darstellt;
5 den Betrieb des Motors während einer Störung mit hoher Frequenz auf einer rauen Straße darstellt;
6 den Betrieb des Motors während einer Störung mit niedriger Frequenz auf einer rauen Straße darstellt;
7 den Betrieb des Motors während einer Fehlzündung aufeinanderfolgender Zylinder darstellt;
8 den Betrieb des Motors während einer Fehlzündung entgegengesetzter Zylinder darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist nur beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Offenbarung, ihre Anwendungsmöglichkeit oder Verwendungen einzuschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Wie hierin verwendet, sollte die Formulierung A, B und/oder C derart ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oders bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck Modul auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, fest zugeordnet oder als Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, einen Schaltkreis der Schaltungslogik und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Kurbelwellen-Mustererkennungssystem und -verfahren der vorliegenden Offenbarung ermittelt einen Ruck einer Kurbelwelle für aufeinander folgende Zündungsereignisse und identifiziert eine Fehlzündung basierend auf dem Ruck. Die Fehlzündung kann detektiert werden, wenn eine Beschleunigung der Kurbelwelle und der Ruck der Kurbelwelle größer als ein Beschleunigungsschwellenwert bzw. ein Ruckschwellenwert sind. Die detektierte Fehlzündung kann basierend auf dem Ruck, der für aufeinander folgende Zündungsereignisse ermittelt wird, die auftreten, bevor, während und nachdem die Fehlzündung auftritt, als gültig identifiziert werden. Die auf diese Weise identifizierte Fehlzündung verbessert die Unterscheidung zwischen der Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße.
Nun auf 1 Bezug nehmend, ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 100 dargestellt. Das Fahrzeug 100 weist einen Motor 104 auf, der ein Drehmoment erzeugt. Der Motor 104 kann ein beliebiger Typ eines Motors sein, wie beispielsweise ein Benzin-Verbrennungsmotor (Benzin-ICE) oder ein Diesel-ICE. Lediglich zu Zwecken der Klarheit wird der Motor 104 als ein Benzin-ICE diskutiert.
Luft wird durch einen Einlasskrümmer 106 in den Motor 104 eingelassen. Das Volumen der Luft, die in den Motor 104 eingelassen wird, kann durch ein Drosselventil 108 variiert werden. Eine oder mehrere Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 110 vermischen Kraftstoff mit der Luft, um ein verbrennbares Luft-Kraftstoffgemisch zu bilden. Ein Zylinder 112 weist einen Kolben auf (nicht gezeigt), der an einer Kurbelwelle 114 angebracht ist. Obwohl der Motor 104 derart dargestellt ist, dass er einen Zylinder 112 aufweist, kann der Motor 104 mehr als einen Zylinder 112 aufweisen.
Die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs kann vier Phasen umfassen: eine Einlassphase, eine Kompressionsphase, eine Verbrennungsphase und eine Auslassphase. Während der Einlassphase wird der Kolben zu einer untersten Position abgesenkt, und die Luft und der Kraftstoff werden in den Zylinder 112 geleitet. Während der Kompressionsphase wird das Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder 112 komprimiert.
Die Verbrennungsphase beginnt, wenn beispielsweise ein Zündfunken von einer Zündkerze (nicht gezeigt) das Luft-Kraftstoffgemisch zündet. Die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs bewirkt, dass der Kolben die Kurbelwelle 114 drehbar antreibt. Diese Drehkraft (d. h. das Drehmoment) kann die Kompressionskraft sein, um das Luft-Kraftstoffgemisch während der Kompressionsphase eines anderen Zylinders zu komprimieren. Das resultierende Abgas wird aus dem Motor 112 ausgestoßen, um die Auslassphase und den Verbrennungsprozess abzuschließen.
Ein Motorausgangsdrehzahlsensor (EOS-Sensor) 116 erzeugt ein EOS-Signal beispielsweise basierend auf der Drehung der Kurbelwelle 114. Der EOS-Sensor 116 kann ein Sensor mit variabler Reluktanz (VR-Sensor) oder ein beliebiger anderer geeigneter Typ eines EOS-Sensors sein. Das EOS-Signal kann eine Impulsfolge umfassen. Jeder Impuls der Impulsfolge kann erzeugt werden, wenn ein Zahn eines Rades 118 mit N Zähnen, das mit der Kurbelwelle 114 dreht, den VR-Sensor passiert. Dementsprechend kann jeder Impuls einer Winkeldrehung der Kurbelwelle 114 um einen Betrag gleich 360° dividiert durch N Zähne entsprechen. Das Rad 118 mit N Zähnen kann auch eine Lücke mit einem oder mehreren fehlenden Zähnen aufweisen.
Eine Fehlzündung des Motors 104 kann aus einer Reihe von Gründen auftreten, wie beispielsweise einer nicht korrekten Versorgung mit Kraftstoff, Luft und/oder Zündfunken. Die Fehlzündung kann die Drehung der Kurbelwelle 114 stören, wodurch Fluktuationen in dem EOS-Signal erzeugt werden. Ein Steuermodul 130 ermittelt basierend auf dem EOS-Signal, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist. Das Steuermodul 130 kann auch ermitteln, ob die Motorfehlzündung als ein bestimmter Typ einer Motorfehlzündung bezeichnet werden kann. Lediglich beispielhaft kann das Steuermodul 130 ermitteln, ob die Motorfehlzündung als periodisch oder zufällig bezeichnet werden kann.
Der Motor 104 kann das Drehmoment mittels der Kurbelwelle 114 an ein Getriebe 140 übertragen. Das Drehmoment kann mittels eines Drehmomentwandlers (nicht gezeigt) von dem Motor 104 an das Getriebe 140 übertragen werden, wenn das Getriebe 140 ein Getriebe vom Automatiktyp ist. Das Getriebe 140 kann das Drehmoment mittels einer Antriebswelle 142 auf ein oder mehrere Räder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 100 übertragen.
Wie bei einer Fehlzündung können Beiträge einer rauen Straße die Drehung der Kurbelwelle 114 stören, wodurch Fluktuationen in dem EOS-Signal verursacht werden. Das Steuermodul 130 kann basierend auf dem EOS-Signal eine Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße unterscheiden. Das Steuermodul 130 kann einen Ruck der Kurbelwelle 114 basierend auf dem EOS-Signal ermitteln, bevor, während und nachdem eine Fehlzündung vermutlich aufgetreten ist, und es kann basierend auf dem Ruck bestätigen, dass die Fehlzündung gültig ist.
Nun auf 2 Bezug nehmend, umfasst das Steuermodul 130 ein Beschleunigungsermittlungsmodul 200, ein Ruckermittlungsmodul 202, ein Fehlzündungsermittlungsmodul 204 und ein Fehlzündungsbestätigungsmodul 206. Das Beschleunigungsermittlungsmodul 200 empfängt das EOS-Signal von dem EOS-Sensor 116. Das Beschleunigungsermittlungsmodul 200 ermittelt basierend auf dem EOS-Signal eine Beschleunigung, die einem Zündungsereignis entspricht, und erzeugt ein Beschleunigungssignal basierend auf der ermittelten Beschleunigung. Das Beschleunigungsermittlungsmodul 200 kann die Beschleunigung ermitteln, indem eine erste Ableitung (d¹[n]) des EOS-Signals berechnet wird.
Das Ruckermittlungsmodul 202 empfängt das Beschleunigungssignal von dem Beschleunigungsermittlungsmodul 200. Das Ruckermittlungsmodul 202 ermittelt basierend auf dem Beschleunigungssignal einen Ruck, der dem Zündungsereignis entspricht, und erzeugt ein Rucksignal basierend auf dem ermittelten Ruck. Das Ruckermittlungsmodul 202 ermittelt den Ruck, indem die erste Ableitung des Beschleunigungssignals berechnet wird. Die erste Ableitung des Beschleunigungssignals ist äquivalent zu der zweiten Ableitung (d²[n]) des EOS-Signals.
Das Fehlzündungsermittlungsmodul 204 empfängt das Beschleunigungssignal von dem Beschleunigungsermittlungsmodul 200, und es empfängt das Rucksignal von dem Ruckermittlungsmodul 202. Das Fehlzündungsdetektionsmodul 204 detektiert eine Fehlzündung des Zündungsereignisses basierend auf dem Beschleunigungssignal und dem Rucksignal. Beispielsweise kann das Fehlzündungsdetektionsmodul 204 die Fehlzündung detektieren, wenn die Beschleunigung und der Ruck größer als ein Beschleunigungsschwellenwert bzw. ein Ruckschwellenwert sind. Der Beschleunigungsschwellenwert und der Ruckschwellenwert können vorbestimmt sein. Das Fehlzündungsdetektionsmodul erzeugt ein Detektionssignal basierend auf der detektierten Fehlzündung.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 empfängt das Rucksignal von dem Ruckermittlungsmodul 202, und es empfängt das Detektionssignal von dem Fehlzündungsdetektionsmodul 204. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 bestätigt basierend auf dem Ruck, dass eine detektierte Fehlzündung gültig ist. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann die detektierte Fehlzündung basierend auf dem Ruck bestätigen, der Zündungsereignissen entspricht, die auftreten, bevor, während und nachdem die detektierte Fehlzündung auftritt. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann die detektierte Fehlzündung basierend auf dem Ruck bestätigen, wenn Bedingungen für ein Kurbelwellenmuster erkannt werden.
Das Ruckermittlungsmodul 202 kann einen Fehlzündungsruck (d²[m]) für die detektierte Fehlzündung, einen vorhergehenden Ruck (d²[m – 1]) für das Zündungsereignis, das der detektierten Fehlzündung vorausgeht, sowie einen ersten, zweiten und dritten nachfolgenden Ruck (d²[m + 1], d²[m + 2], d²[m + 3]) für die Zündungsereignisse ermitteln, die auf die detektierte Fehlzündung folgen und in einer Zündreihenfolge aufeinander folgen. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann basierend auf dem Fehlzündungsruck, dem vorhergehenden Ruck und dem ersten, zweiten sowie dritten nachfolgenden Ruck bestätigen, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann bestätigen, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn Bedingungen für ein Kurbelwellenmuster erfüllt sind. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann ermitteln, dass die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster erfüllt sind, wenn eine erste Ruckbedingung und/oder eine zweite Ruckbedingung erfüllt sind und nur eine Fehlzündung während des Motorzyklus detektiert wird, welcher der detektierten Fehlzündung entspricht. Die erste Ruckbedingung ist erfüllt, wenn eine Differenz zwischen dem zweiten nachfolgenden Ruck und dem ersten nachfolgenden Ruck größer als ein erster Ruckschwellenwert (K₁·Th) ist, wie es durch Gleichung 1 unten repräsentiert wird. d²[m + 2] – d²[m + 1] > K₁·Th (1)
Die zweite Ruckbedingung ist erfüllt, wenn eine Differenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck kleiner als ein zweiter Ruckschwellenwert (K₂·Th) ist, wie es durch Gleichung 2 unten repräsentiert wird. d²[m + 3] – d²[m + 2] < K₂·Th (2)
Der erste Ruckschwellenwert und der zweite Ruckschwellenwert umfassen eine erste Konstante (K₁) bzw. eine zweite Konstante (K₂). Die erste Konstante (K₁) und die zweite Konstante (K₂) können vorbestimmt sein, um zwischen einer Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden, wie unten detaillierter diskutiert wird. Der erste Ruckschwellenwert und der zweite Ruckschwellenwert können auch eine Schwellenwertfunktion umfassen, die basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast variiert.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann basierend auf einem Zähler für ein erkanntes Muster und einem Zähler für ein nicht erkanntes Muster bestätigen, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann den Zähler für das erkannte Muster erhöhen, wenn eine dritte Ruckbedingung und eine vierte Ruckbedingung erfüllt sind. Die dritte Ruckbedingung ist erfüllt, wenn der Fehlzündungsruck größer als der vorhergehende Ruck ist, wie es durch Gleichung 3 unten repräsentiert wird. d²[m] > d²[m – 1] (3)
Die vierte Ruckbedingung ist erfüllt, wenn eine Absolutdifferenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck kleiner als ein dritter Ruckschwellenwert ist, wie es durch Gleichung 4 unten repräsentiert wird. |d²[m + 3] – d²[m + 2]| < K₃·Th (4)
Obgleich Gleichung 4 die Absolutdifferenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck analysiert, kann Gleichung 4 derart modifiziert werden, dass eine Absolutdifferenz zwischen Ruckwerten analysiert wird, die anderen aufeinanderfolgenden Zündungsereignissen basierend auf der Anzahl der Zylinder eines Motors entsprechen. Beispielsweise kann Gleichung 4 für einen Achtzylindermotor derart modifiziert werden, dass eine Absolutdifferenz zwischen den Ruckwerten analysiert wird, die einem vierten nachfolgenden Zündungsereignis und dem dritten nachfolgenden Zündungsereignis entsprechen.
Der dritte Ruckschwellenwert kann eine dritte Konstante (K₃) und die Schwellenwertfunktion umfassen. Die dritte Konstante kann vorbestimmt sein, um zwischen einer Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden, wie es unten detaillierter diskutiert wird.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann bestätigen, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen abgeschlossen ist. Beispielsweise kann das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 die Fehlzündungs-Detektionsdaten validieren, wenn 100 Motorzyklen abgeschlossen sind.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann ermitteln, ob die Fehlzündung periodisch oder zufällig ist, und bestätigen, dass die Fehlzündung gültig ist, wenn die Fehlzündung zufällig ist. Die Fehlzündung ist periodisch, wenn zumindest ein vorbestimmter Anteil der Fehlzündungs-Detektionsdaten nur einem Zylinder entspricht. Die Fehlzündung ist zufällig, wenn die Fehlzündungs-Detektionsdaten mehr als einem Zylinder entsprechen.
Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann basierend auf dem Zähler für das erkannte Muster und dem Zähler für das nicht erkannte Muster bestätigen, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist. Das Fehlzündungsbestätigungsmodul 206 kann ermitteln, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn ein Verhältnis des Zählers für das nicht erkannte Muster zu dem Zähler für das erkannte Muster kleiner als ein Mustererkennungsschwellenwert oder diesem gleich ist. Der Mustererkennungsschwellenwert kann vorbestimmt sein, um zwischen einer Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden.
Nun auf 3 Bezug nehmend, ermittelt die Steuerung eine Beschleunigung einer Kurbelwelle und einen Ruck der Kurbelwelle bei Schritt 300 bzw. 302. Die Steuerung ermittelt bei Schritt 304, ob die Beschleunigung und der Ruck größer als ein Beschleunigungsschwellenwert bzw. ein Ruckschwellenwert sind. Die Steuerung kehrt zu Schritt 300 zurück, wenn die Beschleunigung und/oder der Ruck kleiner als der Beschleunigungsschwellenwert bzw. der Ruckschwellenwert oder diesem gleich sind. Die Steuerung detektiert bei Schritt 306 eine Fehlzündung, wenn die Beschleunigung und der Ruck größer als der Beschleunigungsschwellenwert bzw. der Ruckschwellenwert sind.
Wieder auf Schritt 302 Bezug nehmend, kann die Steuerung einen Fehlzündungsruck (d²[m]) für die detektierte Fehlzündung, einen vorhergehenden Ruck (d²[m – 1]) für das Zündungsereignis, das der detektierten Fehlzündung vorausgeht, und einen ersten, zweiten sowie dritten nachfolgenden Ruck (d²[m + 1], d²[m + 2], d²[m + 3]) für die Zündungsereignisse ermitteln, die der detektierten Fehlzündung nachfolgen und in einer Zündreihenfolge aufeinander folgen.
Bei Schritt 308 ermittelt die Steuerung, ob eine erste Ruckbedingung und/oder eine zweite Ruckbedingung erfüllt sind und ob eine einzelne Fehlzündung während eines Motorzyklus aufgetreten ist, welcher der detektierten Fehlzündung entspricht. Die erste Ruckbedingung und die zweite Ruckbedingung sind jeweils durch Gleichung 1 und 2 von oben definiert.
Die Steuerung ermittelt bei Schritt 310, dass Bedingungen für ein Kurbelwellenmuster nicht erfüllt sind, und kehrt zu Schritt 300 zurück, wenn weder die erste Ruckbedingung noch die zweite Ruckbedingung erfüllt sind oder wenn mehrere Fehlzündungen während des Motorzyklus auftreten. Die Steuerung ermittelt bei Schritt 312, dass die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster erfüllt sind, und schreitet zu Schritt 314 voran, wenn die erste Ruckbedingung und/oder die zweite Ruckbedingung erfüllt sind und nur eine Fehlzündung während des Motorzyklus aufgetreten ist.
Die Steuerung kann einen Zähler für nicht erfüllte Musterbedingungen erhöhen, wenn die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster nicht erfüllt sind. Dieser Zähler kann verwendet werden, um die Unterscheidung zwischen einer Fehlzündung und Störungen durch eine raue Straße basierend auf der Dynamik eines speziellen Fahrzeugs zu verbessern. Beispielsweise können der erste und der zweite Ruckschwellenwert angepasst werden, wenn der Zähler für nicht erfüllte Musterbedingungen höher oder niedriger ist, als basierend auf anderen Fahrzeuganwendungen erwartet werden würde.
Die Steuerung ermittelt bei Schritt 314, ob eine dritte und eine vierte Ruckbedingung erfüllt sind. Die dritte und die vierte Ruckbedingung sind jeweils durch Gleichung 3 und 4 von oben definiert. Die Steuerung erhöht bei Schritt 316 einen Zähler für ein nicht erkanntes Muster, wenn entweder die dritte Ruckbedingung oder die vierte Ruckbedingung nicht erfüllt ist. Die Steuerung erhöht bei Schritt 318 einen Zähler für ein erkanntes Muster, wenn die dritte und die vierte Ruckbedingungen erfüllt sind.
Die Steuerung ermittelt bei Schritt 320, ob eine vorbestimmte Anzahl (N) von Motorzyklen abgeschlossen ist. Die Steuerung kehrt zu Schritt 300 zurück, wenn die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen nicht abgeschlossen ist. Die Steuerung schreitet zu Schritt 322 voran, wenn die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen abgeschlossen ist.
Die Steuerung kann bei Schritt 322 basierend auf Fehlzündungs-Detektionsdaten ermitteln, die für die vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen erfasst wurden, ob die detektierte Fehlzündung zufällig ist. Die Steuerung kann ermitteln, dass die detektierte Fehlzündung zufällig ist, wenn die Fehlzündungs-Detektionsdaten mehr als einem Zylinder entsprechen. Die Steuerung kann zu Schritt 324 voranschreiten, wenn die angenommene Fehlzündung nicht zufällig ist, und sie kann zu Schritt 328 voranschreiten, wenn die angenommene Fehlzündung zufällig ist.
Alternativ kann die Steuerung ermitteln, ob die detektierte Fehlzündung periodisch ist. Die Steuerung kann ermitteln, dass die detektierte Fehlzündung periodisch ist, wenn zumindest ein vorbestimmter Anteil der Fehlzündungs-Detektionsdaten nur einem Zylinder entspricht. Die Steuerung kann zu Schritt 324 voranschreiten, wenn die detektierte Fehlzündung periodisch ist, und sie kann zu Schritt 328 voranschreiten, wenn die detektierte Fehlzündung nicht periodisch ist.
Bei Schritt 324 erhält die Steuerung die Fehlzündungs-Detektionsdaten (d. h. sie verwirft diese nicht). Auf diese Weise bestätigt die Steuerung, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist. Die Steuerung setzt bei Schritt 326 alle Zähler zurück, einschließlich des Zählers für das erkannte Muster und des Zählers für das nicht erkannte Muster, anschließend kehrt sie zu Schritt 300 zurück.
Bei Schritt 328 ermittelt die Steuerung, ob ein Verhältnis des Zählers für das nicht erkannte Muster zu dem Zähler für das erkannte Muster größer als ein Mustererkennungsschwellenwert ist. Die Steuerung schreitet zu Schritt 324 voran, wodurch bestätigt wird, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn das Verhältnis des Zählers für das nicht erkannte Muster zu dem Zähler für das erkannte Muster kleiner als der Mustererkennungsschwellenwert oder diesem gleich ist. Die Steuerung verwirft die Fehlzündungs-Detektionsdaten bei Schritt 332, wodurch bestätigt wird, dass die detektierte Fehlzündung ungültig ist, wenn das Verhältnis des Zählers für das nicht erkannte Muster zu dem Zähler für das erkannte Muster größer als der Mustererkennungsschwellenwert ist.
Nun auf 4–8 Bezug nehmend, ist der Betrieb eines Motors während einer zufälligen Fehlzündung dargestellt. Die y-Achse repräsentiert die Kurbelwellenbeschleunigung oder eine erste Ableitung (d¹[n]) eines Motorausgangsdrehzahlsignals (EOS-Signals). Die x-Achse repräsentiert den Kurbelwellenruck oder eine zweite Ableitung (d²[n]) des EOS-Signals.
Das EOS-Signal befindet sich in der Zeitdomäne. Daher spiegelt der obere rechte Quadrant eine abnehmende Motordrehzahl und eine abnehmende Beschleunigung wider, und der untere linke Quadrant spiegelt eine zunehmende Motordrehzahl und eine zunehmende Beschleunigung wider. Die Kurbelwellenbeschleunigung ist gegen einen Fehlzündungsruck (d²[m]) für eine vermutete Fehlzündung, einen vorhergehenden Ruck (d²[m – 1]) für ein vorhergehendes Zündungsereignis, das der vermuteten Fehlzündung vorausgeht, und einen ersten, zweiten und dritten nachfolgenden Ruck (d²[m +1], d²[m + 2], d²[m + 3]) jeweils für ein erstes, zweites und drittes nachfolgendes Zündungsereignis aufgetragen, die der vermuteten Fehlzündung nachfolgen und in einer Zündreihenfolge aufeinander folgen.
Nun auf 4 Bezug nehmend, kann der Kurbelwellenruck vor und nach der vermuteten Fehlzündung verwendet werden, um eine echte Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden. Der Kurbelwellenruck nimmt im Allgemeinen bei einem Auftreten einer Fehlzündung aufgrund einer hochfrequenten Verzögerung zu, die durch die Fehlzündung verursacht wird. Störungen durch eine raue Straße können jedoch bewirken, dass der vorhergehende Ruck größer als der Fehlzündungsruck ist. Daher kann eine Bedingung, bei der wie in Gleichung 3 von oben der Fehlzündungsruck größer als der vorhergehende Ruck ist, verwendet werden, um eine Fehlzündung von einer rauen Straße zu unterscheiden.
Ein Motor beschleunigt im Allgemeinen, nachdem eine Fehlzündung auftritt, um einen Drehmomentverlust aufgrund der Fehlzündung zu kompensieren. Diese Zunahme der Beschleunigung bewirkt im Allgemeinen, dass der erste nachfolgende Ruck negativ ist, da Energie auf die Kurbelwelle übertragen wird. Bei dem zweiten nachfolgenden Zündungsereignis verlangsamt der Motor zu dem Ursprung hin, um die aggressive Beschleunigung des vorhergehenden Ereignisses zu kompensieren. Daher kann eine Bedingung, bei der wie in Gleichung 1 von oben eine Differenz zwischen dem zweiten nachfolgenden Ruck und dem ersten nachfolgenden Ruck größer als ein erster Ruckschwellenwert (K₁·Th) ist, verwendet werden, um zu bestätigen, dass die vermutete Fehlzündung gültig ist.
Der erste Ruckschwellenwert kann ein Produkt einer ersten Konstante (K₁) und einer Schwellenwertfunktion (Th) sein. Die erste Konstante kann verwendet werden, um den ersten Ruckschwellenwert basierend auf einem vorausgesagten Verhalten der Kurbelwelle nach einer Fehlzündung zu verschieben. Die Schwellenwertfunktion kann basierend auf der Motordrehzahl und der Motorlast variiert werden.
Nun auf 5 Bezug nehmend, ist der Betrieb eines Motors während einer Störung mit hoher Frequenz durch eine raue Straße dargestellt. Wie in 5 gezeigt ist, kann eine Störung mit hoher Frequenz durch eine raue Straße die Bedingung erfüllen, die durch Gleichung 1 repräsentiert ist.
Nun auf 6 Bezug nehmend, ist der Betrieb eines Motors während einer Störung mit niedriger Frequenz durch eine raue Straße dargestellt. Die Störung mit niedriger Frequenz durch die raue Straße erfüllt nicht die Bedingung, die durch Gleichung 1 repräsentiert ist. Dies liegt daran, dass eine niedrigere Frequenz durch die raue Straße zu einer niedrigeren Ansprechfrequenz führt. Daher ist es im Vergleich zu einer Störung mit niedriger Frequenz durch eine raue Straße wahrscheinlicher, dass eine Störung mit hoher Frequenz durch eine raue Straße einer Fehlzündung ähnelt.
Nun auf 7 Bezug nehmend, ist der Betrieb des Motors während einer Fehlzündung aufeinander folgender oder sequentieller Zylinder dargestellt. Eine Fehlzündung sequentieller Zylinder zeigt nicht dasselbe Verhalten wie eine Fehlzündung eines einzelnen Zylinders, da eine Fehlzündung sequentieller Zylinder eine Verzögerung umfasst, die der anfänglichen Verzögerung aufgrund der Fehlzündung unmittelbar folgt. Daher kann der zweite nachfolgende Ruck kleiner als der erste nachfolgende Ruck sein. In diesem Fall kann die Bedingung, die durch Gleichung 1 von oben definiert ist, nicht erfüllt werden, wenn entweder eine sequentielle Fehlzündung oder eine Störung durch eine raue Straße auftritt.
Ein fehlzündender Motor zeigt jedoch im Allgemeinen eine signifikant höhere Ansprechfrequenz für eine Beschleunigung und eine Verzögerung, die einer Fehlzündung folgen. Ein Motor kann bei einem dritten nachfolgenden Zündungsereignis, das einer Störung durch eine raue Straße folgt, weiterhin beschleunigen oder langsam verzögern. Im Gegensatz dazu verzögert ein Motor im Allgemeinen aggressiv bei einem dritten nachfolgenden Zündungsereignis, das einer sequentiellen Fehlzündung folgt, um die Beschleunigung in dem zweiten nachfolgenden Zündungsereignis zu kompensieren. Daher kann eine Bedingung, bei der wie in Gleichung 2 von oben eine Differenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck größer als ein zweiter Ruckschwellenwert (K₂·Th) ist, verwendet werden, um eine sequentielle Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden.
Nun auf 8 Bezug nehmend, ist der Betrieb eines Motors während einer Fehlzündung entgegengesetzter Zylinder oder einer nicht sequentiellen Fehlzündung dargestellt. Eine nicht sequentielle Fehlzündung kann aus mehreren Fehlzündungen bestehen, die während eines Motorzyklus auftreten und nicht gemäß einer Zündreihenfolge aufeinanderfolgen, wie es in 8 gezeigt ist. Während die Bedingungen, die in den Gleichungen 1–3 von oben definiert sind, verwendet werden können, um eine sequentielle Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden, können zusätzliche Kriterien verwendet werden, um eine nicht sequentielle Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden.
Eine Differenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck ist im Allgemeinen im Anschluss an eine nicht sequentielle Fehlzündung im Vergleich zu der Differenz geringer, die Störungen durch eine raue Straße nachfolgt. Dies liegt daran, dass der Motor nur eine Anregung kompensiert, die der nicht sequentiellen Fehlzündung folgt. Im Gegensatz dazu muss der Motor bei einer rauen Straße im Allgemeinen mehrere Anregungen kompensieren, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten nachlassen. Daher kann eine Bedingung, bei der wie in Gleichung 4 von oben eine Absolutdifferenz zwischen dem dritten nachfolgendem Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck größer als ein dritter Ruckschwellenwert (K₃·Th) ist, verwendet werden, um eine nicht sequentielle Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden.
Der dritte Ruckschwellenwert kann ein Produkt einer dritten Konstante (K₃) und der Schwellenwertfunktion (Th) sein. Die dritte Konstante kann basierend darauf angepasst werden, ob die vermutete Fehlzündung während aufeinander folgender Motorzyklen aufgetreten ist. Die dritte Konstante sollte größer sein, wenn die vermutete Fehlzündung während aufeinander folgender Motorzyklen aufgetreten ist, da die Oszillationen aufgrund der Fehlzündung nicht genügend Zeit haben, um gedämpft zu werden. Die dritte Konstante kann angepasst werden, indem zwischen einer maximalen Konstante (K_max) und einer minimalen Konstante (K_min) umgeschaltet wird.
Während die in Gleichung 4 definierte Bedingung verwendet werden kann, um eine nicht sequentielle Fehlzündung von Störungen durch eine raue Straße zu unterscheiden, kann die Bedingung für eine gewisse nicht sequentielle Fehlzündung nicht erfüllt werden, wie beispielsweise dann, wenn die Fehlzündung bei dem zweiten nachfolgenden Zündungsereignis auftritt. Darüber hinaus kann die Bedingung nur verwendet werden, um Fehlzündungs-Detektionsdaten zu validieren, wenn nur eine Fehlzündung während jedes Motorzyklus auftritt. Daher kann eine Ermittlung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster erfüllt sind, bevor unter Verwendung von Gleichung 4 bestätigt wird, dass die Fehlzündung gültig ist. Die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster können erfüllt sein, wenn nicht mehrere nicht aufeinander folgende Fehlzündungen in einem einzelnen Motorzyklus auftreten und wenn nur eine Fehlzündung während jedes Motorzyklus auftritt.
Zusätzlich kann die in Gleichung 4 definierte Bedingung in dem Fall eines schwerwiegenden Ungleichgewichts zwischen Zylindern nicht erfüllt werden, die dem zweiten nachfolgenden Zündungsereignis und dem dritten nachfolgenden Zündungsereignis entsprechen. Eine zufällige Fehlzündung kann die Wahrscheinlichkeit verringern, dass der zweite nachfolgende Ruck und der dritte nachfolgende Ruck den nicht ausgeglichenen Zylindern entsprechen. Um die Auswirkung eines schwerwiegenden Ungleichgewichts zu minimieren, kann die Bedingung daher nur verwendet werden, um zu bestätigen, dass die vermutete Fehlzündung gültig ist, wenn die vermutete Fehlzündung zufällig ist.
Eine Ermittlung, ob die vermutete Fehlzündung zufällig oder periodisch ist, kann durchgeführt werden, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen aufgetreten ist. Beispielsweise kann an einem Ende eines Tests mit 100 Motorzyklen eine Ermittlung durchgeführt werden, dass die vermutete Fehlzündung zufällig ist.
Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert werden. Während diese Offenbarung spezielle Beispiele aufweist, soll der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf diese beschränkt sein, da andere Modifikationen für den erfahrenen Praktiker bei einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der nachfolgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Steuersystem, das umfasst: ein Ruckermittlungsmodul (202), das einen Ruck einer Kurbelwelle (114) ermittelt, der mit einem Zündungsereignis eines Motors (104) verbunden ist; ein Fehlzündungsbestätigungsmodul (206), das basierend auf dem Ruck selektiv bestätigt, dass eine in dem Motor (104) detektierte Fehlzündung gültig ist; ein Beschleunigungsermittlungsmodul (200), das eine Beschleunigung der Kurbelwelle (114) ermittelt, welche mit dem Zündungsereignis verbunden ist; und ein Fehlzündungsdetektionsmodul (204), das die Fehlzündung detektiert, wenn die Beschleunigung und/oder der Ruck größer als ein Beschleunigungsschwellenwert bzw. ein Ruckschwellenwert sind, wobei das Ruckermittlungsmodul (202) einen Fehlzündungsruck, der mit der detektierten Fehlzündung verbunden ist, einen vorhergehenden Ruck, der mit einem vorhergehenden Zündungsereignis, das der Fehlzündung vorausgeht, verbunden ist, und einen ersten, zweiten sowie dritten nachfolgenden Ruck ermittelt, die jeweils mit einem ersten, zweiten und dritten nachfolgenden Zündungsereignis verbunden sind, die der detektierten Fehlzündung nachfolgen und in einer Zündreihenfolge aufeinander folgen.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) ermittelt, dass Bedingungen für ein Kurbelwellenmuster erfüllt sind, wenn eine erste Ruckbedingung und/oder eine zweite Ruckbedingung erfüllt sind und eine einzelne Fehlzündung während eines Motorzyklus detektiert wird, welcher der detektierten Fehlzündung entspricht, und wobei die erste Ruckbedingung erfüllt ist, wenn eine erste Differenz zwischen dem zweiten nachfolgenden Ruck und dem ersten nachfolgendem Ruck größer als ein erster Ruckschwellenwert ist, und wobei die zweite Ruckbedingung erfüllt ist, wenn eine zweite Differenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck kleiner als ein zweiter Ruckschwellenwert ist.
Steuersystem nach Anspruch 2, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) einen Zähler für ein erkanntes Muster erhöht, wenn die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster erfüllt sind, eine dritte Ruckbedingung erfüllt ist und eine vierte Ruckbedingung erfüllt ist, wobei die dritte Ruckbedingung erfüllt ist, wenn der Fehlzündungsruck größer als der vorhergehende Ruck ist und wobei die vierte Ruckbedingung erfüllt ist, wenn eine Absolutdifferenz zwischen dem dritten nachfolgenden Ruck und dem zweiten nachfolgenden Ruck kleiner als ein dritter Ruckschwellenwert ist.
Steuersystem nach Anspruch 3, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) einen Zähler für ein nicht erkanntes Muster erhöht, wenn die Bedingungen für das Kurbelwellenmuster erfüllt sind und die dritte Ruckbedingung und/oder die vierte Ruckbedingung nicht erfüllt sind.
Steuersystem nach Anspruch 4, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) selektiv bestätigt, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn der Motor (104) eine vorbestimmte Anzahl von Motorzyklen abgeschlossen hat.
Steuersystem nach Anspruch 5, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) basierend auf dem Zähler für das erkannte Muster und auf dem Zähler für das nicht erkannte Muster selektiv bestätigt, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist.
Steuersystem nach Anspruch 6, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) bestätigt, dass die detektierte Fehlzündung gültig ist, wenn die detektierte Fehlzündung zufällig ist und ein Verhältnis des Zählers für das nicht erkannte Muster zu dem Zähler für das erkannte Muster kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert oder diesem gleich ist.
Steuersystem nach Anspruch 7, wobei das Fehlzündungsbestätigungsmodul (206) ermittelt, dass die detektierte Fehlzündung zufällig ist, wenn die detektierte Fehlzündung mit mehr als einem Zylinder des Motors (104) verbunden ist.