DE102019100041A1

DE102019100041A1 - Systeme und verfahren zur rationalitätsprüfung eines verbrennungsmotorklopfsensors

Info

Publication number: DE102019100041A1
Application number: DE102019100041.6A
Authority: DE
Inventors: Aed Dudar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2019-01-02
Publication date: 2019-07-11
Also published as: US10323618B1; US20190211796A1; CN110006586A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Rationalisieren eines Verbrennungsmotorklopfsensors bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren als Antwort auf eine Angabe eines Klopfereignisses das Korrelieren einer Ausgabe des Verbrennungsmotorklopfsensors mit einer Ausgabe eines bordeigenen Mikrofons beinhalten, um Beeinträchtigung des Verbrennungsmotorklopfsensors zu bestimmen. Durch Rationalisieren des Verbrennungsmotorklopfsensors gegenüber einem anderen bordeigenen Sensor (z. B. dem bordeigenen Mikrofon) kann die Diagnosegenauigkeit erhöht werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Bestimmen von Klopfsensorbeeinträchtigung.
Allgemeiner Stand der Technik
Verbrennungsmotorklopfen wird durch spontane Verbrennung eines Luft-/Kraftstoffgemischs in einem Verbrennungsmotorzylinder (z. B. Brennkammer) außerhalb einer) außerhalb einer Verbrennung vor einem Zündereignis (z. B. von einer Zündkerze) verursacht. Als ein Beispiel kann Kohlenstoffansammlung innerhalb des Zylinders ein Verdichtungsverhältnis des Zylinders erhöhen, was zu einer erhöhten Anfälligkeit für Klopfen führt. Ein Klopfsensor kann verwendet werden, um Klopfen zu identifizieren, sodass eine Verbrennungsmotorsteuerung verschiedene Strategien anwenden kann, um Klopfen abzuschwächen, zum Beispiel durch Einstellen (z. B. Verzögern) eines Zündzeitpunktes. Der Klopfsensor kann zum Beispiel eine passive piezoelektrische Vorrichtung sein, die als Antwort auf eine empfangene Schallschwingung eine Spannung ausgibt. Eine Klopfsensorausgabe mit hoher Amplitude in einem Klopffrequenzband kann ein Klopfereignis angeben. Da jedoch Strategien zum Reduzieren von Verbrennungsmotorklopfen die Verbrennungsmotorleistung beeinträchtigen, die Kraftstoffeffizienz reduzieren und Emissionen erhöhen können, kann eine Rationalitätsprüfung des Klopfsensors angewandt werden, um sicherzustellen, dass Klopfreduzierungsstrategien nicht in Abwesenheit eines Klopfereignisses, wie zum Beispiel aufgrund von falscher Klopferfassung durch den Klopfsensor, eingesetzt werden.
Andere Versuche für ein Herangehen an eine Rationalitätsprüfung für Klopfsensoren beinhalten das Bestimmen von Klopfsensorbeeinträchtigung auf Grundlage der Sensorausgabe während des Verbrennungsmotorbetriebs. Ein beispielhafter Ansatz wird von Hernandez et al. in U.S. 7,222,607 B2 gezeigt. Darin wird eine Klopfenergie eines Klopfsensors berechnet und ein Klopfsensorfehler bestimmt, falls die Klopfenergie unter einem experimentell bestimmten Schwellenwert liegt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. Als ein Beispiel kann die Rationalisierung des Klopfsensors ausschließlich unter Verwendung von Ausgabe von dem Klopfsensor selbst eine geringe Diagnosegenauigkeit aufweisen. Zum Beispiel kann die Energie der Klopfsensorausgabe unter bestimmten Bedingungen unter einem Schwellenwert liegen, obwohl der Klopfsensor nicht beeinträchtigt ist. Als ein Beispiel kann die Klopfsensorausgabe während einer Leerlaufabschaltung eines Fahrzeugs oder während eines elektrischen Betriebsmodus eines Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle - HEV) bei oder nahe null liegen. Unter diesen Bedingungen können frühere Herangehensweisen zu einer falschen Diagnose des Klopfsensors führen. Als ein anderes Beispiel kann beim Vergleichen der Klopfenergie mit dem experimentell bestimmten Schwelenwert ein echtes Klopfereignis nicht von einem falsch erfassten Klopfereignis unterschieden werden, da der beeinträchtigte Klopf sensor eine Klopfenergie aufweisen kann, die höher als der Schwellenwert ist, auch bei nicht vorhandenem Klopfen.
Kurzdarstellung
In einem In einem Beispiel können die zuvor beschriebenen Probleme durch ein Verfahren angegangen werden, umfassend: als Antwort auf eine Angabe eines Klopfereignisses von einem Klopfsensor, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist, der ein Fahrzeug antreibt, Korrelieren von Ausgabe des Klopfsensors mit Ausgabe von einem Mikrofon an Bord des Fahrzeugs, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Klopfsensor gegenüber einem anderen bordeigenen Sensor rationalisiert werden, wodurch die Diagnosegenauigkeit erhöht wird.
Als ein Beispiel beinhaltet das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons das Erzeugen einer Frequenzantwort von jeder von der Klopfsensorausgabe und der Mikrofonausgabe während des Klopfereignisses. Der Klopfsensor wird als Antwort darauf als rational bestimmt, dass eine dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit einer dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt und der Klopfsensor wird als Antwort darauf als beeinträchtigt bestimmt, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort nicht mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt. Als ein Ergebnis kann ein erfasstes Klopfereignis unter Verwendung eines bordeigenen Sensors bestätigt werden, wodurch angegeben wird, dass das erfasste Klopfereignis ein echtes Klopfereignis ist und der Klopfsensor rational ist. Wenn das erfasste Klopfereignis nicht bestätigt wird, kann bestimmt werden, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist und sogar bei Nichtvorhandensein eines echten Klopfereignisses Klopfen erfasst. Auf diese Weise werden Klopfreduzierungsstrategien, darunter Spätzündung, bei Nichtvorhandensein eines durch einen rationalen Klopfsensor erfassten echten Klopfereignisses nicht eingesetzt, wodurch beeinträchtigte Verbrennungsmotorleistung, reduzierte Kraftstoffeffizienz und erhöhte Emissionen vermieden werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung näher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die oben oder in einem beliebigen Teil der vorliegenden Offenbarung angeführte Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugsystems.
2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Durchführen einer Rationalitätsprüfung für einen Klopfsensor eines Verbrennungsmotors unter Verwendung von Ausgabe von einem bordeigenen Mikrofon.
3 veranschaulicht schematisch ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungsalgorithmus zum Vergleichen einer Frequenzantwort eines Klopfsensors mit einer Frequenzantwort eines bordeigenen Mikrofons, um Klopfsensorbeeinträchtigung zu bestimmen.
4A veranschaulicht eine prognostische beispielhafte Zeitachse zum Durchführen einer Rationalitätsprüfung für einen Klopfsensor eines Verbrennungsmotors.
4B und 4C zeigen Frequenzdomänenbeispiele für ausgewählte Signale von der Zeitachse aus 4A.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Durchführen einer Rationalitätsprüfung eines Klopfsensors in einem Verbrennungsmotorsystem, wie etwa dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotorsystem. Zum Beispiel kann Klopfsensorbeeinträchtigung bestimmt werden, indem eine Frequenzantwort des Klopfsensors mit einer zeitlich abgestimmten Frequenzantwort eines bordeigenen Mikrofons verglichen wird, wie zum Beispiel gemäß dem beispielhaften Verfahren aus 2 und unter Anwendung des beispielhaften Signalverarbeitungsalgorithmus, der in 3 veranschaulicht ist. Der Zündzeitpunkt kann als Antwort auf Klopferfassung eingestellt werden, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor rational ist (z. B. ein erfasstes Klopfereignis ein echtes Klopfereignis ist), aber nicht, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist (z. B. das erfasste Klopfereignis ein falsches Klopfereignis ist), wie in 4 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf die Figuren stellt 1 ein Beispiel für einen Zylinder 14 eines Verbrennungsmotors 10 dar, der in einem Fahrzeug 5 enthalten sein kann. Der Verbrennungsmotor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingaben von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (hier auch „Brennkammer“) 14 des Verbrennungsmotors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann so an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 gekoppelt sein, wie nachfolgend näher beschrieben. Ferner kann ein Anlasser (nicht dargestellt) über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug mit nur einem Verbrennungsmotor oder um ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Verbrennungsmotor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Elektromotor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Verbrennungsmotors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln.
Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, darunter als ein Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug. In Ausführungsformen als Elektrofahrzeug kann eine Systembatterie 58 eine Traktionsbatterie sein, die der elektrischen Maschine 52 elektrische Leistung zuführt, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kann die elektrische Maschine 52 zudem als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Laden der Systembatterie 58 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Systembatterie 58 in anderen Ausführungsformen einschließlich Ausführungsformen als Nicht-Elektrofahrzeug eine typische Starter-, Licht- und Zündungsbatterie (starting, lighting, ignition battery - SLI-Batterie) sein kann, die an eine Lichtmaschine 46 gekoppelt ist.
Die Lichtmaschine 46 kann dazu konfiguriert sein, die Systembatterie 58 unter Verwendung von Verbrennungsmotordrehmoment über die Kurbelwelle 140 bei laufendem Verbrennungsmotor zu laden. Zusätzlich kann die Lichtmaschine 46 ein oder mehrere elektrische Systeme des Verbrennungsmotors, wie etwa ein oder mehrere Hilfssysteme, zu denen ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HLK-)System, Fahrzeugleuchten, ein bordeigenes Unterhaltungssystem und andere Hilfssysteme gehören können, auf Grundlage ihrer elektrischen Bedarfe mit Leistung versorgen. In einem Beispiel kann ein an der Lichtmaschine entnommener Strom auf Grundlage von jedem von einem Kabinenkühlbedarf durch den Fahrzeugführer, einer Batterieladeanforderung, Bedarfen von anderen Hilfsfahrzeugsystemen und Elektromotordrehmoment kontinuierlich variieren. Ein Spannungsregler kann an die Lichtmaschine 46 gekoppelt sein, um die Leistungsausgabe der Lichtmaschine auf Grundlage von Systemnutzungsanforderungen, einschließlich Hilfssystembedarfen, zu regulieren.
Der Zylinder 14 des Verbrennungsmotors 10 kann über eine Reihe von Ansaugkanälen 142 und 144 und einen Ansaugkrümmer 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugkrümmer 146 kann neben dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 in Verbindung stehen. Einer oder mehrere der Ansaugkanäle können eine oder mehrere Aufladungsvorrichtungen, wie z. B. einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Beispielsweise ist der Verbrennungsmotor 10 in 1 mit einem Turbolader ausgelegt, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 135 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 durch die Abgasturbine 176 angetrieben werden, wenn die Aufladevorrichtung als ein Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Verbrennungsmotor 10 mit einem Kompressor versehen ist, kann der Verdichter 174 jedoch durch Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden und kann die Abgasturbine 176 gegebenenfalls entfallen. In wieder anderen Beispielen kann der Verbrennungsmotor 10 mit einem elektrischen Kompressor (z. B. einem „eBooster“) versehen sein und kann der Verdichter 174 durch einen Elektromotor angetrieben werden.
Eine Drossel 162, einschließlich einer Drosselklappe 164, kann in den Verbrennungsmotoransaugkanälen bereitgestellt sein, um die Strömungsrate und/oder den Druck der Ansaugluft, die den Verbrennungsmotorzylindern bereitgestellt wird, zu variieren. Beispielsweise kann die Drossel 162 nachgelagert zum Verdichter 174 positioniert sein, wie in 1 dargestellt, oder sie kann alternativ dazu vorgelagert zum Verdichter 174 bereitgestellt sein.
Ein Abgaskrümmer 148 kann neben dem Zylinder 14 Abgase von anderen Zylindern des Verbrennungsmotors 10 aufnehmen. Ein Abgassensor 126 ist an den Abgaskrümmer 148 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 gekoppelt gezeigt. Der Abgassensor 126 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air/fuel ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde, einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. In dem Beispiel von 1 ist der Abgassensor 126 eine UEGO-Sonde. Bei der Emissionssteuervorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon handeln. In dem Beispiel von 1 ist die Emissionssteuervorrichtung 178 ein Dreiwegekatalysator.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. Zum Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die in einer oberen Region des Zylinders 14 angeordnet sind, beinhaltet. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einer oberen Region des Zylinders angeordnet sind. Das Einlassventil 150 kann über einen Aktor 152 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Gleichermaßen kann das Auslassventil 156 über einen Aktor 154 durch die Steuerung 12 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen des Einlass- bzw. Auslassventils zu steuern. Die Ventilaktoren können einer Art mit elektrischer Ventilbetätigung, einer Art mit Nockenbetätigung oder einer Kombination daraus angehören. Die Ansteuerung des Einlass- und Auslassventils kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockenansteuerung, zur variablen Auslassnockenansteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockenansteuerung oder zur festen Nockenansteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere aus Systemen zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs verwenden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, einschließlich CPS und/oder VCT, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, bei dem es sich um ein Verhältnis von Volumina handelt, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt (UT) oder oberen Totpunkt (OT) befindet. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis in dem Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein, wenn andere Kraftstoffe verwendet werden. Hierzu kann es zum Beispiel kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Wenn eine Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Verbrennungsmotorklopfen ebenfalls erhöht sein.
Jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 kann eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 als Antwort auf ein Vorzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 bei ausgewählten Betriebsmodi über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage der Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen und des Fahrerdrehmomentbedarfs eingestellt werden. Zum Beispiel kann Zündung bei einem Zeitpunkt mit maximalem Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, einschließlich Verbrennungsmotordrehzahl und Verbrennungsmotorlast, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen ausgeben. In anderen Beispielen kann die Zündung von dem MBT nach spät verstellt werden, um das Aufwärmen des Katalysators während des Verbrennungsmotorstarts zu beschleunigen oder ein Auftreten von Verbrennungsmotorklopfen zu reduzieren.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 14 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 beinhaltet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, aus einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff zuzuführen. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler beinhalten. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt ist, um Kraftstoff proportional zu einer Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Art und Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Während die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in 1 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert gezeigt ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann die Mischung und Verbrennung verbessern, wenn der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um die Mischung zu verbessern. Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
In einem alternativen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in einer Konfiguration, die sogenannte Kraftstoffeinspritzung mit einer Düse pro Einlasskanal (im Folgenden auch als „PFI“ (port fuel injection) bezeichnet) in einen Einlasskanal stromaufwärts von dem Zylinder 14 bereitstellt, in einem Ansaugkanal angeordnet sein, anstatt direkt an den Zylinder 14 gekoppelt zu sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 mehrere Einspritzvorrichtungen beinhalten, die als Direktkraftstoffeinspritzvorrichtungen, Einlasskanalkraftstoffeinspritzvorrichtungen oder eine Kombination daraus konfiguriert sein können. Demnach versteht es sich, dass die hier beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die hier beispielhaft beschriebenen konkreten Auslegungen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sein sollen.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, unterschiedliche Kraftstoffe aus dem Kraftstoffsystem 8 in variierenden relativen Mengen als ein Kraftstoffgemisch aufzunehmen, und sie kann ferner dazu konfiguriert sein, dieses Kraftstoffgemisch direkt in den Zylinder 14 einzuspritzen. Ferner kann dem Zylinder 14 während unterschiedlicher Takte eines einzelnen Zyklus des Zylinders Kraftstoff zugeführt werden. Zum Beispiel kann direkt eingespritzter Kraftstoff mindestens teilweise während eines vorherigen Ausstoßtakts, während eines Ansaugtakts und/oder während eines Verdichtungstakts zugeführt werden. Demnach können für ein einziges Verbrennungsereignis eine oder mehrere Einspritzungen von Kraftstoff pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination daraus durchgeführt werden, was als geteilte Kraftstoffeinspritzung bezeichnet wird.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Zu den Unterschieden können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Wassergehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. gehören. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlichen Verdampfungswärmen beinhaltet Benzin als erste Kraftstoffart mit einer niedrigeren Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit einer höheren Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Zu weiteren möglichen Stoffen gehören Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. In noch einem anderen Beispiel kann es sich ferner bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierenden Alkoholzusammensetzungen handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Zusätzlich können sich der erste und der zweite Kraftstoff zudem in Bezug auf weitere Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie etwa einen Unterschied bei der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. aufweisen. Überdies können die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig variieren, z. B. aufgrund täglicher Variationen beim Tanken.
Der Verbrennungsmotor 10 kann ferner einen oder mehrere Klopfsensoren umfassen, die zum Erkennen anormaler Zylinderverbrennungsereignisse an jeden Zylinder 14 gekoppelt sind, wie zum Beispiel den Klopfsensor 137, der in 1 gezeigt ist. In anderen Beispielen können ein oder mehrere Klopfsensoren an ausgewählte Stellen des Verbrennungsmotorblocks gekoppelt sein. In einigen Beispielen kann der Klopfsensor 137 ein Beschleunigungsmesser sein, der an den Zylinderblock gekoppelt ist. In anderen Beispielen kann der Klopfsensor 137 ein Ionisierungssensor sein, der in der Zündkerze jedes Zylinders ausgelegt ist. Die Ausgabe des Klopfsensors 137 kann verwendet werden, um ein anormales Verbrennungsereignis in dem Zylinder 14 und dem Rest der Zylinder, die in dem Verbrennungsmotor 10 enthalten sind, anzuzeigen. In einem Beispiel lässt sich eine anormale Verbrennung aufgrund von einem oder mehreren aus Klopfen und Frühzündung auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors 137 in einem oder mehreren definierten Fenstern (z. B. Kurbelwellenwinkel-Ansteuerungsfenster) erkannt und voneinander unterschieden werden. Beispielsweise kann Klopfen als Antwort darauf erkannt werden, dass eine Klopfsensorausgabe, die in einem Klopffenster erhalten wird, über einem Klopfschwellenwert liegt, während eine Frühzündung als Antwort darauf erkannt werden kann, dass eine Klopfsensorausgabe, die in einem Frühzündungsfenster erhalten wird, über einem Frühzündungsschwellenwert liegt. Der Frühzündungsschwellenwert kann über dem Klopfschwellenwert liegen und das Frühzündungsfenster kann z. B. früher als das Klopffenster sein. In einigen Beispielen kann die Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe eines Kurbelwellenbeschleunigungssensors kombiniert werden, um eines oder mehrere von Klopfen und Frühzündung zu identifizieren.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingabe-/Ausgabeanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Festwertspeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich bereits erörterter Signale und weiterhin einschließlich einer Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 122; einer Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 135 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; eines Drosselstellungssignals (Throttle Position - TP) von einem Drosselstellungssensor; eines UEGO-Signals von einem Abgassensor 126, das durch die Steuerung 12 zum Bestimmen des LKV des Abgases verwendet werden kann; eines Klopfsignals von dem Klopfsensor 137 und eines Absolutkrümmerdrucksignals (Absolute Manifold Pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Verbrennungsmotordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Verbrennungsmotortemperatur auf Grundlage der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung 178 auf Grundlage des von dem Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten.
Ferner kann die Steuerung 12 Signale von einem bordeigenen Mikrofon 195 empfangen, das innerhalb des Fahrzeugs 5 gekoppelt ist. Zum Beispiel kann das bordeigene Mikrofon 195 verwendet werden, um einen Geräuschpegel und/oder Frequenz verschiedener Geräusche in dem und um das Fahrzeug 5 herum zu bestimmen, darunter Umgebungsgeräusche, Sprachbefehle, Verbrennungsmotorgeräusche usw. In einigen Beispielen kann sich das bordeigene Mikrofon 195 in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs 5 befinden, wie zum Beispiel auf einem Armaturenbrett des Fahrzeugs, und kann zur Eingabe von Sprachbefehlen von dem Fahrzeugführer, für freihändige Telefongespräche usw. verwendet werden. In anderen Beispielen kann sich das bordeigene Mikrofon 195 extern befinden, wie zum Beispiel an einer Außenfläche des Fahrzeugs 5 angebracht sein (z. B. an einer Windschutzscheibe oder Motorhaube) und kann zur Navigation und zum Ausweichen von Hindernissen auf Grundlage von Umgebungsgeräuschen aus der Umgebung des Fahrzeugs 5 verwendet werden. In noch anderen Beispielen kann das bordeigene Mikrofon 195 in einem Motorraum des Fahrzeugs 5 verwendet werden. In jedem Beispiel überträgt das bordeigene Mikrofon 195 ein Ausgabesignal entsprechend Schalldruckschwankungen von den verschiedenen Quellen (z. B. dem Fahrzeugführer, dem Verbrennungsmotor und der Fahrzeugumgebung). Die Steuerung 12 kann Geräusche von den verschiedenen Quellen auf Grundlage der Frequenz der Ausgabe unterscheiden, wie nachfolgend weiter beschrieben.
Die Steuerung 12 empfängt Signale von den unterschiedlichen Sensoren aus 1, verarbeitet die empfangenen Signale und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 (z. B. Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 und Zündkerze 192) ein, um den Verbrennungsmotorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Arbeitsspeicher der Steuerung gespeichert sind, anzupassen. Zum Beispiel kann die Steuerung eine Angabe von Klopfen von dem Klopfsensor 137 und Schallmessungen von dem bordeigenen Mikrofon 195 empfangen, die empfangenen Signale umwandeln und/oder filtern und bestimmen, ob der Klopfsensor 137 rational ist, wie zum Beispiel gemäß der Routine aus 2. Wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor 137 rational ist, kann das Auftreten von Klopfen als echtes Klopfen bestätigt werden und kann die Steuerung 12 den Verbrennungsmotorbetrieb einstellen, um weiteres Auftreten von Klopfen einzuschränken, wie zum Beispiel durch Einstellen eines Zündzeitpunktes der Zündkerze 192, wie nachfolgend weiter beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylinderverbrennungsmotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 10 jede geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und dargestellt sind.
Als nächstes zeigt 2 ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Durchführen einer Rationalitätsprüfung für einen Klopfsensor in einem Verbrennungsmotorsystem, das in einem Fahrzeug enthalten sein kann. Zum Beispiel beinhaltet das Verfahren das Bestimmen, ob ein durch den Klopfsensor erfasstes Klopfereignis aufgetreten ist (z. B. echte Klopferfassung) oder nicht (z. B. falsche Klopferfassung), indem eine Ausgabe des Klopfsensors mit einer Ausgabe eines bordeigenen Mikrofons korreliert wird. Wenn das durch den Klopfsensor erfasste Klopfereignis durch das bordeigene Mikrofon bestätigt wird, kann bestimmt werden, dass der Klopfsensor rational ist und der Verbrennungsmotorbetrieb kann eingestellt werden, um Klopfen einzuschränken. Wenn das durch den Klopfsensor erfasste Klopfereignis durch das bordeigene Mikrofon nicht bestätigt wird, kann bestimmt werden, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist und der Verbrennungsmotorbetrieb kann nicht eingestellt werden, um Klopfen einzuschränken. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 200 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Verbrennungsmotorsystems, wie etwa den vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen Sensoren (z. B. dem Klopfsensor 137 und dem bordeigenen Mikrofon 195 aus 1), empfangen werden, ausgeführt werden. Die Steuerung kann Verbrennungsmotoraktoren des Verbrennungsmotorsystems (z. B. die Zündkerze 192 aus 1) einsetzen, um den Verbrennungsmotorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Das Verfahren 200 beginnt bei 202 und beinhaltet Schätzen und/oder Messen von Betriebsbedingungen. Die Betriebsbedingungen können unter anderem Verbrennungsmotordrehzahl, Verbrennungsmotorlast, Drehmomentbedarf des Fahrers (zum Beispiel basierend auf einer Ausgabe eines Pedalstellungssensors, der an ein Bedienerpedal gekoppelt ist), Kurbelwellenwinkel, Verbrennungsmotortemperatur, Kraftstoffoktanzahl von in einem Kraftstofftank verfügbarem Kraftstoff, Verbrennungsmotorschwingungsniveau (z. B. wie durch den Klopfsensor erfasst) und Zündzeitpunkt beinhalten. Die Verbrennungsmotordrehzahl und der Kurbelwellenwinkel können auf Grundlage einer Ausgabe des Signals PIP durch einen Hall-Effekt-Sensor (z. B. den Hall-Effekt-Sensor 120 aus 1) bestimmt werden. Die Verbrennungsmotorlast kann auf Grundlage einer Messung des MAF von einem MAF-Sensor (z. B. dem MAF-Sensor 122 aus 1) bestimmt werden. Die Betriebsbedingungen können ferner Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Umgebungsdruckdruck und Umgebungsgeräusche beinhalten. Die Umgebungsgeräusche können sich auf Schalldruckschwankungen beziehen, die von dem bordeigenen Mikrofon gemessen werden, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist (z. B. im Ruhezustand, ohne dass Verbrennung in Verbrennungsmotorzylindern stattfindet). Zum Beispiel können die Umgebungsgeräusche durch das bordeigene Mikrofon vor einem Verbrennungsmotorstartereignis oder während eines Nachlaufzeitraums (in dem sowohl der Verbrennungsmotor als auch das Fahrzeug ausgeschaltet sind, mit einem Zündschalter in der „Aus“-Position) gemessen und in einem Speicher der Steuerung gespeichert werden. Ferner kann ein geographischer Standort, an dem die Umgebungsgeräusche erhalten werden, gespeichert werden, zum Beispiel als Metadaten. Der geographische Standort kann unter Verwendung eines bordeigenen Navigationssystems bestimmt werden, wie zum Beispiel einem globalen Positionierungssystem.
Bei 204 wird bestimmt, ob Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors erfüllt sind. Als ein Beispiel können die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors eine Schwellendauer beinhalten, die vergangen ist, seitdem der Klopfsensor das letzte Mal rationalisiert wurde. Die Schwellendauer kann eine zuvor festgelegte Zeitdauer sein, wie zum Beispiel Tage oder Wochen. Als ein anderes Beispiel können die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors beinhalten, dass die Rationalitätsprüfung für einen Klopfsensor zuvor während des aktuellen Antriebszyklus nicht durchgeführt worden ist (z. B. seit dem jüngsten Fahrzeugzündschlüsseleinschaltereignis). Als noch ein anderes Beispiel können die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors eine Angabe beinhalten, dass Fahrbarkeitsprobleme, wie zum Beispiel Verbrennungsmotorfehlzündung und Verbrennungsmotorverzögerung, aufgetreten sind. Die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors können ferner ein Nichtvorhandensein einer Angabe beinhalten, dass das bordeigene Mikrofon beeinträchtigt ist. In einigen Beispielen können die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors zusätzlich oder alternativ beinhalten, dass das Fahrzeug in einer Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen arbeitet, insbesondere, wenn die Verwendung von Frequenzfiltern in dem Verfahren 200 nicht enthalten ist, wie nachfolgend weiter beschrieben wird. In anderen Beispielen, wenn die Verwendung von Frequenzfiltern entsprechend Umgebungsgeräuschsubtraktion in dem Verfahren 200 enthalten sind, können die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors ferner beinhalten, dass sich das Fahrzeug im Wesentlichen an demselben geographischen Standort befindet (z. B. innerhalb eines Schwellenabstands wie zum Beispiel 0,25 Meilen), an dem die Umgebungsgeräusche gemessen wurden (z. B. wie bei 202 gemessen).
Wenn die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors nicht erfüllt sind, geht das Verfahren 200 zu 206 über und beinhaltet ein Nichtdurchführen der Rationalitätsprüfung des Klopfsensors. Zum Beispiel kann die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors nicht durchgeführt werden, wenn die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors nicht erfüllt sind, um die Genauigkeit des Ergebnisses zu erhöhen. Ohne Durchführen der Rationalitätsprüfung kann nicht bestimmt werden, ob der Klopfsensor beeinträchtigt ist. Daher kann angenommen werden, dass der Klopfsensor rational ist und der Zündzeitpunkt kann als Antwort auf Klopferfassung durch den Klopfsensor eingestellt werden, wie nachfolgend bei 222 beschrieben wird.
Wenn die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors erfüllt sind, geht das Verfahren 200 zu 208 über und beinhaltet das Bestimmen, ob Klopfen erfasst wird. Wie in Bezug auf 1 beschrieben, kann Klopfen auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors erfasst werden, die während eines zuvor festgelegten Klopffensters erhalten wird (z. B. Kurbelwellenzeitfenster, wie zum Beispiel zwischen ungefähr 4° von OT bis ungefähr 70° nach dem OT für einen beispielhaften Verbrennungsmotor). Zum Beispiel kann Klopfen als Antwort darauf angegeben werden, dass die Ausgabe des Klopfsensors einen Klopfschwellenwert innerhalb des Klopfsensors übersteigt. Der Klopfschwellenwert kann sich auf eine Ausgabeamplitude ungleich null beziehen, unter der die Klopfsensorausgabe Verbrennungsmotorschwingungen aufgrund von nominalem Verbrennungsmotorbetrieb entspricht und über der die Klopfsensorausgabe Verbrennungsmotorschwingungen aufgrund von Klopfen entspricht.
Wenn kein Klopfen erfasst wird, geht das Verfahren 200 zu 210 über und beinhaltet das weitere Überwachen von Verbrennungsmotorklopfen über den Klopfsensor. Wenn kein Klopfen erfasst wird, kann der Klopfsensor unter Verwendung des bordeigenen Mikrofons nicht rationalisiert werden. Daher kann die Steuerung die Ausgabe des Klopfsensors weiter mit dem Klopfschwellenwert während des Verbrennungsmotorbetriebs vergleichen, sodass ein Klopfereignis identifiziert werden kann. Das Verfahren 200 kann zu 208 zurückkehren.
Wenn bei 208 Klopfen festgestellt wird, geht das Verfahren 200 zu 212 über und beinhaltet das Umwandeln der Klopfsensorausgabe in die Frequenzdomäne, um eine Klopfsensorfrequenzantwort zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Steuerung eine schnelle Fourier-Transformation (fast Fourier transform - FFT) der während des erfassten Klopfereignisses (z. B. während des Klopffensters) gesammelten Klopfsensorausgabe durchführen. Die FFT identifiziert die Frequenzkomponenten der über das erfasste Klopfereignis durch den Klopfsensor gemessenen Verbrennungsmotorschwingungen, indem die Klopfsensorsignalinformationen in eine Größen- und Phasenkomponente jeder Frequenz umgewandelt werden. In einigen Beispielen kann die FFT ferner in ein Leistungsspektrum umgewandelt werden, in dem eine Größe jeder Frequenzkomponente quadriert wird.
Bei 214 beinhaltet das Verfahren 200 das Umwandeln einer zeitlich ausgerichteten Ausgabe des bordeigenen Mikrofons in die Frequenzdomäne, um eine Mikrofonfrequenzantwort zu erzeugen. Die zeitlich ausgerichtete Ausgabe des bordeigenen Mikrofons bezieht sich auf die durch das Mikrofon während des erfassten Klopfereignisses aufgenommenen Schall schwingungen (z. B. derselbe Zeitraum wie die umgewandelte Klopfsensorausgabe, wie zum Beispiel während des Klopffensters). Zum Beispiel kann die Steuerung eine FFT der über das erfasste Klopfereignis gesammelten Mikrofonausgabe durchführen. Die FFT identifiziert die Frequenzkomponenten der über das erfasste Klopfereignis durch das bordeigene Mikrofon gemessenen Schallschwingungen, indem die Signalinformationen des bordeigenen Mikrofons in eine Größen- und Phasenkomponente jeder Frequenz umgewandelt werden. Ähnlich der Klopfsensorfrequenzantwort kann die FFT des bordeigenen Mikrofons in einigen Beispielen weiter in ein Leistungsspektrum umgewandelt werden. Obwohl die Schallschwingungen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor Geräusche von Nichtverbrennungsmotorgeräuschquellen beinhalten können (z. B. Umgebungsgeräusche aus der Umgebung und Geräusche aus einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs), kann das Erzeugen der Mikrofonfrequenzantwort ermöglichen, dass Schallschwingungen von dem Verbrennungsmotor von denjenigen der Nichtverbrennungsmotorgeräuschquellen unterschieden werden, wie nachfolgend weiter beschrieben wird, insbesondere, wenn die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors nicht beinhalten, dass das Fahrzeug in einer Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen arbeitet.
Bei 216 beinhaltet das Verfahren 200 optional das Entfernen von Umgebungsgeräuschen aus der Mikrofonfrequenzantwort unter Verwendung eines Bandpassfilters und/oder eines Subtraktionsfilters. Als ein Beispiel kann das Entfernen der Umgebungsgeräusche aus der Mikrofonfrequenzantwort das Durchgeben der Mikrofonfrequenzantwort durch einen Bandpassfilter beinhalten, der eine zuvor festgelegte Bandbreite aufweist, die Frequenzen innerhalb einer bekannten (z. B. zuvor festgelegten) zu durchlaufenden Klopffrequenzspanne ermöglicht, während Frequenzen außerhalb der zuvor festgelegten Bandbreite herausgefiltert werden, darunter diej enigen, die Nichtverbrennungsmotorgeräuschquellen entsprechen (z. B. die Umgebungsgeräusche, darunter eine Frequenzspanne, die für Menschen hörbar ist). Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Bandpassfilter Frequenzen in einer Spanne von 4 kHz bis 22 kHz durchlaufen (z. B. werden Frequenzen von weniger als 4 kHz und mehr als 22 kHz herausgefiltert). Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung einen Frequenzsubtraktionsfilter verwenden, um einzelne Frequenzen und/oder ein Frequenzband entsprechend den Umgebungsgeräuschen zu entfernen. Zum Beispiel kann die Steuerung die einzelnen Frequenzen und/oder das Frequenzband entsprechend den Umgebungsgeräuschen von den durch das bordeigene Mikrofon während der Fahrzeugnachlaufzeit vorgenommenen Messungen bestimmen. Auf diese Weise kann die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors auch in Umgebungen mit hohen Umgebungsgeräuschen mit hoher Diagnosegenauigkeit durchgeführt werden.
Bei 218 wird bestimmt, ob dominante Frequenzen der Klopfsensorfrequenzantwort und der (optional gefilterten) Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung eine dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit einer dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort vergleichen, um zu bestimmen, ob die Frequenzen die gleichen sind. Die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort bezieht sich auf die Frequenz, die die höchste Größe in der Klopfsensorfrequenzantwort aufweist und die dominante Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort bezieht sich auf die Frequenz, die die höchste Amplitude in der Mikrofonfrequenzantwort aufweist.
Wenn die dominanten Frequenzen übereinstimmen, geht das Verfahren 200 zu 220 über und beinhaltet das Angeben, dass der Klopfsensor rational ist. Das heißt, dass die durch den Klopfsensor gemessenen Verbrennungsmotorschwingungen mit durch das bordeigene Mikrofon gemessenen Schallschwingungen übereinstimmen, wodurch angegeben wird, dass das durch den Klopfsensor erfasste Klopfereignis echtes Klopfen ist und nicht an Sensorbeeinträchtigung liegt. Das Angeben, dass der Klopfsensor rational (und nicht beeinträchtigt) ist, kann das Setzen eines Flags an der Steuerung beinhalten, um anzugeben, dass die Rationalitätsprüfung durchgeführt wurde und dass der Klopfsensor diese bestanden hat. Ferner kann das Angeben, dass der Klopfsensor rational ist, ferner das Angeben beinhalten, dass das erfasste Klopfereignis ein echtes Klopfereignis ist, wobei das erfasste Klopfereignis auf Grundlage der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons bestätigt worden ist.
Bei 222 beinhaltet das Verfahren 200 das Einstellen des Zündzeitpunkts als Antwort auf Klopfen. Zum Beispiel kann als Antwort auf die Erfassung von Klopfen bei 208 der Zündzeitpunkt von einem ersten Zündzeitpunkt verzögert werden, wobei eine Menge an Zündverzögerung auf Grundlage des ersten Zündzeitpunktes und ferner auf Grundlage der Angabe von Klopfen angewandt wird. Zum Beispiel kann die angewandte Menge an Zündverzögerung erhöht werden, wenn sich ein Klopfvorfall erhöht. Als ein anderes Beispiel kann, wenn der erste Zündzeitpunkt näher an einem Zeitpunkt des maximalen Bremsmoments (Maximum Brake Torque - MBT) liegt, der angewandte Spätzündungsgrad erhöht werden. Der erste Zündzeitpunkt kann ein nominaler Zündzeitpunkt sein, wie zum Beispiel auf Grundlage von zumindest einem von der Verbrennungsmotordrehzahl, der Verbrennungsmotorlast und der Kraftstoffoktanzahl bestimmt, oder kann ein zuvor eingestellter Zündzeitpunkt sein (z. B. als Antwort auf eine vorherige Angabe von Klopfen eingestellt). In einem Beispiel kann der Zündzeitpunkt um 1-2 Kurbelwinkelgrade als Antwort auf die Klopfangabe reduziert werden. Wenn das erfasste Klopfen als ein echtes Klopfereignis angegeben wird, kann der Zündzeitpunkt von dem ersten Zündzeitpunkt verzögert bleiben. Ferner kann der Zündzeitpunkt als Antwort auf Klopfen während anschließender Klopfereignisse eingestellt werden, während angegeben wird, dass der Klopfsensor rational ist (z. B. keine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben ist). Im Anschluss an 222 endet das Verfahren 200.
Wenn die dominanten Frequenzen der Klopfsensorfrequenzantwort und der Mikrofonfrequenzantwort bei 218 nicht übereinstimmen, geht das Verfahren 200 zu 224 über und beinhaltet das Angeben von Klopfsensorbeeinträchtigung. Zum Beispiel geht das Verfahren 200 als Antwort auf eine Nichtübereinstimmung der dominanten Frequenzen bei 218 zu 224 über. Das heißt, dass die durch den Klopfsensor gemessenen Verbrennungsmotorschwingungen nicht mit durch das bordeigene Mikrofon gemessenen Schallschwingungen korrelieren, wodurch angegeben wird, dass das durch den Klopfsensor erfasste Klopfereignis nicht aufgetreten ist (z. B. ein falsches Klopfereignis ist) und eine Folge von Sensorbeeinträchtigung sein kann. Das Angeben von Klopfsensorbeeinträchtigung kann das Einstellen eines entsprechenden Diagnosefehlercodes (diagnostic trouble code - DTC) an der Steuerung beinhalten. Das Angeben von Klopfsensorbeeinträchtigung kann zum Beispiel ferner das Aufleuchten einer Störungsanzeigeleuchte (malfunction indicator lamp - MIIL) an einem Armaturenbrett des Fahrzeugs beinhalten, um den Fahrzeugführer zu benachrichtigen, das Fahrzeug zu warten.
Bei 226 beinhaltet das Verfahren 200 das Nichteinstellen des Zündzeitpunkts als Antwort auf durch den Klopfsensor erfasstes Klopfen. Zum Beispiel kann der Klopfsensor bei beeinträchtigtem Klopfsensor (z. B. irrational) ein Klopfereignis angeben, wenn kein Klopfen vorhanden ist (z. B. ein falsches Klopfereignis erfasst wird). Ferner kann die Steuerung den aktuellen Zündzeitpunkt neu einstellen. Zum Beispiel kann, da das Verfahren 200 das Verarbeiten von im Laufe der Zeit gesammelten Signalen beinhaltet, der Zündzeitpunkt als Antwort auf das Erfassen von Klopfen bei 208 vor der Angabe, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist (z. B. bei 224) von dem ersten Zündzeitpunkt verzögert werden. Daher kann der Zündzeitpunkt eine entsprechende Anzahl an Graden vorgeschoben werden, wie zum Beispiel zu dem ersten Zündzeitpunkt zurückgekehrt. Im Anschluss an 226 endet das Verfahren 200.
In einigen Beispielen kann das Verfahren 200 vor der Angabe von Klopfsensorbeeinträchtigung bei 224 ferner beinhalten, zuerst das Mikrofon zu rationalisieren. Zum Beispiel kann das Mikrofon rationalisiert werden, indem der Zündzeitpunkt verändert wird und Änderungen in den Antworten des Mikrofons und des Klopfsensors beobachtet werden. Als ein Beispiel kann der Zündzeitpunkt eine zuvor festgelegte Menge, von der erwartet wird, dass sie Klopfen induziert, vorgeschoben werden, wenn der Klopfsensor Klopfen angibt und das Mikrofon nicht (z. B. bei 218 die dominanten Frequenzen der Klopfsensorfrequenzantwort und der Mikrofonfrequenzantwort nicht übereinstimmen). Wenn das Mikrofon als Antwort auf den vorgeschobenen, Klopfen induzierenden Zündzeitpunkt immer noch kein Klopfen erfasst, kann angenommen werden, dass das Mikrofon beeinträchtigt ist und dass der Klopfsensor rational ist (z. B. Verfahren 200 geht zu 220 über). Als ein anderes Beispiel kann der Zündzeitpunkt verzögert werden, um Klopfen als Antwort darauf zu verhindern, dass die dominanten Frequenzen bei 218 nicht übereinstimmen. Wenn der Klopfsensor immer noch Klopfen erfasst, auch nachdem der Zündzeitpunkt verzögert ist, kann bestätigt werden, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist (z. B. Verfahren 200 geht zu 224 über). Als noch ein anderes Beispiel kann die Steuerung eine Reihe an Zündzeitpunkteinstellungen durchführen, wobei der Zündzeitpunkt innerhalb der Reihe sowohl vorgeschoben als auch verzögert wird, als Antwort darauf, dass die dominanten Frequenzen bei 218 nicht übereinstimmen, die Frequenzantworten des Klopfsensors und des Mikrofons während jeder Zündzeitpunkteinstellung analysieren und Logikregeln verwenden, um die Rationalität des Mikrofons und/oder des Klopfsensors zu bestimmen. In einem alternativen Beispiel kann das Mikrofon außerhalb des Verfahrens 200 rationalisiert werden, wie zum Beispiel durch Messen von Geräuschen, die durch ein bordeigenes Infotainment-System erzeugt werden.
Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt als Antwort auf jede von der Ausgabe des Klopfsensors (z. B. zum Erfassen des Klopfereignisses bei 208) und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons (z. B. zum Bestimmen eines Zustands des Klopfsensors) eingestellt. Zum Beispiel kann der Zündzeitpunkt anfangs als Antwort auf eine Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor verzögert werden. Wenn bestimmt wird, dass sich der Klopfsensor in einem rationalen Zustand befindet, kann der verzögerte Zündzeitpunkt beibehalten werden. Ferner kann der Zündzeitpunkt anfangs als Antwort auf anschließende Erfassungen von Klopfen durch den Klopfsensor verzögert werden. Durch Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf eine Angabe von Klopfen, wenn sich der Klopfdetektor in dem rationalen Zustand befindet, können Zylinderinnendrücke abnehmen, wodurch die Neigung zu weiterem Klopfen und daraus resultierender Verbrennungsmotorbeeinträchtigung abnimmt. Wenn bestimmt wird, dass sich der Klopfsensor in einem beeinträchtigten Zustand befindet, kann der verzögerte Zündzeitpunkt zu dem vorherigen Zündzeitpunkt rückgängig gemacht werden. Ferner kann der Zündzeitpunkt anfangs als Antwort auf die anschließenden Erfassungen von Klopfen durch den Klopfsensor nicht verzögert werden. Indem der Zündzeitpunkt nicht eingestellt wird, wenn der beeinträchtigte Klopfsensor Klopfen erfasst, können reduzierte Verbrennungsmotorleistung, reduzierte Kraftstoffeffizienz und erhöhte Emissionen, die sich durch das Verzögern des Zündzeitpunktes bei Nichtvorhandensein von Klopfen ergeben, vermieden werden.
Somit kann das Verfahren in einem Beispiel das Bestimmen eines rationalen Zustands eines Klopfsensors und als Antwort darauf das Einstellen eines Zündzeitpunktes als Antwort auf eine Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor; und das Bestimmen eines beeinträchtigten Zustands des Klopfsensor (bei dem es sich nicht um den rationalen Zustand handeln kann) und als Antwort darauf das Nichteinstellen (z. B. Beibehalten) des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor beinhalten. In einigen Beispielen findet das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor bei oder während einer Angabe des rationalen Zustands statt und findet das Beibehalten des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor statt, während die Angabe des rationalen Zustands nicht vorhanden ist und/oder bei oder während einer Angabe des beeinträchtigten Zustands. Ferner können in Speicher gespeicherte Anweisungen das Bestimmen des rationalen Zustands anhand von beidem von einer Ausgabe des Klopfsensors und einer Ausgabe eines bordeigenen Mikrofons und als Antwort das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor durch Anweisungen zum Senden eines Signals an eine Zündkerze; und das Bestimmen des beeinträchtigten Zustands anhand von beidem von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons und als Antwort das Nichteinstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor durch Anweisungen zum Senden eines anderen Signals an die Zündkerze beinhalten. In einigen Beispielen kann das Verfahren das Bestimmen beinhalten, ob jedes von Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor und Nichteinstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf die Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor durchgeführt werden soll, auf Grundlage einer Bestimmung, ob der rationale Zustand vorhanden ist und einer Bestimmung, ob der beeinträchtigte Zustand vorhanden ist.
Wie durch Beispiele hier veranschaulicht, kann das Verfahren des Betreibens und Durchführens von Handlungen als Antwort auf eine Bestimmung des Zustands des Klopfsensors das Betreiben mit dem Klopfsensor in dem rationalen Zustand (z. B. Betreiben mit fahrendem Fahrzeug und verbrennendem Verbrennungsmotor), Bestimmen, ob der rationale Zustand vorhanden ist (wie zum Beispiel auf Grundlage einer Korrelation der Klopfsensorausgabe und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons) und Durchführen von Handlungen als Antwort darauf; sowie das Betreiben ohne den Klopfsensor in dem rationalen Zustand (z. B. Betreiben mit dem Klopfsensor in dem beeinträchtigten Zustand), Bestimmen, dass der rationale Zustand nicht vorhanden ist (z. B. der beeinträchtigte Zustand vorhanden ist) und Durchführen einer anderen Handlung als Antwort darauf beinhalten. Zum Beispiel kann als Antwort auf eine Bestimmung, dass der rationale Zustand vorhanden ist, der Verbrennungsmotorbetrieb eingestellt werden, um Verbrennungsmotorklopfen als Antwort auf ein durch den Klopfsensor erfasstes Klopfereignis abzumildern, und als Antwort auf eine Bestimmung, dass der rationale Zustand nicht vorhanden ist (z. B. der beeinträchtigte Zustand vorhanden ist), kann der Verbrennungsmotorbetrieb nicht eingestellt werden, um Verbrennungsmotorklopfen als Antwort auf ein durch den Klopfsensor erfasstes Klopfereignis abzumildern.
In einigen Beispielen kann das Verfahren das Differenzieren zwischen dem rationalen Klopfsensorzustand und dem beeinträchtigten Klopfsensorzustand auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons, erhalten während eines jüngsten Klopfereignisses, und das Vornehmen unterschiedlicher Handlungen als Antwort auf die Differenzierung beinhalten. Wenn zum Beispiel die Differenzierung den rationalen Klopfsensorzustand angibt, wird der Zündzeitpunkt als Antwort auf eine anschließende Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor verzögert. Ferner wird ein aktuell verzögerter Zündzeitpunkt, wie als Antwort auf das jüngste Klopfereignis verzögert, beibehalten. Als ein anderes Beispiel wird, wenn die Differenzierung den beeinträchtigten Klopfsensorzustand angibt, der Zündzeitpunkt als Antwort auf eine anschließende Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor nicht verzögert. Ferner wird der aktuell verzögerte Zündzeitpunkt rückgängig gemacht. Als ein anderes Beispiel kann das Verfahren das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von einer Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons beinhalten.
3 stellt schematisch ein Blockdiagramm eines Signalverarbeitungsalgorithmus 300 zum Korrelieren einer Ausgabe eines Klopfsensors (z. B. Klopfsensor 137 aus 1) mit einer Ausgabe eines bordeigenen Mikrofons (z. B. bordeigenes Mikrofon 195 aus 1) dar, um den Klopfsensor zu rationalisieren. Zum Beispiel kann eine Steuerung (z. B. Steuerung 12 aus 2) den Signalverarbeitungsalgorithmus 300 verwenden, während das Verfahren 200 aus 2 durchgeführt wird. Wie in 3 im Diagramm dargestellt, wird eine während eines Klopfereignisses (z. B. wie durch den Klopfsensor erfasst) erhaltene Klopfsensorausgabe 301 über eine FFT in eine Klopfsensorfrequenzantwort 302 umgewandelt. Die sich ergebende Klopfsensorfrequenzantwort 302 wird in ein Frequenzvergleichsmerkmal 312 eingegeben. Ebenso wird eine während des Klopfereignisses erhaltene Mikrofonausgabe 303 über eine FFT in eine Mikrofonfrequenzantwort 304 umgewandelt. In einigen Beispielen, wie vorstehend in Bezug auf 2 dargestellt, kann sich die Mikrofonfrequenzantwort 304 zuerst einer Filterung unterziehen, um eine Auswirkung von nicht auf den Verbrennungsmotor bezogenen Geräuschen, wie zum Beispiel Umgebungsgeräuschen, auf die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors zu reduzieren. Zum Beispiel kann eine Mikrofonausgabe 305, die erhalten wird, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, entsprechend Umgebungsgeräuschsmessungen über eine FFT in eine Mikrofonfrequenzantwort 306 umgewandelt werden. Die Mikrofonfrequenzantwort 306, entsprechend Umgebungsgeräuschsfrequenzen, die gemessen wurden, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet war, kann optional unter Verwendung eines Frequenzsubtraktionsfilters 308 von der Mikrofonfrequenzantwort 304 abgezogen werden. Die sich ergebende gefilterte Mikrofonfrequenzantwort 304 kann optional einen Bandpassfilter 310 durchlaufen oder direkt in das Frequenzvergleichsmerkmal 312 eingegeben werden. Der Bandpassfilter 310 kann zuvor festgelegten Klopffrequenzen entsprechen, die der Klopfsensor festgestellt hat, sodass Frequenzen in Verbindung mit Klopfen durch den Bandpassfilter 310 gegeben werden, während andere Frequenzen, darunter Frequenzen in Verbindung mit Umgebungsgeräuschen, beseitigt werden, bevor die Mikrofonfrequenzantwort 304 in das Frequenzvergleichsmerkmal 312 eingegeben wird. Als ein anderes Beispiel kann die Mikrofonfrequenzantwort 304 den Bandpassfilter 310 durchlaufen, ohne zuerst den Frequenzsubtraktionsfilter 308 durchlaufen zu haben. In anderen Beispielen kann die Mikrofonfrequenzantwort 304 direkt in das Frequenzvergleichsmerkmal 312 eingegeben werden, ohne eines von dem Frequenzsubtraktionsfilter 308 oder dem Bandpassfilter 310 durchlaufen zu haben, insbesondere, wenn die Umgebungsgeräusche gering sind.
Das Vergleichsmerkmal 312 kann einen Satz an Anweisungen, der in Speicher gespeichert ist, um eine dominante Frequenz von jeder von der Klopfsensorfrequenzantwort 302 und der (optional gefilterten) Mikrofonfrequenzantwort 304 zu bestimmen, sowie die Hardware, die den Satz an Anweisungen durchführt, beinhalten. Das Vergleichsmerkmal 312 kann die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort 302 direkt mit der dominanten Frequenz der (optional gefilterten) Mikrofonfrequenzantwort 304 vergleichen, um zu bestimmen, ob sie übereinstimmen, und ein entsprechendes Klopfsensordiagnoseergebnis 314 ausgeben. Wenn zum Beispiel die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort 302 mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort 304 übereinstimmt, gibt das Klopfsensordiagnoseergebnis 314 an, dass der Klopfsensor rational ist und das durch den Klopfsensor erfasste Klopfen ein echtes Klopfereignis ist. Umgekehrt, wenn die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort 302 nicht mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort 304 übereinstimmt, gibt das Klopfsensordiagnoseergebnis 314 an, dass der Klopfsensor beeinträchtigt ist und das durch den Klopfsensor erfasste Klopfen nicht aufgetreten ist (z. B. ein falsches Klopfereignis ist). Die Steuerung kann dann den Verbrennungsmotorbetrieb entsprechend einstellen, wie zum Beispiel durch Einstellen des Zündzeitpunktes, wie vorstehend in Bezug auf 3 beschrieben.
Als nächstes stellt 4A einen beispielhaften Graphen 400 einer Zeitachse zum Korrelieren der Ausgabe eines Klopfsensors (z. B. Klopfsensor 137 aus 1) in einem Fahrzeugsystem mit Ausgabe von einem bordeigenen Mikrofon (z. B. bordeigenes Mikrofon 195 aus 1) dar, um den Klopfsensor zu rationalisieren, wie zum Beispiel gemäß dem Diagnoseverfahren aus 2. Die Klopfsensorausgabe ist in Verlauf 402 gezeigt, die Ausgabe des bordeigenen Mikrofons ist in Verlauf 404 gezeigt, eine Angabe eines Klopffensters ist in Verlauf 405 gezeigt, eine Angabe, ob Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors erfüllt sind, ist in Verlauf 406 gezeigt, eine Angabe, ob der Klopfsensor beeinträchtigt ist, ist in Verlauf 408 gezeigt, und der Zündzeitpunkt ist in Verlauf 410 gezeigt. Für alle Vorstehenden stellt die horizontale Achse die Zeit dar, wobei die Zeit entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt jeden gekennzeichneten Parameter dar. Für die Verläufe 402 und 404 erhöht sich der gekennzeichnete Parameter entlang der vertikalen Achse von unten nach oben. Für die Verläufe 405, 406 und 408 gibt die vertikale Achse an, ob der gekennzeichnete Parameter angegeben ist (z. B. „ja“ oder „nein“). Für Verlauf 410 ist der nominale Zündzeitpunkt („nom“) durch die gestrichelte Linie 412 dargestellt und stellt die vertikale Achse eine Menge an Vorzündung („adv“) oder Verzögerung („ret“) zu dem nominalen Zündzeitpunkt dar, wobei die Menge an Vorzündung bis zu der vertikalen Achse von der gestrichelten Linie 412 zunimmt und die Menge an Zündverzögerung von der gestrichelten Linie 412 die vertikale Achse hinab zunimmt. Ferner wird ein Klopfschwellenwert durch eine gestrichelte Linie 414 angegeben.
Ausgehend vom Zeitpunkt t0 wird der Verbrennungsmotor mit dem Zündzeitpunkt (Verlauf 410) bei oder nahe bei dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) betrieben. Obwohl der nominale Zündzeitpunkt als eine flache Linie gezeigt ist, versteht sich, dass der nominale Zündzeitpunkt auf Grundlage von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen variiert, darunter Verbrennungsmotordrehzahl und -last. Zum Beispiel kann der nominale Zündzeitpunkt bei oder nahe dem MBT-Zeitpunkt sein, wobei eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) den aktuellen MBT bestimmt hat, indem die aktuellen Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen (z. B. Verbrennungsmotordrehzahl und -last) in eine Lookup-Tabelle eingegeben wurden und der entsprechende MBT-Zeitpunkt ausgegeben wurde. Die Steuerung kann ein Signal SA an ein Zündsystem (z. B. das Zündsystem 190 aus 1) senden, um jede Zündkerze des Verbrennungsmotors (z. B. die Zündkerze 192 aus 1) zu betätigen, um Verbrennung zu dem zuvor festgelegten Zeitpunkt zu initiieren. Ferner ist das Klopffenster (Verlauf 405) als eine Stufenwellenform gezeigt, die einen Zeitraum angibt, in dem Klopferfassung für ein Verbrennungsereignis stattfinden kann.
Während der Verbrennungsmotor betrieben wird, misst der Klopfsensor Verbrennungsmotorschwingungen und erzeugt eine entsprechende Ausgabe (Verlauf 402), die von der Steuerung empfangen wird. Die gemessenen Verbrennungsmotorschwingungen aufgrund des nominalen Verbrennungsmotorbetriebs (z. B. findet keine abnormale Verbrennung statt) sind klein relativ durch Schwingungen, die durch Verbrennungsmotorklopfen erzeugt werden, wobei die Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) unter dem Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 414) bleibt. Das bordeigene Mikrofon misst auch Geräusche, die während des Verbrennungsmotorbetriebs auftreten, darunter Geräusche des nominalen Verbrennungsmotorbetriebs und Umgebungsgeräusche, und sendet eine entsprechende Ausgabe (Verlauf 404) an die Steuerung. Ferner werden zwischen dem Zeitpunkt t0 und t1 Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors (Verlauf 406). Zum Beispiel kann eine Schwellendauer vergangen sein, seitdem die letzte Klopfsensordiagnose durchgeführt wurde, wie in Bezug auf 2 beschrieben. Ferner wird keine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben (Verlauf 408).
Zum Zeitpunkt t1 übersteigt die Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) den Klopfschwellenwert innerhalb des Klopffensters (Verlauf 405), wodurch angegeben wird, dass ein Klopfereignis stattgefunden hat. Als Antwort auf das erfasste Klopfereignis wird der Zündzeitpunkt (Verlauf 410) von dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) verzögert, wie zum Beispiel von dem MBT-Zeitpunkt verzögert. Da die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors zum Zeitpunkt t1 (Verlauf 406) erfüllt sind, führt die Steuerung die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors unter Verwendung der Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons (Verlauf 404) durch, die während des erfassten Klopfereignisses (z. B. während des entsprechenden Klopffensters) erhalten wurden. Die Klopfsensorausgabe und die Ausgabe des bordeigenen Mikrofons, die analysiert wird, um die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors durchzuführen, ist durch den gestrichelten Kasten 416 definiert, wobei die Klopfsensorausgabe und die Ausgabe des bordeigenen Mikrofons dieselbe Zeitspanne aufweisen. Wie in Bezug auf 2 beschrieben, führt die Steuerung eine FFT von jeder von der Klopfsensorausgabe und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons durch, die innerhalb des gestrichelten Kastens 416 entnommen wurden.
Bezug nehmend auf 4B zeigt ein Graph 417 die sich ergebende Frequenzantwort von jeder von der Klopfsensorausgabe und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons, die innerhalb des gestrichelten Kastens 416 entnommen wurden. Insbesondere ist in Verlauf 420a ein einseitiges Spektrum der FFT des Klopfsensors gezeigt und ist in Verlauf 422a ein einseitiges Spektrum der FFT des bordeigenen Mikrofons gezeigt. Für das Vorstehende stellt die horizontale Achse die Frequenz dar, wobei die Frequenz entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt. Die vertikale Achse stellt die Größe jeder Frequenzantwort dar, wobei die Größe entlang der vertikalen Achse von unten nach oben zunimmt. Die dominante Frequenz der FFT des Klopfsensors (Verlauf 420a) ist bei einer Frequenz, die durch die gestrichelte Linie 424 angegeben ist. Die dominante Frequenz der FFT des bordeigenen Mikrofons (Verlauf 422a) findet ebenfalls bei der Frequenz der gestrichelten Linie 424 statt. Daher stimmen die während des erfassten Klopfereignisses von dem Klopfsensor und dem bordeigenen Mikrofon gemessenen dominanten Frequenzen überein.
Zurück bei 4A wird zum Zeitpunkt t2, da die dominanten Frequenzen übereinstimmen, bestimmt, dass der Klopfsensor rational ist und es wird keine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben (Verlauf 408). Ferner, da das erfasste Klopfereignis als echtes Klopfen bestätigt wird, bleibt der Zündzeitpunkt (Verlauf 410) von dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) verzögert, um ein weiteres Auftreten von Klopfen zu vermeiden. Wenn die Rationalisierung des Klopfsensors durchgeführt ist, sind Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors nicht mehr erfüllt (Verlauf 406). Ferner kann, wenn keine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben ist, die Steuerung den Zündzeitpunkt als Antwort auf weitere Klopfereignisse, die durch den Klopfsensor erfasst werden (z. B. wenn die Klopfsensorausgabe den Klopfschwellenwert innerhalb des Klopffensters übersteigt) weiterhin verzögern.
Zu einem späteren Zeitpunkt t3 wird der Verbrennungsmotor erneut mit Zündzeitpunkt (Verlauf 410) bei oder nahe dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) betrieben und die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors werden erneut erfüllt (Verlauf 406). Zum Beispiel kann die Zeit t3 Tage oder Wochen nach der Zeit t2 sein. Wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist und arbeitet (z. B. mit in Verbrennungsmotorzylindern stattfindender Verbrennung), misst der Klopfsensor Verbrennungsmotorschwingungen und erzeugt eine entsprechende Ausgabe (Verlauf 402), die weniger ist als der Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 414) vor dem Zeitpunkt t4. Das bordeigene Mikrofon misst auch Geräusche, die während des Verbrennungsmotorbetriebs auftreten, und sendet eine entsprechende Ausgabe (Verlauf 404) an die Steuerung.
Zum Zeitpunkt t4 übersteigt die Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) den Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 414) innerhalb des Klopffensters (Verlauf 405), wodurch angegeben wird, dass ein Klopfereignis stattgefunden hat. Als Antwort auf das Klopfereignis wird der Zündzeitpunkt (Verlauf 410) von dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) verzögert. Da die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors zum Zeitpunkt t4 (Verlauf 406) erfüllt sind, führt die Steuerung erneut die Rationalitätsprüfung des Klopfsensors durch, indem eine FFT von jeder von der Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons (Verlauf 404) durchgeführt wird, die während des erfassten Klopfereignisses (z.B. wie durch den gestrichelten Kasten 418 definiert) entnommen wurden.
Bezug nehmend auf 4C zeigt ein Graph 419 die sich ergebende Frequenzantwort von jeder von der Klopfsensorausgabe und der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons, die innerhalb der Zeitspanne definiert durch den gestrichelten Kasten 418 entnommen wurden. In Verlauf 420b ist ein einseitiges Spektrum der FFT des Klopfsensors gezeigt und in Verlauf 422b ist ein einseitiges Spektrum der FFT des bordeigenen Mikrofons gezeigt. Wie in 4B stellt die horizontale Achse die Frequenz dar, wobei die Frequenz entlang der horizontalen Achse von links nach rechts zunimmt, und stellt die vertikale Achse die Größe der gekennzeichneten Frequenzantwort dar, wobei die Größe entlang der vertikalen Achse von unten nach oben zunimmt. Die dominante Frequenz der FFT des Klopfsensors (Verlauf 420b) ist bei einer Frequenz, die durch die gestrichelte Linie 426 angegeben ist. Die dominante Frequenz der FFT des bordeigenen Mikrofons (Verlauf 422b) findet bei der Frequenz der gestrichelten Linie 426 nicht statt. Daher stimmen die während des erfassten Klopfereignisses von dem Klopfsensor und dem bordeigenen Mikrofon gemessenen dominanten Frequenzen nicht überein.
Zurück bei 4A wird zum Zeitpunkt t5, da die dominanten Frequenzen nicht übereinstimmen, bestimmt, dass der Klopfsensor irrational ist und es wird eine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben (Verlauf 408). Ferner kehrt, da das erfasste Klopfereignis nicht durch die Ausgabe des bordeigenen Mikrofons geprüft wurde (z. B. das erfasste Klopfereignis ist ein falsches Klopfereignis), der Zündzeitpunkt (Verlauf 410) zu dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412) zurück, um beeinträchtigte Verbrennungsmotorleistung und reduzierte Kraftstoffeffizienz zu vermeiden. Mit der Rationalisierung des Klopfsensors sind Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors nicht mehr erfüllt (Verlauf 406).
Zum Zeitpunkt t6 übersteigt die Klopfsensorausgabe (Verlauf 402) erneut den Klopfschwellenwert (gestrichelte Linie 414) innerhalb des Klopffensters (Verlauf 405). Da eine Klopfsensorbeeinträchtigung angegeben ist (Verlauf 408), wird der Zündzeitpunkt (Verlauf 410) als Antwort auf das erfasste Klopfereignis nicht verzögert, sondern bleibt bei dem nominalen Zündzeitpunkt (gestrichelte Linie 412). Zum Beispiel wird mit angegebener Klopfsensorbeeinträchtigung (z. B. wird bestimmt, dass sich der Klopfsensor in einem beeinträchtigten Zustand befindet) angenommen, dass das zum Zeitpunkt t6 erfasste Klopfereignis ein falsches Klopfereignis ist. Auf diese Weise wird der Zündzeitpunkt aufgrund von falscher Klopferfassung durch den beeinträchtigten Klopfsensor nicht eingestellt. Folglich sind die Verbrennungsmotorleistung und die Kraftstoffeffizienz erhöht.
Auf diese Weise kann durch Korrelieren von Ausgabe eines Klopfsensors mit Ausgabe eines bordeigenen Mikrofons Beeinträchtigung des Klopfsensors zuverlässig identifiziert werden, sodass bei Nichtvorhandensein von echtem Klopfen keine Verbrennungsmotorsteuerstrategien zum Abmildern von Verbrennungsmotorklopfen, wie zum Beispiel Spätzündung, eingesetzt werden. Zum Beispiel kann ein erfasstes Klopfereignis falsch sein, wenn der Klopfsensor beeinträchtigt ist. Indem als Antwort auf falsche Klopferfassung durch den beeinträchtigten Klopfsensor die Zündung nicht verzögert wird, werden Beeinträchtigung der Leistung des Verbrennungsmotors und reduzierte Kraftstoffeffizienz vermieden. Ferner wird durch Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des bordeigenen Mikrofons echtes Klopfen bestätigt, wie zum Beispiel, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor rational ist.
Der technische Effekt des Rationalisierens eines Klopfsensors unter Verwendung eines bordeigenen Mikrofons ist, dass ein Klopfereignis als echtes Klopfen oder falsches Klopfen identifiziert werden kann und der Zündzeitpunkt als Antwort auf echtes Klopfen und nicht als Antwort auf falsches Klopfen verzögert werden kann, wodurch die Verbrennungsmotorleistung und die Kraftstoffeffizienz erhöht werden.
Als ein Beispiel umfasst ein Verfahren: als Antwort auf eine Angabe eines Klopfereignisses von einem Klopfsensor, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist, der ein Fahrzeug antreibt, Korrelieren von Ausgabe des Klopfsensors mit Ausgabe von einem Mikrofon an Bord des Fahrzeugs, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen. In dem vorhergehenden Beispiel wird zusätzlich oder optional das Klopfereignis als Antwort darauf angegeben, dass die Ausgabe des Klopfsensors größer als ein Klopfschwellenwert innerhalb eines zuvor definierten Klopffensters ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, zusätzlich oder optional: Erzeugen einer Frequenzantwort des Klopfsensors anhand von während des Klopfereignisses erhaltener Ausgabe; Erzeugen einer Frequenzantwort des Mikrofons anhand von während des Klopfereignisses erhaltener Ausgabe; und Bestimmen, ob eine dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit einer dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: vor dem Bestimmen, ob die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt, Geben der Mikrofonfrequenzantwort durch einen oder mehrere Filter. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhalten der eine oder die mehreren Filter zusätzlich oder optional einen Frequenzsubtraktionsfilter und einen Bandpassfilter. In einem beliebigen oder allen der vorausgehenden Beispiele entfernt zusätzlich oder optional der Frequenzsubtraktionsfilter Frequenzen entsprechend Umgebungsgeräuschen aus der Mikrofonfrequenzantwort, wobei die Frequenzen den Umgebungsgeräuschen entsprechen, die auf Grundlage von Ausgabe des Mikrofons bestimmt wurden, die erhalten wurde, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele durchläuft der Bandpassfilter zusätzlich oder optional Frequenzen der Mikrofonfrequenzantwort entsprechend Klopfen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: Angeben, dass der Klopfsensor rational ist, als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt; und Angeben von Beeinträchtigung des Klopfsensors als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort nicht mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: Einstellen des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors als Antwort auf eine anschließende Angabe eines Klopfereignisses, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor nicht beeinträchtigt ist; und kein Durchführen des Einstellens des Zündzeitpunktes, wenn Beeinträchtigung des Klopfsensors angegeben ist. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele findet zusätzlich oder optional Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, während eines Zustands mit geringen Umgebungsgeräuschen statt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional der Zustand mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage der Ausgabe des Mikrofons bestimmt, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.
Als ein anderes Beispiel umfasst ein Verfahren: Einstellen eines Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von einer Ausgabe eines Klopfsensors, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und einer Ausgabe eines Mikrofons, das konfiguriert ist, um durch den Verbrennungsmotor erzeugte Geräusche zu messen. In dem vorhergehenden Beispiel umfasst das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons zusätzlich oder optional ferner: Erfassen eines Klopfereignisses als Antwort darauf, dass die Ausgabe des Klopfsensors einen Klopfschwellenwert übersteigt; und Verzögern des Zündzeitpunktes von einem ersten Zündzeitpunkt als Antwort auf das erfasste Klopfereignis. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: Bestimmen von Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe, die während des erfassten Klopfereignisses über eine schnelle Fourier-Transformation entnommen wurden, Bestimmen von Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe, die während des erfassten Klopfereignisses über die schnelle Fourier-Transformation entnommen wurden, Beibehalten des Zündzeitpunktes bei dem verzögerten Zündzeitpunkt als Antwort darauf, dass eine dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe mit einer dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt; und Zurücksetzen des Zündzeitpunktes auf den ersten Zündzeitpunkt als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe nicht mit der dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Verfahren zusätzlich oder optional ferner: Angeben von Beeinträchtigung des Klopfsensors als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe nicht mit der dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt; Nichteinstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf ein anschließend erfasstes Klopfereignis. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele findet zusätzlich oder optional das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons statt, während der Verbrennungsmotor in einer Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen arbeitet, wobei die Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage der Ausgabe des Mikrofons vor dem Starten des Verbrennungsmotors bestimmt wird.
Als ein weiteres Beispiel umfasst ein Fahrzeugsystem: einen Verbrennungsmotor, beinhaltend eine Vielzahl von Zylindern, wobei jeder Zylinder eine daran gekoppelte Zündkerze beinhaltet; einen Klopfsensor, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist; ein Mikrofon, das an das Fahrzeug gekoppelt ist; eine Steuerung, die Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher enthält, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen eines Zustands des Klopfsensors auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors und einer Ausgabe des Mikrofons, die während einer Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden; Einstellen eines Zündzeitpunktes, der durch die Zündkerze bereitgestellt wird, während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands. In dem vorhergehenden Beispiel ist zusätzlich oder optional der Zustand des Klopfsensors einer von einem rationalen Zustand und einem beeinträchtigten Zustand. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional das Bestimmen des Zustands des Klopfsensors auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden: Umwandeln von jeder von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen erhalten wurden, in Frequenzdomäne; Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem rationalen Zustand befindet, als Antwort auf eine Übereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons; und Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem beeinträchtigten Zustand befindet, als Antwort auf eine Nichtübereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhaltet zusätzlich oder optional das Einstellen des durch die Zündkerze bereitgestellten Zündzeitpunktes während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands das Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der rationale Zustand ist und kein Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der beeinträchtigte Zustand ist.
In einer anderen Darstellung umfasst ein Verfahren: Bestimmen, ob ein erfasstes Verbrennungsmotorklopfereignis echt oder falsch ist, auf Grundlage einer Ausgabe eines Klopfsensors, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und einer Ausgabe eines Mikrofons, das konfiguriert ist, um von dem Verbrennungsmotor erzeugte Geräusche zu messen; Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort darauf, dass das erfasste Verbrennungsmotorklopfereignis echt ist; und kein Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort darauf, dass das erfasste Verbrennungsmotorklopfereignis falsch ist. In dem vorhergehenden Beispiel ist zusätzlich oder optional das erfasste Verbrennungsmotorklopfereignis als Antwort darauf, dass die Ausgabe des Klopfsensors einen Klopfschwellenwert übersteigt. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele umfasst das Bestimmen, ob das erfasste Verbrennungsmotorklopfereignis echt oder falsch ist, auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, zusätzlich oder optional: als Antwort darauf, dass Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors erfüllt sind, Bestimmen von Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe, die während des erfassten Klopfereignisses entnommen wurden, über eine schnelle Fourier-Transformation; Bestimmen von Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe, die während des erfassten Verbrennungsmotorklopfereignisses entnommen wurden, über die schnelle Fourier-Transformation; Angeben, dass das erfasste Klopfereignis echt ist, als Antwort darauf, dass eine dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe mit einer dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmen; und Angeben, dass das erfasste Klopfereignis falsch ist, als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe nicht mit der dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmen. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele beinhalten die Bedingungen zum Rationalisieren des Klopfsensors zusätzlich oder optional zumindest eines von dem Verbrennungsmotor, der in einer Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen arbeitet und einer abgelaufenen Schwellendauer, seit der Klopfsensor zuvor rationalisiert wurde. In einem beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional die Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage von Geräuschen gemessen, die durch das Mikrofon vor dem Starten des Verbrennungsmotors gemessen werden.
Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Verbrennungsmotorhardware beinhaltet, ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wiedergeben, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Maßnahmen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Zudem können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in dem nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Verbrennungsmotorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, durchgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Auslegungen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technik auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Verbrennungsmotorarten angewandt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfiguration und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren als Antwort auf eine Angabe eines Klopfereignisses von einem Klopfsensor, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist, der ein Fahrzeug antreibt, Korrelieren von Ausgabe des Klopfsensors mit Ausgabe von einem Mikrofon an Bord des Fahrzeugs, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Klopfereignis als Antwort darauf angegeben, dass die Ausgabe des Klopfsensors größer als ein Klopfschwellenwert innerhalb eines zuvor definierten Klopffensters ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, bereitgestellt, aufweisend: Erzeugen einer Frequenzantwort des Klopfsensors anhand von während des Klopfereignisses erhaltener Ausgabe; Erzeugen einer Frequenzantwort des Mikrofons anhand von während des Klopfereignisses erhaltener Ausgabe; und Bestimmen, ob eine dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit einer dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen, ob die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt, die Mikrofonfrequenzantwort durch einen oder mehrere Filter gegeben wird.
Gemäß einer Ausführungsform beinhalten der eine oder die mehreren Filter einen Frequenzsubtraktionsfilter und einen Bandpassfilter.
Gemäß einer Ausführungsform entfernt der Frequenzsubtraktionsfilter Frequenzen entsprechend Umgebungsgeräuschen aus der Mikrofonfrequenzantwort, wobei die Frequenzen den Umgebungsgeräuschen entsprechen, die auf Grundlage von Ausgabe des Mikrofons bestimmt wurden, die erhalten wurde, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.
Gemäß einer Ausführungsform durchläuft der Bandpassfilter Frequenzen der Mikrofonfrequenzantwort entsprechend Klopfen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Angeben, dass der Klopfsensor rational ist, als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt; und das Angeben von Beeinträchtigung des Klopfsensors als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort nicht mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt, gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Einstellen des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors als Antwort auf eine anschließende Angabe eines Klopfereignisses, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor nicht beeinträchtigt ist; und kein Durchführen des Einstellens des Zündzeitpunktes, wenn Beeinträchtigung des Klopfsensors angegeben ist, gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform findet das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, während eines Zustands mit geringen Umgebungsgeräuschen statt.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Zustand mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage der Ausgabe des Mikrofons bestimmt, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Fremdzündungsverbrennungsmotor das Einstellen eines Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von einer Ausgabe eines Klopfsensors, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist, und einer Ausgabe eines Mikrofons, das konfiguriert ist, um durch den Verbrennungsmotor erzeugte Geräusche zu messen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons ferner: Erfassen eines Klopfereignisses als Antwort darauf, dass die Ausgabe des Klopfsensors einen Klopfschwellenwert übersteigt; und Verzögern des Zündzeitpunktes von einem ersten Zündzeitpunkt als Antwort auf das erfasste Klopfereignis.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Bestimmen von Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe, die während des erfassten Klopfereignisses über eine schnelle Fourier-Transformation entnommen wurden, Bestimmen von Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe, die während des erfassten Klopfereignisses über die schnelle Fourier-Transformation entnommen wurden, Beibehalten des Zündzeitpunktes bei dem verzögerten Zündzeitpunkt als Antwort darauf, dass eine dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe mit einer dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt; und Zurücksetzen des Zündzeitpunktes auf den ersten Zündzeitpunkt als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe nicht mit der dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt, gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner durch das Angeben von Beeinträchtigung des Klopfsensors als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Klopfsensorausgabe nicht mit der dominanten Frequenz der bestimmten Frequenzkomponenten der Mikrofonausgabe übereinstimmt; Nichteinstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf ein anschließend erfasstes Klopfereignis gekennzeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform findet das Einstellen des Zündzeitpunktes als Antwort auf jede von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons statt, während der Verbrennungsmotor in einer Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen arbeitet, wobei die Umgebung mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage der Ausgabe des Mikrofons vor dem Starten des Verbrennungsmotors bestimmt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugsystem bereitgestellt, aufweisend: einen Verbrennungsmotor, beinhaltend eine Vielzahl von Zylindern, wobei jeder Zylinder eine daran gekoppelte Zündkerze beinhaltet; einen Klopfsensor, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist; ein Mikrofon, das an das Fahrzeug gekoppelt ist; eine Steuerung, die Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher enthält, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen eines Zustands des Klopfsensors auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors und einer Ausgabe des Mikrofons, die während einer Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden; Einstellen eines Zündzeitpunktes, der durch die Zündkerze bereitgestellt wird, während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Zustand des Klopfsensors einer von einem rationalen Zustand und einem beeinträchtigten Zustand.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen des Zustands des Klopfsensors auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden: Umwandeln von jeder von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen erhalten wurden, in Frequenzdomäne; Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem rationalen Zustand befindet, als Antwort auf eine Übereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons, und Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem beeinträchtigten Zustand befindet, als Antwort auf eine Nichtübereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des durch die Zündkerze bereitgestellten Zündzeitpunktes während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands das Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der rationale Zustand ist und kein Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der beeinträchtigte Zustand ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7222607 B2 [0003]

Claims

Verfahren, umfassend: als Antwort auf eine Angabe eines Klopfereignisses von einem Klopfsensor, der an einen Verbrennungsmotor gekoppelt ist, der ein Fahrzeug antreibt, Korrelieren von Ausgabe des Klopfsensors mit Ausgabe von einem Mikrofon an Bord des Fahrzeugs, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Klopfereignis als Antwort darauf angegeben wird, dass die Ausgabe des Klopfsensors größer als ein Klopfschwellenwert innerhalb eines zuvor definierten Klopffensters ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, Folgendes umfasst: Erzeugen einer Frequenzantwort des Klopfsensors anhand von Ausgabe, die während des Klopfereignisses erhalten wird; Erzeugen einer Frequenzantwort des Mikrofons anhand von Ausgabe, die während des Klopfereignisses erhalten wird; und Bestimmen, ob eine dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit einer dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: vor dem Bestimmen, ob die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt, Geben der Mikrofonfrequenzantwort durch einen oder mehrere Filter.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der eine oder die mehreren Filter einen Frequenzsubtraktionsfilter und einen Bandpassfilter beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Frequenzsubtraktionsfilter Frequenzen entsprechend Umgebungsgeräuschen aus der Mikrofonfrequenzantwort entfernt, wobei die Frequenzen den Umgebungsgeräuschen entsprechen, die auf Grundlage von Ausgabe des Mikrofons bestimmt wurden, die erhalten wurde, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Bandpassfilter Frequenzen der Mikrofonfrequenzantwort entsprechend Klopfen durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Angeben, dass der Klopfsensor rational ist, als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt; und Angeben von Beeinträchtigung des Klopfsensors als Antwort darauf, dass die dominante Frequenz der Klopfsensorfrequenzantwort nicht mit der dominanten Frequenz der Mikrofonfrequenzantwort übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Einstellen des Zündzeitpunktes des Verbrennungsmotors als Antwort auf eine anschließende Angabe eines Klopfereignisses, wenn bestimmt wird, dass der Klopfsensor nicht beeinträchtigt ist; und kein Durchführen des Einstellens des Zündzeitpunktes, wenn Beeinträchtigung des Klopfsensors angegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Korrelieren der Ausgabe des Klopfsensors mit der Ausgabe des Mikrofons, um Beeinträchtigung des Klopfsensors zu bestimmen, während eines Zustands mit geringen Umgebungsgeräuschen stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Zustand mit geringen Umgebungsgeräuschen auf Grundlage der Ausgabe des Mikrofons bestimmt wird, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist.
Fahrzeugsystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der eine Vielzahl von Zylindern beinhaltet, wobei jeder Zylinder eine daran gekoppelte Zündkerze beinhaltet; einen Klopfsensor, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist; ein Mikrofon, das an das Fahrzeug gekoppelt ist; eine Steuerung, die Anweisungen in einem nicht flüchtigen Speicher enthält, die, wenn sie ausgeführt werden, die Steuerung zu Folgendem veranlassen: Bestimmen eines Zustands des Klopfsensors auf Grundlage einer Ausgabe des Klopfsensors und einer Ausgabe des Mikrofons, die während einer Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden; Einstellen eines Zündzeitpunktes, der durch die Zündkerze bereitgestellt wird, während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands.
System nach Anspruch 12, wobei der Zustand des Klopfsensors einer von einem rationalen Zustand und einem beeinträchtigten Zustand ist.
System nach Anspruch 13, wobei das Bestimmen des Zustands des Klopfsensors auf Grundlage der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor erhalten wurden, Folgendes umfasst: Umwandeln von jeder von der Ausgabe des Klopfsensors und der Ausgabe des Mikrofons, die während der Erfassung von Klopfen erhalten wurden, in Frequenzdomäne; Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem rationalen Zustand befindet, als Antwort auf eine Übereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons; und Angeben, dass sich der Klopfsensor in dem beeinträchtigten Zustand befindet, als Antwort auf eine Nichtübereinstimmung der dominanten Frequenz zwischen der umgewandelten Ausgabe des Klopfsensors und der umgewandelten Ausgabe des Mikrofons.
System nach Anspruch 13, wobei das Einstellen des durch die Zündkerze bereitgestellten Zündzeitpunktes während einer anschließenden Erfassung von Klopfen durch den Klopfsensor auf Grundlage des bestimmten Zustands das Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der rationale Zustand ist und kein Verzögern des Zündzeitpunktes als Antwort auf die anschließende Erfassung von Klopfen, wenn der bestimmte Zustand der beeinträchtigte Zustand ist, beinhaltet.