DE102020104175A1 - Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren und Programm - Google Patents

Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren und Programm Download PDF

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Abstract

Die Offenbarung stellt eine Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren und ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium bereit, wobei die Genauigkeit der Erfassung von Fehlzündungen durch Erhöhen der piezoelektrischen Erfassungsgenauigkeit erhöht wird. Ein Ladungsverstärker (210), der ein Spannungssignal ausgibt, das einer Ladung entspricht, die von einem piezoelektrischen Element (35) als Antwort auf einen empfangenen Druck erzeugt wird, ein Driftkomponenten-Extraktionsteil (230), das eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements (35) extrahiert, ein Driftkorrekturteil (250), das ein Korrektursignal zum Entfernen der Driftkomponente auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210) zurückführt, und ein Fehlzündungs-Erfassungsteil (400), das eine Fehlzündungserfassung auf Basis des Korrektursignals durchführt, sind enthalten.

Description

  • HINTERGRUND
  • [Technisches Gebiet]
  • Die Offenbarung bezieht sich auf eine Verbrennungsanomalie-Erkennungsvorrichtung bzw. eine Vorrichtung zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten bei der Verbrennung bzw. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, ein Verbrennungsanomalie-Erkennungsverfahren bzw. Verfahren zur Erfassung von Unregelmäßigkeiten bei der Verbrennung bzw. auf ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren und ein Programm, das in der Lage ist, Auftreten einer Fehlzündung zu erkennen bzw. zu erfassen.
  • [Beschreibung des Standes der Technik]
  • Als Vorrichtung zum Erfassen eines Fehlzündungszustands, bei dem die Verbrennung des Motors eines Kraftfahrzeugs usw. nicht normal abläuft, wurde eine Vorrichtung zum Durchführen von Erfassen auf Basis eines Signals vorgeschlagen, das als Antwort auf die Drehung einer Kurbelwelle erzeugt wird. Zum Beispiel werden gemäß der in Patentdokument 1 offenbarten Vorrichtung zum Erfassen von Fehlzündungen die Intervalle einer Vielzahl von Impulssignalen gemessen, die für jede Drehung der Kurbelwelle erzeugt werden, der Maximalwert der Drehschwankungen der Kurbelwelle wird auf Basis der zeitlichen Schwankungen der gemessenen Impulssignalintervalle bestimmt, und eine Fehlzündungsbestimmung wird auf Basis des bestimmten Maximalwertes und der Gesamtzahl der Impulssignale in dem vorbestimmten Intervall durchgeführt (siehe Patentdokument 1).
  • Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Fehlzündungs-Erfassungsvorrichtung ist jedoch zusätzlich zu einem Kurbelwellen-Sensor bzw. Kurbelwinkel-Sensor, der die Impulssignale für jede Drehung der Kurbelwelle erzeugt, ein Sensor erforderlich, der für jede Drehung einer Nockenwelle einen Impuls erzeugt.
  • Außerdem besteht im Allgemeinen in dem Fall, dass die Fehlzündungserfassung auf Basis der Signale durchgeführt wird, die als Antwort auf die Drehung der Kurbelwelle erzeugt wird, die Möglichkeit, eine fehlerhafte Erfassung durchzuführen, da die Signale, die als Antwort auf die Drehung der Kurbelwelle erzeugt werden, aufgrund von Torsionsschwingungen bzw. Drehschwingungen der Kurbelwelle usw., die durch das Fahren auf einer unregelmäßigen Straßenoberfläche entstehen, schwanken.
  • Dementsprechend wurde auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die den Fehlzündungszustand des Motors auf Basis eines Drucksignals in einem Zylinder erfasst. Gemäß der Offenbarung des Patentdokuments 2 wird beispielsweise ein Drucksignal abgetastet, erhalten von einem im Zylinderinneren-Drucksensor, eine Verbrennungstemperatur aus einer Gaszustandsformel berechnet, basierend auf dem abgetasteten Drucksignal, und die Erfassung von Fehlzündungen wird auf Basis einer Differenz zwischen der berechneten Verbrennungstemperatur und einer theoretischen Verbrennungstemperatur, die in einem bzw. Betriebskarte bzw. Betriebskennfeld gespeichert ist, durchgeführt.
  • [Stand der Technik Dokumente]
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] Japanische Offenbarungsschrift Nr. 62-118031 (Seiten 1 bis 7, 2)
    • [Patentdokument 2] Japanische Offenbarungsschrift Nr. 7-139416 (Seiten 2 bis 4, 3)
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • [Zu lösendes Problem]
  • Bei der in Patentdokument 2 offenbarten Fehlzündungserfassungsvorrichtung kann jedoch, da die Verbrennungstemperaturberechnung, ausgeführt, wenn Bestimmen einer Fehlzündung durchgeführt wird, unter der Annahme erfolgt, dass das Gas in dem Zylinder der idealen Gaszustandsformel folgt, ein Fehler bei Erfassen von Fehlzündungen insbesondere im Leerlauf auftreten. Darüber hinaus erfordert Erstellen des Betriebskennfeldes, das die theoretische Verbrennungstemperatur definiert, enorme Arbeitsstunden.
  • Das Ziel der Offenbarung ist es, die herkömmlichen Probleme zu lösen und eine Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren und ein Programm bereitzustellen, das mit einer einfachen Konfiguration die Genauigkeit der Druckerfassung sowie die Genauigkeit der Erfassung von Verbrennungsanomalien, wie z.B. Fehlzündungen, erhöht.
  • [Mittel zum Lösen der Probleme]
  • Um das oben genannte Ziel zu erreichen, erfasst Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß der Offenbarung ein Auftreten einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors auf Basis eines Signals, erhalten durch Durchführen einer Signalverarbeitung an einem Ausgangssignal eines Drucksensors, einschließlich einem piezoelektrischen Element, das reagierend auf einen empfangenen Druck eine Ladung erzeugt, und schließt ein: einen Ladungsverstärker, der ein der Ladung entsprechendes Spannungssignal ausgibt; einen Driftkomponenten-Extraktionsteil, der eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis des Spannungssignals extrahiert; einen Driftkorrekturteil, der ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers zurückführt; und einen Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil, das auf Basis des Korrektursignals erfasst, dass die Verbrennungsanomalie auftritt.
  • In der Vorrichtung kann konfiguriert werden, dass der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil ein Auftreten von einer Fehlzündung als die Verbrennungsanomalie auf Basis einer Änderung eines Wertes des Korrektursignals erfasst.
  • Genauer gesagt kann konfiguriert werden, dass der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil das Auftreten von einer Fehlzündung auf Basis eines Änderungsbetrags des Wertes des Korrektursignals in negativer Richtung und einen ersten, im Voraus festgelegten Referenzwert für das Auftreten einer Fehlzündung erfasst. Zusätzlich kann es auch sein, dass der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil das Auftreten der Fehlzündung auf Basis einer zeitlichen Änderungsrate des Wertes des Korrektursignals und eines zweiten, im Voraus festgelegten Referenzwertes für das Auftreten von Fehlzündungen erfasst.
  • Ein Widerstandswert des piezoelektrischen Elements weist eine negative Temperatureigenschaft. Ein Material des piezoelektrischen Elements ist zum Beispiel ZnO (Zinkoxid).
  • Zusätzlich enthält der Driftkomponenten-Extraktionsteil einen Differentialverarbeitungsteil, der einen Differentialprozess in Bezug auf das Spannungssignal durchführt, und einen Tiefpassfilter, der eine Niederfrequenzbandkomponente eines Signals, dem Differentialprozess unterworfen ist, extrahiert.
  • Zusätzlich kann es auch konfiguriert werden, dass der Driftkorrekturteil einen Registrierteil enthält, der einen Stromwert des rückzuführenden Korrektursignals in der Driftkomponente mit jedem von einer Vielzahl von Werten verknüpft, die die Driftkomponente erhalten kann, und den Stromwert registriert, den Stromwert erhält den der extrahierten Driftkomponente zugeordneten Stromwert durch Bezugnahme auf registrierte Inhalte des Registrierteils und führt ein Stromsignal zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers zurück, wobei das Stromsignal dem erhaltenen Stromwert äquivalent ist und als das Korrektursignal betrachtet wird und der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil das Auftreten der Fehlzündung auf Basis des Stromsignals erfasst.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung, als eine Vorrichtung, die Auftreten einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors erhalten wird, beinhaltend ein piezoelektrisches Element, das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck erzeugt, einen Ladungsverstärker, der ein der Ladung entsprechendes Spannungssignal ausgibt, ein Driftkomponenten-Extraktionsteil, der eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis des Spannungssignals extrahiert, ein Driftkorrekturteil erzeugt ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und führt das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers zurück, und das Auftreten der Verbrennungsanomalie wird auf Basis eines Signals erfasst, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird und zum Erzeugen des Korrektursignals dient.
  • Es kann konfiguriert werden, dass der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil, ein Auftreten von einer Fehlzündung als Verbrennungsanomalie auf Basis einer Änderung eines Wertes des Signals erfasst, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird. Zusätzlich kann es auch so konfiguriert werden, dass es einen Temperaturschätzteil enthält, der eine Temperatur in dem Verbrennungsmotors auf Basis des auf der extrahierten Driftkomponente basierenden Signals schätzt.
  • Ein Verfahren der Offenbarung ist ein Verbrennungsanomalien-Erfassungsverfahren, das Auftreten einer Verbrennungsanomalie auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors erhalten wird, beinhaltend ein piezoelektrischen Element, das reagierend auf einen empfangenen Druck eine Ladung erzeugt. Das Verbrennungsanomalien-Erfassungsverfahren umfasst: einen Schritt zum Extrahieren einer Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis eines Spannungssignals, das der Ladung von einem Ladungsverstärker entspricht, der das Spannungssignal ausgibt; einen Schritt zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und zum Zurückführen des Korrektursignals zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers; und einen Schritt zum Erfassen einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors auf Basis des Korrektursignals.
  • Ein Verfahren gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung ist ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren, das das Auftreten einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors erhalten wird, einschließlich eines piezoelektrischen Elements, das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck erzeugt. Das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Extrahieren einer Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis eines Spannungssignals, das der Ladung von einem Ladungsverstärker entspricht, der ein Spannungssignal ausgibt; einen Schritt zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und zum Zurückführen des Korrektursignals zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers; und einen Schritt zum Erfassen, dass die Verbrennungsanomalie auf Basis eines Signals auftritt, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird und zum Erzeugen des Korrektursignals dient.
  • Ein Programm der Offenbarung ist ein Programm zum Realisieren, in einer Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, die ein Auftreten von einer Verbrennungsanomalie auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors erhalten wird, einschließlich eines piezoelektrisches Element, das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck, eine Extraktionsfunktion, eine Korrekturfunktion und eine Erfassungsfunktion erzeugt. Die Extraktionsfunktion extrahiert eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis eines Spannungssignals, das der Ladung von einem Ladungsverstärkers entspricht, der das Spannungssignal ausgibt. Die Korrekturfunktion erzeugt ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und führt das Korrektursignal an eine Eingangsseite des Ladungsverstärkers zurück. Die Erfassungsfunktion erfasst eine Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors auf Basis des Korrektursignals.
  • [Wirkung der Erfindung]
  • Gemäß der Offenbarung wird die Wirkung bzw. der Effekt erzielt, eine Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, ein Verbrennungsanomalien-Erfassungsverfahren und ein Programm bereitzustellen, die mit einer einfachen Konfiguration die Genauigkeit der Druckerfassung sowie die Genauigkeit der Verbrennungsanomalien-Erfassung, wie z.B. Fehlzündungen, erhöhen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Konfiguration eines Motorsteuerungssystems 300.
    • 2 ist ein Diagramm, das eine funktionelle Konfiguration einer ECU 100 veranschaulicht.
    • 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 veranschaulicht.
    • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Drucksensors 30 veranschaulicht.
    • 5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Ladungsverstärkers 210 veranschaulicht.
    • 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines digitalen Signalverarbeitungsteils 220 veranschaulicht.
    • 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Korrekturverarbeitungsteils 252 veranschaulicht.
    • 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 eines anderen Aspekts veranschaulicht.
    • 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des Korrekturverarbeitungsteils 252 eines anderen Aspekts veranschaulicht.
    • 10 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Funktionsweise einer Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 veranschaulicht.
    • 11 ist ein erläuterndes Diagramm für das Prinzip der Fehlzündungserfassung.
    • 12 ist ein erläuterndes Diagramm für die Variation usw. von Signalen bei der Erfassung einer Fehlzündung.
    • 13 ist eine vergrößerte Ansicht von Teil A.
    • 14 ist ein erläuterndes Diagramm für ein Beispiel für die Temperatureigenschaften eines piezoelektrischen Elements.
    • 15 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Vorrichtung zur Erfassung von Verbrennungsanomalien veranschaulicht.
    • 16 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für ein Teil zur Erfassung von Fehlzündungen veranschaulicht.
    • 17 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb bzw. einen Vorgang zur Erfassung einer Fehlzündung veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ausführungsformen der Offenbarung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die nachstehend beschriebene Ausführungsform der Offenbarung ist ein Beispiel, die Offenbarung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt, und an den folgenden Ausführungsformen können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden.
  • Im Folgenden werden „die Übersicht eines Motorsteuerungssystems 300“, „die funktionelle Konfiguration einer ECU 100“, „die Konfiguration einer Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200“ und „das Prinzip, die Konfiguration, die Funktionsweise bzw. der Vorgang der Fehlzündungserfassung“ der Reihe nach beschrieben.
  • (Übersicht des Motorsteuerungssystems 300)
  • 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration des Motorsteuerungssystems 300 einschließlich eines Motors 1 und der elektrischen Steuereinheit (ECU) 100 zeigt. Das Motorsteuerungssystem 300 führt die Motorsteuerung durch, indem es ein Druckerfassungssignal verwendet, das einer Signalverarbeitung durch die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 unterzogen wird. Das „Druckerfassungssignal“ ist ein Ausgangssignal von einem Drucksensor 30. Um das Verständnis zu erleichtern, wurde die Zündkerze in der Abbildung von 1 weggelassen.
  • Der Motor 1 weist einen Zylinder 2 und einen Kolben 3 auf, die vertikal verschiebbar in den Zylinder 2 passen. Die eine Endseite einer Verbindungsstange bzw. Pleuelstange 4 ist mit dem Kolben 3 verbunden, und die andere Endseite der Pleuelstange 4 ist mit einer Kurbelwelle 5 verbunden. Ein Schwungrad 7 ist mit einem Endteil der Kurbelwelle 5 auf einer nicht dargestellten Getriebeseite drehbar verbunden. In einem vorbestimmten Winkelbereich am Außenumfang des Schwungrades 7 wird ein Impulsgeberrad (Reluktanzrotor) 20, der ein Vorsprung, hergestellt aus einem magnetischen Körper ist, gebildet.
  • Ein elektromagnetischer Aufnehmer 22, der gegenüber der Kurbelwelle 5 angeordnet ist, gibt einen positiven Spannungsimpuls aus, wenn sich das Impulsgeberrad 20 nähert, und gibt einen negativen Spannungsimpuls aus, wenn sich das Impulsgeberrad 20 entfernt. Durch die Formung des Impulses unter Verwendung einer herkömmlichen Impulsformungsschaltung, so dass ein Rechteckimpuls auf Basis positiver und negativer Impulssignale ausgegeben wird, wird bei jeder Umdrehung des Schwungrads 7 ein Rechteckimpuls ausgegeben.
  • Dementsprechend wird in einem Zyklus von „Einlass → Verdichtung → Verbrennung → Auslass“, da sich die Kurbelwelle 5 um 720° dreht, ein Rechtecksignal (Motorrotationssignal) von zwei Impulsen vom elektromagnetischen Aufnehmer 22 in einem Zyklus ausgegeben. Der elektromagnetische Aufnehmer 22 dient somit als Kurbelwinkelgeber, der den Drehwinkel der Kurbelwelle 5 erfasst.
  • Als Ergebnis kann die Drehzahl des Motors 1 auf Basis des Motordrehsignals von dem elektromagnetischen Aufnehmer 22 erhalten werden. Außerdem kann der Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff gezündet wird, auf einen gewünschten Zeitpunkt eingestellt werden, indem die Bildungsstelle des Impulsgeberrads 20 am Außenumfang des Schwungrads 7 in einem geeigneten Winkelbereich eingestellt wird und ein Zündsteuersignal an die Zündkerze auf Basis des Motordrehsignals von dem elektromagnetischen Aufnehmer 22 geliefert wird. Der gewünschte Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der dem oberen Totpunkt (TDC), der Seite des vorgerückten Winkels (vor dem oberen Totpunkt (BTDC)) in Bezug auf den oberen Totpunkt oder der Seite des verzögerten Winkels (nach dem oberen Totpunkt (ATDC)) in Bezug auf den oberen Totpunkt entspricht.
  • Zusätzlich sind ein Einlassrohr 8 und ein Auslassrohr 9 mit dem Zylinderkopf des oberen Teils des Zylinders 2 verbunden. Die Innenseite des Ansaugrohrs 8 dient als Ansaugkanal, um Frischluft von außen in eine Brennkammer 15 zu führen. Zusätzlich sind von der stromaufwärts Seite ein Luftfilter 6 zum Entfernen von Staub usw. der Frischluft, eine Drosselklappe 24 zum Einstellen der Ansaugmenge der Frischluft und eine Einspritzdüse bzw. Injektor 40 zum Durchführen der Kraftstoffeinspritzung usw. im Ansaugkanal angeordnet. Dann wird der Zeitpunkt der Frischluftzufuhr in die Brennkammer 15 durch eine Ventilöffnungs-/Ventilschließungsbetätigung eines Einlassventils 12 gesteuert, das durch eine hier nicht gezeigte Feder in Ventilschließrichtung gedrückt wird.
  • Der Drucksensor 30 erfasst dann einen Verbrennungsdruck, der dem Druck der Brennkammer 15 entspricht, und gibt ein Druckerfassungssignal aus, das den erfassten Verbrennungsdruck anzeigt. Der Drucksensor 30 ist am oberen Teil des Zylinderkopfes angeordnet in einer Haltung, dass die Spitze des Drucksensors 30 zum Inneren der Brennkammer zeigt. Die Stelle, an der der Drucksensor 30 montiert wird, ist nicht auf die in 1 gezeigte Stelle beschränkt. Ebenso wird die hier nicht gezeigte Zündkerze an einer geeigneten Stelle des Zylinderkopfes in einer Haltung angeordnet, bei der die Spitze der Zündkerze zum Inneren der Brennkammer zeigt. Es kann eine Struktur konfiguriert werden, bei der der Drucksensor 30 integral im Inneren der Zündkerze angeordnet ist, oder es kann auch konfiguriert werden, dass der Drucksensor 30 und die Zündkerze getrennt angeordnet sind.
  • Andererseits dient das Innere des Auspuffrohrs bzw. Abgasrohrs 9 als Ablasskanal für das Abgas aus der Brennkammer 15. Dann wird der Zeitpunkt des Abgasaustritts aus der Brennkammer 15 durch eine Ventilöffnungs-/Ventilschließbetätigung eines Auslassventils bzw. Ablassventils 10 gesteuert, das von einer hier nicht gezeigten Feder in eine Ventilschließrichtung gedrückt wird.
  • Signale des elektromagnetischen Aufnehmers 22 und des Drucksensors 30 usw. werden in die ECU 100 eingegeben, die den Betrieb des Motors 1 steuert. Von dem elektromagnetischen Aufnehmer 22 wird das Rechteckimpulssignal als Antwort auf die Motordrehung eingegeben. Das Druckerfassungssignal wird vom Drucksensor 30 eingegeben. Andererseits steuert die ECU 100 die Kraftstoffeinspritzung des Injektors 40 und steuert die Zündung der Zündkerze.
  • Anschließend wird das Druckerfassungssignal von dem Drucksensor 30 einer Signalverarbeitung durch die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 unterzogen. Die ECU 100 führt die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung (Einspritzmenge, Einspritzperiode) durch den Injektor 40 und eine Zündperiode durch die Zündkerze auf Basis des Motordrehzahlsignals und des Druckerfassungssignals durch, die einer Signalverarbeitung durch die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 unterzogen werden.
  • Die Pendelbewegung bzw. Hin- und Herbewegung in vertikaler Richtung des Kolbens 3 innerhalb des Zylinders 2 wird in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 5 umgewandelt. Die Drehbewegung der Kurbelwelle 5 wird über ein Getriebe auf ein Antriebsrad übertragen. So wird durch Wiederholung des Verlaufs „Einlass → Verdichtung → Verbrennung → Auslass“ ein Fahrzeug (eines mit zwei Rädern, vier Rädern usw.) vorwärts bewegt.
  • Darüber hinaus ist 1 ein Konfigurationsbeispiel für den Motor 1 und die ECU 100, die den Motor 1 steuert. Die ECU 100 kann beispielsweise konfiguriert werden, dass sie Kontrolle auf den Motor 1 ausführt, indem sie sich auf die Einlasstemperatur bzw. Ansaugtemperatur, die Kühlwassertemperatur, die Sauerstoffkonzentration im Abgas, den Öffnungsgrad der Drosselklappe usw. des Motors 1 zusätzlich zum Motordrehzahlsignal und dem Druckerfassungssignal bezieht.
  • (Funktionale Konfiguration der ECU 100)
  • 2 ist ein funktionales Konfigurationsdiagramm, das die Funktion der ECU 100 veranschaulicht. Die ECU 100 weist einen Speicherteil 130, einen Motorsteuerungsteil 150, eine Druckerkennungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 und einen Fehlzündungserfassungsteil 400 auf.
  • Der Speicherteil 130 weist ein Programm 132, eine Tabelle 134, einen nichtflüchtigen Speicherbereich 136 und einen Arbeitsbereich 138 auf. Der Arbeitsbereich 138 ist ein temporärer Speicherbereich zum vorübergehenden Speichern verschiedener Parameter in einem Berechnungsvorgang usw., und der nichtflüchtige Speicherbereich 136 ist ein Speicherbereich zum nichtflüchtigen Speichern verschiedener Parameter, die in der Berechnung verwendet werden.
  • Das Motorsteuerungsteil 150 erhält die Kraftstoffeinspritzmenge auf Basis des Druckerfassungssignals, das von der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 usw. ausgegeben wird, und liefert ein Kraftstoffeinspritzsignal reagierend auf die erhaltene Kraftstoffeinspritzmenge an den Injektor 40 zu einem Zeitpunkt, der auf dem Motordrehsignal von dem elektromagnetischen Aufnehmer 22 basiert. Der Injektor 40 spritzt Kraftstoff in der Kraftstoffeinspritzmenge reagierend auf das Kraftstoffeinspritzsignal ein, das von dem Motorsteuerteil 150 geliefert wird.
  • Der Motorsteuerungsteil 150 bestimmt die Zünddauer basierend auf dem Motordrehsignal von dem elektrischen Aufnehmer 22 und steuert die Zündkerze. Darüber hinaus kann das Motorsteuerungsteil 150 die Zünddauer auf Basis des Druckerfassungssignals von der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 zusätzlich zu dem Motordrehsignal von dem elektromagnetischen Aufnehmer 22 steuern.
  • Dann führt das Fehlzündungserfassungsteil 400 die Fehlzündungserfassung auf Basis des Signals durch, das von der Druckerkennungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 ausgegeben wird. Die Konfiguration, der Betrieb usw. des Fehlzündungserfassungsteils 400 wird in den folgenden Absätzen beschrieben.
  • Darüber hinaus ist die in 2 gezeigte funktionale Konfiguration der ECU 100 nur ein Beispiel. Die ECU 100 kann mit anderen funktionalen Konfigurationen als dem Beispiel versehen sein. Als Beispiel ist das Druckerfassungssignal nach der Signalverarbeitung der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 zur Erfassung, Steuerung usw. verschiedener Parameter wie Klopferfassung, Fehlzündungserfassung, Berechnung der Verbrennungsgeschwindigkeit, zusätzlich zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und der Zünddauer anwendbar.
  • (Konfiguration der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200)
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 veranschaulicht. Die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 weist einen Ladungsverstärker 210 und einen digitalen Signalverarbeitungsteil 220 auf. Der digitale Signalverarbeitungsteil 220 weist einen AD-Umwandlungsteil 205, einen Differentialverarbeitungsteil 230, einen Tiefpassfilterteil 240 und einen Driftkorrekturteil 250 auf und ist eine Konfiguration, bei der ein Korrektursignal von dem Driftkorrekturteil 250 zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeführt wird. Das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 ist konfiguriert, dass es der digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung 220 und dem Motorsteuerungsteil 150 zugeführt wird.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration des Drucksensors 30 veranschaulicht. In einem zylindrischen Gehäuse 31 des Drucksensors 30 sind eine Membran 32, die einen Druck P aufnimmt, und ein piezoelektrisches Element 35, das von einem Elektrodenpaar 36 und 37 eingeschlossen ist, implementiert. Die Elektrode 36 ist mit einem geerdeten Leitungsdraht verbunden, und die andere Elektrode 37 ist mit einem Leitungsdraht zum Übertragen eines Druckerfassungssignals Ps des Drucksensors 30 an eine nächste Stufe verbunden. Das piezoelektrische Element 35 erzeugt und gibt reagierend auf eine empfangene Druckstärke eine Ladung aus. Das piezoelektrische Element 35 besteht z.B. aus einem dielektrischen Material wie Zinkoxid (ZnO).
  • Wenn die Membran 32 dem piezoelektrischen Element 35 als Antwort auf die empfangene Druckstärke einen Druck zuführt, erzeugt das piezoelektrische Element 35 eine Ladung, die dem zugeführten Druck entspricht, und gibt die Ladung an den Ladungsverstärker 210 der nächsten Stufe aus. Somit wird die dem Druck P entsprechende Ladung als Druckerfassungssignal Ps an den Ladungsverstärker 210 übertragen.
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des Ladungsverstärkers (Stromverstärkers) 210 veranschaulicht. Der Ladungsverstärker 210 ist konfiguriert, dass eine Parallelschaltung, bei der ein Widerstand 212 mit dem Widerstandswert R1 und ein Kondensator 214 mit der Kapazität C1 parallel geschaltet sind, in Gegenkopplungsverbindung bzw. negativer Rückkopplungsverbindung mit einem Operationsverstärker 211 steht. Ein nicht-invertierender Anschluss des Operationsverstärkers 211 ist geerdet und befindet sich in einem virtuellen geerdeten Zustand. Darüber hinaus kann der Ladungsverstärker 210 auch konfiguriert werden, dass nur der Kondensator 214 in negativer Rückkopplungsverbindung mit dem Operationsverstärker 211 steht.
  • Da die Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers 211 im Idealfall unendlich groß ist, wird die Ladung des piezoelektrischen Elements 35 im Kondensator 214 akkumuliert, und an den beiden Enden des Kondensators 214 wird eine auf die akkumulierte Ladung ansprechende Spannung erzeugt. Somit akkumuliert der Ladungsverstärker 210 die am piezoelektrischen Element 35 erzeugte Ladung und gibt ein entsprechendes Spannungssignal V aus (Q=C1·V, wobei „Q“ die Ladung angibt und „V“ die Ausgangsspannung angibt).
  • Zusätzlich wird ein analoges Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 in den in 3 gezeigten AD-Umwandlungsteil 205 eingegeben, und der AD- Umwandlungsteil 205 wandelt das analoge Eingangssignal in ein digitales Signal um. Der Differentialverarbeitungsteil 230 führt einen Differentialprozess in Bezug auf das digitale Signal durch, das vom AD- Umwandlungsteil 205 einer Analog-Digital-Umwandlung unterzogen wird. Bei dem vom Differentialverarbeitungsteil 230 durchgeführten Differentialverfahren werden die Steigungen der in den Differentialverarbeitungsteil 230 eingegebenen Signale sequentiell erhalten.
  • Indem die digitale Abtastperiode durch den AD-Umwandlungsteil 205 als „T“ und Signale zu verstrichenen Zeiten „T,2·T, 3·T, ..., (n-1)·T, n·T“ als „y(1), y(2), y(3), ...,y(n-1), y(n)“ eingestellt werden, wird der Differentialprozess durch Erhalten von „y(2)-y(1), y(3)-y(2), ..., y(n)-y(n-1)“ realisiert. Mit anderen Worten, der vom Differentialverarbeitungsteil 230 durchgeführte Differentialprozess entspricht dem sequentiellen Erhalten der Differenzen der digitalen Signale.
  • Der Tiefpassfilterteil 240 extrahiert eine Driftkomponente des Differentialsignals, das durch den Differentialverarbeitungsteil 230 dem Differentialprozess unterzogen wird. Der Tiefpassfilterteil 240 kann durch einen Tiefpassfilter realisiert werden, der Driftkomponenten extrahiert, die sich bei Differentialsignalen langsam ändern.
  • Als Beispiel für den Tiefpassfilter kann ein „Bewegungsmittelwertfilter“ verwendet werden. Der „Bewegungsmittelwertfilter“ kann „(y(1)+y(2)+y(3))/3, ..., (y(n-2)+y(n-1)+y(n))/3“ erhalten, indem die digitale Abtastperiode als „T“ und die Signale in den verstrichenen Zeiten „T, 2·T, 3·T, ..., (n-1)·T, n·T“ als „y(1), y(2), y(3), ..., y(n-2), y(n-1), y(n)“ eingestellt werden. Dementsprechend arbeiten der Differentialverarbeitungsteil 230 und der Tiefpassfilterteil 240 zusammen und fungieren als ein Driftkomponenten-Extraktionsteil, der die Driftkomponente des piezoelektrischen Elements 35 extrahiert.
  • Der Bewegungsmittelwertfilter erhält nämlich nacheinander den Mittelwert der vorhergehenden und nächsten n digitalen Signale (wobei n eine ganze Zahl von 3 oder mehr ist) einschließlich eines digitalen Signals von Interesse. Wenn der Wert von n ein größerer Wert ist, kann die Grenzfrequenz bzw. Abschneidefrequenz bzw. Cutoff-Frequenz verringert werden. Zum Beispiel kann durch lineare Änderung des Wertes von n des Bewegungsmittelwertfilters als Antwort auf die Motordrehzahl eine stabile Signalverarbeitung unabhängig von dem Spitzenwert realisiert werden. Als spezifisches Beispiel können die Motordrehzahl und n proportional eingestellt werden.
  • Der Driftkorrekturteil 250 gibt ein Korrektursignal aus, das auf die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeführt wird. Genauer gesagt führt der Driftkorrekturteil 250 eine Rückkopplungssteuerung durch, indem er eine Digital-Analog-Umwandlung eines Spannungssignals durchführt, das einer Differenz zwischen einem vorgegebenen Sollwert und einem extrahierten Signal des Tiefpassfilterteils 240 entspricht, ein Stromsignal, das dem analogen Spannungssignal nach der Digital-Analog-Umwandlung entspricht, als Korrektursignal einstellt und das Stromsignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers anlegt.
  • (Konfiguration des digitalen Signalverarbeitungsteils 220)
  • 6 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines digitalen Signalverarbeitungsteils 220 veranschaulicht. Das Konfigurationsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Drift nur durch eine Differentialregelung (D-Regelung) beseitigt wird. Außerdem wird in den folgenden Beschreibungen die Darstellung des AD-Umwandlungsteils 205, der in einer früheren Stufe des mit 6, 8 und 9 beschriebenen digitalen Signalverarbeitungsteils 220 angeordnet ist, weggelassen.
  • Der in 6 dargestellte digitale Signalverarbeitungsteil 220 weist den Differentialverarbeitungsteil 230, den Tiefpassfilterteil 240, einen Differenzberechnungsteil 251 und einen Korrekturverarbeitungsteil 252 auf. Der in 3 dargestellte Driftkorrekturteil 250 entspricht dem Differenzberechnungsteil 251 und der Korrekturverarbeitung 252.
  • Dann gibt der Tiefpassfilterteil 240 ein extrahiertes Signal aus, das durch Extrahieren der Driftkomponente auf Basis des Differentialsignals, das vom Differentialverarbeitungsteil 230 ausgegeben wird, an den Differentialberechnungsteil 251 erhalten wird. Der Differenzberechnungsteil 251 erhält eine Differenz zwischen einem vorbestimmten ersten Zielwert und dem extrahierten Signal und gibt die Differenz an den Korrekturverarbeitungsteil 252 aus.
  • 7 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des Korrekturverarbeitungsteils 252 veranschaulicht. Der Korrekturverarbeitungsteil 252 weist einen DA (Digital-Analog)-Umwandlungsteil 254 und einen VI-Umwandlungsteil 255 auf. Der DA-Umwandlungsteil 254 führt eine Digital/Analog-Umwandlung des Differenzsignals aus dem Differenzberechnungsteil 251 durch und gibt das umgewandelte Differenzsignal an den VI-Umwandlungsteil 255 aus. Der VI-Umwandlungsteil 255 führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung (VI-Umwandlung) an dem der Digital-Analog-Umwandlung unterzogenen Differenzsignal durch und legt das Stromsignal nach der Spannungs-Strom-Umwandlung als Korrektursignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 an. Der VI-Umwandlungsteil 255 kann auch außerhalb des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 und unmittelbar vor dem Ladungsverstärker 210 angeordnet werden.
  • Das Differenzsignal wird nämlich von dem DA-Umwandlungsteil 254 einer Digital-Analog-Umwandlung unterzogen, und der VI-Umwandlungsteil 255 führt die VI-Umwandlung des Stromsignals durch, das dem der Digitalumwandlung unterzogenen Spannungssignal entspricht, und gibt das umgewandelte Signal an den Ladungsverstärker 210 aus.
  • So führt der in 6 dargestellte digitale Signalverarbeitungsteil 220 eine Rückkopplungssteuerung durch Differentialsteuerung (D-Regelung) unter Verwendung des Differentialverarbeitungsteils 230, des Differenzberechnungsteils 251 und des Korrekturverarbeitungsteils 252 durch.
  • (Konfiguration des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 eines anderen Aspekts)
  • 8 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 eines anderen Aspekts veranschaulicht. Die Konfiguration ist durch Entfernen der Drift gekennzeichnet und durch konstantes Halten der Grundlinie des Druckerfassungssignals durch Differentialsteuerung (D-Steuerung), Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und Integralsteuerung (I-Steuerung), d.h. PID-Steuerung.
  • Im Vergleich zu der Konfiguration von 6 enthält der in 8 dargestellte digitale Signalverarbeitungsteil 220 ferner einen Tiefpassfilterteil 260, einen Differenzberechnungsteil 280, einen Differenzberechnungsteil 281, einen Proportionalverarbeitungsteil 270 und einen Integralverarbeitungsteil 271.
  • Der Tiefpassfilterteil 260 gibt ein Signal aus, erhalten durch Extrahieren einer vorbestimmten Niederfrequenzbandkomponenten des Spannungssignals, ausgegeben von dem Ladungsverstärker 210. Der Differenzberechnungsteil 280 erhält eine Differenz zwischen einem vorbestimmten zweiten Zielwert und dem Ausgangssignal des Tiefpassfilterteils 260, und gibt ein Differenzsignal, das die erhaltene Differenz zu dem proportionalen Verarbeitungsteil 270 anzeigt, aus.
  • In ähnlicher Weise erhält der Differenzberechnungsteil 281 die Differenz zwischen dem vorgegebenen zweiten Zielwert und dem Ausgangssignal des Tiefpassfilterteils 260 und gibt ein Differenzsignal, das die erhaltene Differenz anzeigt, an den Integralverarbeitungsteil 271 aus. Der Differentialverarbeitungsteil 230, der Tiefpassfilterteil 240 und der Differenzberechnungsteil 251, die in 8 dargestellt sind, sind die gleichen wie die in 6 dargestellten.
  • Der Proportionalverarbeitungsteil 270 gibt ein proportionales Signal aus, das durch Multiplizieren des vom Differenzberechnungsteil 280 ausgegebenen Differenzsignals mit einer proportionalen Konstante für den Korrekturverarbeitungsteil 252 erhalten wird. Der Integralverarbeitungsteil 271 gibt ein Integralsignal aus, das durch Durchführen eines Integralprozesses auf dem Differenzsignal erhalten wird, das vom Differenzberechnungsteil 281 an den Korrekturverarbeitungsteil 252 ausgegeben wird.
  • Zusätzlich kann eine Konfiguration angenommen werden, bei der entweder der Differenzberechnungsteil 280 oder der Differenzberechnungsteil 281 angeordnet ist und dessen Ausgang als Eingang sowohl für den Proportionalverarbeitungsteil 270 als auch für den Integralverarbeitungsteil 271 dient.
  • 9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des Korrekturverarbeitungsteils 252 eines anderen Aspekts veranschaulicht. Der Korrekturverarbeitungsteil 252 weist einen Addierteil 253, den DA-Umwandlungsteil 254 und den VI-Umwandlungsteil 255 auf. Der Addierteil 253 stellt ein Additionssignal durch Addition des Eingangssignals ein, und der DA-Umwandlungsteil 254 führt eine Digital-Analog-Umwandlung des Additionssignals durch und gibt das umgewandelte Additionssignal an den VI-Umwandlungsteil 255 aus.
  • Der VI-Umwandlungsteil 255 führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung (VI-Umwandlung) des der Digital-Analog-Umwandlung unterzogenen Additionssignals durch und legt das Stromsignal nach der Spannungs-Strom-Umwandlung als Korrektursignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 an.
  • Das heißt, der Korrekturverarbeitungsteil 252 erhält das Additionssignal durch Addieren der Signale aus dem Differenzberechnungsteil 251, dem Proportionalverarbeitungsteil 270 und dem Integralverarbeitungsteil 271, führt eine Digital-Analog-Umwandlung des erhaltenen Additionssignals durch und führt das der VI-Umwandlung unterzogene Stromsignal in Bezug auf das der Digital-Analog-Wandlung unterzogene Signal als das Korrektursignal zurück zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210.
  • Durch Einstellen der digitalen Abtastperiode als „T“ und Signale in verstrichenen Zeiten „T, 2·T, 3·T, ..., (n-1 )·T, n·T“ als „y(1), y(2), y(3),...y(n-1), y(n)“, der integrale Prozess wird realisiert, indem man „y(1)·T, y(1) · T+y(2) ·T, y(1)·T+y(2)·T+y(3)· T, ..., y(1)· T+y(2) ·T+y(3) · T+...+y(n) · T“ erhält. Mit anderen Worten, der vom Integralverarbeitungsteil 271 durchgeführte Integralvorgang entspricht dem sequentiellen Erhalten der Summen von digitalen Signalen.
  • So ist der in 8 dargestellte digitale Signalverarbeitungsteil 220 konfiguriert, dass er zusätzlich zur Durchführung der Rückkopplungssteuerung durch Differentialsteuerung (D-Steuerung) auch die Rückkopplungssteuerung durch Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und Integralsteuerung (I-Steuerung) unter Verwendung des Proportionalverarbeitungsteils 270, des Integralverarbeitungsteils 271, des Differenzberechnungsteils 280, des Differenzberechnungsteils 281 und des Korrekturverarbeitungsteils 252 durchführt. So kann durch Durchführen von Proportionalsteuerung (P-Steuerung) und Integralsteuerung (I-Steuerung) zusätzlich zur Differentialsteuerung (D-Steuerung) die Annäherung an den Zielwert erleichtert und die Steuerbarkeit weiter verbessert werden.
  • Ein „Schaltungssystem für wechselnde Variation“, das durch den Differentialverarbeitungsteil 230 und den Differenzberechnungsteil 251 gebildet wird, weist die Wirkung, die wechselnd variierende Driftkomponente zu entfernen, und ein „Schaltungssystem zum Beibehalten der Basisspannung“, das durch den Proportionalverarbeitungsteil 270, den Integralverarbeitungsteil 271, den Differenzberechnungsteil 280 und den Differenzberechnungsteil 281 gebildet wird, hat die Wirkung, eine Basislinie beizubehalten, die eine Spannung ist, die als Basis des Druckerfassungssignals gebildet wird.
  • (Betrieb bzw. Vorgang bzw. Funktionsweise)
  • Anschließend wird die Funktionsweise des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. (a) von 10 zeigt ein Ausgangssignal (ein Signal an der durch das Symbol „a“ von 3 gekennzeichneten Stelle) des Ladungsverstärkers 210. Das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 wird mit einer integrierten Driftkomponente gemischt und ändert sich mit der Zeit.
  • Dann wird mit dem Differentialverarbeitungsteil 230 ein Differentialprozess in Bezug auf das in 10 unter (a) gezeigte Signal durchgeführt und ein Signal (ein Signal an der durch ein Symbol „b“ in 3 angegebenen Stelle), wie in 10 unter (b) gezeigt, gebildet. Durch die Funktion des Differentialverarbeitungsteils 230 kann der Driftanteil extrahiert werden. Das heißt, durch Durchführen des Differentialverfahrens kann die Driftkomponente vor der Integration extrahiert werden.
  • Dann dämpft der Tiefpassfilterteil 240 eine Frequenzkomponente, die höher ist als die Grenzfrequenz in dem Signal, gezeigt in (b) von 10, und erhält ein Signal mit sehr geringer alternierender Variation um die Basislinie herum (ein Signal, gezeigt in (c) von 10: ein Signal an der durch das Symbol „c“ von 3 angezeigten Stelle).
  • Der Differenzberechnungsteil 251 extrahiert dann den Wert der Driftkomponente als Differenz zwischen dem ersten Zielwert und dem unter (c) von 10 gezeigten Signal. Hier wird der erste Zielwert z.B. als „0V“ festgelegt. Das heißt, die Driftkomponente wird im Wesentlichen durch die Prozesse des Differentialverarbeitungsteils 230 und des Tiefpassfilterteils 240 extrahiert. Mit anderen Worten, das Differenzsignal aus dem Differenzberechnungsteil 251 und das extrahierte Signal aus dem Tiefpassfilterteil 240 kann als der Eingang des Korrekturverarbeitungsteils 252 verwendet werden, der als das Signal zur Anzeige der Driftkomponente dient. Daher kann auch konfiguriert werden, dass der Differenzberechnungsteil 251 weggelassen wird und das extrahierte Signal aus dem Tiefpassfilterteil 240 als Eingang des Korrekturverarbeitungsteils 252 verwendet werden kann.
  • Dann zeigt (d) von 10 ein Signal (ein Signal an der Stelle eines Symbols (d) in 3) zu dem Zeitpunkt, an dem das Korrektursignal zum Durchführen der Rückkopplungssteuerung auf Basis des extrahierten Signals oder des die Driftkomponente anzeigenden Differenzsignals erhalten wird und das erhaltene Korrektursignal zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeführt wird. Entsprechend dem in 10 (d) angezeigten Signal ist bekannt, dass die Driftkomponente entfernt wird.
  • Zusätzlich wird mit dem Proportionalverarbeitungsteil 270, der einen Proportionalprozess und dem Integralverarbeitungsteil 271, der einen Integralprozess durchführt, die Basislinienspannung des Ausgangssignals des Ladungsverstärkers 210 so korrigiert, dass sie zum eingestellten zweiten Zielwert wird. Wenn der zweite Zielwert beispielsweise auf „0,5 (V)“ eingestellt wird, wird die Basislinienspannung des Ausgangssignals des Ladungsverstärkers 210 auf „0,5 (V)“ gesetzt. Die für die PID-Steuerung erforderlichen Parameter, wie z.B. der erste Zielwert, der zweite Zielwert usw., werden im Voraus nichtflüchtig im nichtflüchtigen Speicher 136 gespeichert.
  • Nach der oben beschriebenen Ausführungsform akkumuliert der Ladungsverstärker 210 die von der piezoelektrischen Komponente 35 als Antwort auf den empfangenen Druck erzeugte Ladung und gibt das entsprechende Spannungssignal aus, und der Differentialverarbeitungsteil 230 gibt das Differentialsignal aus, in dem das Spannungssignal dem Differentialprozess unterzogen wird. Dann extrahiert der Tiefpassfilterteil 240 die Driftkomponente auf Basis des Differentialsignals.
  • Indem das Stromsignal zum Reduzieren der extrahierten Driftkomponente erhalten wird und das gewonnene Stromsignal als Korrektursignal zurück an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 geleitet wird, kann der Driftkorrekturteil 250 die Drift des piezoelektrischen Elements 35 entfernen und ein Druckerfassungssignal mit guter Genauigkeit erhalten.
  • Zusätzlich wird bestätigt, dass durch Anordnen eines Schnittteils bzw. Scheibenteils bzw. Slice-Teil, aufweisend eine Slicing-Funktion bzw. Schneidefunktion zum Unterdrücken eines Signals eines übersteigenden Abschnitts auf ein vorbestimmtes Level zwischen der vorherigen Stufe des Differentialverarbeitungsteils 230 und dem Tiefpassfilterteil 260 und dem Ladungsverstärker 210, wenn der Eingang das vorbestimmte Level überschreitet, eine stabilisierte Drift-Extraktion unabhängig vom Spitzenwert durchgeführt werden kann. Der Slice-Teil kann z.B. durch ein Schaltungselement wie eine Zenerdiode usw. oder ein Programm, das einen Clipping-Prozess ausführt, usw. realisiert werden.
  • Darüber hinaus, gemäß der Druckerfassungs- Signalverarbeitungsvorrichtung 200 der Offenbarung, da das Druckerkennungssignal in der ECU 100 usw. mit hoher Genauigkeit verarbeitet werden kann, kann die Verbrennungsanomalien-Erfassung wie z.B. Fehlzündungserfassung auf Basis des Ausgangssignals der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus ist die obige Konfiguration des Korrekturverarbeitungsteils 252 nur ein Beispiel. Es kann z.B. auch sein, dass die Driftkomponente (der Wert des extrahierten Signals oder des Differenzsignals) und ein der Driftkomponente entsprechender Stromwert des Korrektursignals zugeordnet und im Voraus in der Tabelle 134 registriert werden, und der Korrekturverarbeitungsteil 252 ist mit einem Stromsteuerteil versehen (der in den folgenden Absätzen mit Bezug auf (c) von 16 zu beschreiben ist). Dann kann auch eine Konfiguration angenommen werden, bei der der Stromsteuerteil den der Driftkomponente entsprechenden Stromwert aus der Tabelle 134 liest und das Korrektursignal als gelesenen Stromwert zurück zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers führt.
  • Es kann auch sein, dass die Struktur der Tabelle 134 für das Differenzsignal (oder extrahierte Signal), das Proportionalsignal und das Integralsignal jeweils konstruiert ist und der Stromsteuerteil liest dem Stromwert, der dem Wert von jedem Signal aus jeder Tabelle 134 und führt das Korrektursignal, das als ein Wert ausgebildet ist, erhalten durch Addieren der gelesenen Stromwerte durch den Addierteil 253 zurück zu der Eingangsseite des Ladungsverstärkers. Zusätzlich kann es auch sein, dass der addierte Wert und der dem addierten Wert entsprechende Stromwert zugeordnet und im Voraus in der Tabelle 134 registriert werden, und der Stromsteuerteil den Stromwert, der dem durch das Additionssignal aus dem Additionsteil 253 angezeigten addierten Wert entspricht, als Korrektursignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückführt.
  • Vorstehend wird die Druckerfassungssignal-Verarbeitungsvorrichtung 200 beschrieben, die die Signalverarbeitung zur Erhöhung der Druckerfassungsgenauigkeit in Bezug auf das Drucksignal vom Drucksensor 30 durchführt. Im Folgenden wird ein Beispiel für die Erfassung von Fehlzündungen beschrieben.
  • (Prinzip der Fehlzündungserfassung)
  • Zunächst wird das Prinzip zur Erfassung von Fehlzündungen unter Bezugnahme auf 11, 12, 13 und 14 beschrieben.
  • (a) von 11 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Elementtemperatur und dem Elementwiderstand des piezoelektrischen Elements 35 veranschaulicht. (b) von 11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Elementwiderstand und Ableitstrom bzw. Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 veranschaulicht. (c) von 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem Leckstrom und dem Korrekturstrom (Korrektursignal) des piezoelektrischen Elements 35 veranschaulicht.
  • Das in (a) von 11 gezeigte piezoelektrische Element 35 weist die Eigenschaft eines negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) auf. Das piezoelektrische Element 35 hat nämlich die Eigenschaft, dass mit steigender Elementtemperatur, also der Temperatur des Elements, der Widerstandswert (Elementwiderstand) abnimmt.
  • Wie in (a) von 11 gezeigt, nimmt der Elementwiderstand von „Ra“ auf „Rc“ ab, wenn die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 von „Ta“ auf „Tc“ ansteigt. Andererseits, wenn die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 von „Ta“ auf „Tb“ sinkt, steigt der Elementwiderstand von „Ra“ auf „Rb“.
  • Wie in (b) von 11 gezeigt, nimmt der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 von „Ra“ auf „Rb“ zu, wenn der Elementwiderstand des piezoelektrischen Elements 35 von „ia“ auf „ib“ abnimmt. Andererseits, wenn der Elementwiderstand des piezoelektrischen Elements 35 von „Ra“ auf „Rc“ abnimmt, steigt der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 von „ia“ auf „ic“.
  • Wie in (c) von 11 gezeigt, steigt außerdem der Korrekturstrom von „IHa“ auf „IHc“, wenn der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 von „ia“ auf „ic“ ansteigt. Wenn andererseits der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 von „ia“ auf „ib“ abnimmt, sinkt der Korrekturstrom von „IHa“ auf „IHb“.
  • Demnach steigt der Korrekturstrom mit zunehmender Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35, da der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 zunimmt. Wenn andererseits die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 abnimmt, verringert sich der Korrekturstrom, weil der Leckstrom des piezoelektrischen Elements 35 abnimmt.
  • Nämlich, dass der Korrekturstrom mit zunehmender Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 zunimmt, während der Korrekturstrom mit abnehmender Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 abnimmt. Da die Elementtemperatur und der Korrekturstrom eindeutig einander entsprechen, ist die Änderung der Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 bekannt, wenn die Änderung des Wertes des Korrekturstroms bekannt ist. Hier entspricht der Korrekturstrom dem „Korrektursignal“, das von dem Driftkorrekturteil 250 ausgegeben wird, das in der Druckerfassungssignalverarbeitungsvorrichtung 200 enthalten ist.
  • Da hier die Verbrennung in der Brennkammer 15 bei einer Fehlzündung im Motor 1 nicht erfolgt, sinkt auch die Umgebungstemperatur des Drucksensors 30, der in einer der Brennkammer 15 zugewandten Haltung angeordnet ist. Als Folge davon sinkt auch die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35, das den Drucksensor 30 bildet.
  • Wenn dann die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 abnimmt, verringert sich der Wert des von dem Driftkorrekturteil 250 ausgegebenen Korrektursignals. Daher kann das Auftreten von Fehlzündungen auf Basis der Veränderung des Wertes des Korrektursignals erfasst werden. Das Auftreten von Fehlzündungen schließt hier den Fall ein, dass die Verbrennung intermittierend nicht durchgeführt wird und den Fall, dass die Verbrennung für eine vorbestimmte Zeitspanne kontinuierlich nicht durchgeführt wird.
  • 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Variationen der Werte, wie z.B. des Korrektursignals, beim Auftreten einer Fehlzündung anzeigt. Der oberste Teil von 12 veranschaulicht die zeitliche Variation des Ausgangssignals „Vorkorrektursignal“ des Drucksensors 30, und der unterste Teil von 12 veranschaulicht die zeitliche Variation des Ausgangssignals „korrigierte Verbrennungsdruckwellenform“ von der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200. Wie zuvor beschrieben, wird bei der Signalverarbeitung durch die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 die Driftkomponente im „Vorkorrektursignal“ entfernt und die „korrigierte Verbrennungsdruckwellenform“ gebildet. Das Ausgangssignal „Vorkorrektursignal“ ist das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 vor der Korrektur, und das Ausgangssignal „korrigierte Verbrennungsdruckwellenform“ ist das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 nach der Korrektur.
  • Das zweite und dritte Diagramm von oben in 12 sind jeweils die zeitliche Variation der „Elementtemperatur“ des piezoelektrischen Elements 35 und die zeitliche Variation des Wertes des „Korrektursignals“. Das „Korrektursignal“ entspricht dem Korrektursignal, das dem Driftkorrekturteil 250 entspricht.
  • Wie durch die kreisförmige gepunktete Linie eines Symbols A in 12 angezeigt wird, nimmt die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 als Antwort auf die auftretende Fehlzündung ab, da ein Nichtverbrennungszustand bei der Fehlzündung auftritt. Als Ergebnis ist bekannt, dass die Korrekturschaltung (Korrektursignal) abnimmt (in Bezug auf den gepunkteten Linienteil des Symbols A).
  • 13 ist eine vergrößerte Ansicht des gepunkteten Linienteils des Symbols A in 12. Wie in 13 dargestellt, nimmt der Wert des Korrekturstroms (Korrektursignal) mit dem Auftreten der Fehlzündung ab. Wenn sich die Verbrennung des Motors normalisiert und die auftretende Fehlzündung aufgelöst wird, steigt der Wert des Korrekturstroms (Korrektursignal) wieder an.
  • In diesem Beispiel ändert sich nämlich der Wert des Korrekturstroms (Korrektursignal) in negative Richtung und weist einen Mindestwert auf. Wie in 13 dargestellt, kann durch Einstellen des Änderungsbetrags des Korrekturstroms (Korrektursignal) in negativer Richtung als „Δi“ das Auftreten einer Fehlzündung auf Basis von „Δi“ und einem ersten vorgegebenen Wert (einem im Voraus festgelegten Referenzwert für das Auftreten einer Fehlzündung) erfasst werden.
  • Genauer gesagt, kann in dem Fall, dass Δi höher oder gleich dem ersten vorgegebenen Wert ist, das Auftreten einer Fehlzündung erfasst werden. Dementsprechend kann durch Auswerten des Änderungsbetrags des Wertes des Korrektursignals das Auftreten einer Fehlzündung erfasst werden. Der erste vorbestimmte Wert kann im Voraus auf Basis der Ergebnisse verschiedener Simulationen, Experimente usw. bestimmt werden.
  • Darüber hinaus kann das Auftreten einer Fehlzündung auch auf Basis einer zeitlichen Variationsrate des Wertes des Korrektursignals und eines zweiten vorgegebenen Wertes (ein zweiter, im Voraus festgelegter Referenzwert für das Auftreten einer Fehlzündung) erfasst werden. Genauer gesagt, wenn die Zeit, die der Änderungsbetrag des Wertes des Korrekturstroms (Korrektursignal) in negativer Richtung benötigt, um Δi zu erreichen, auf „Δt“ eingestellt ist, kann in dem Fall, dass „Δi/Δt“ größer oder gleich dem zweiten vorgegebenen Wert ist, das Auftreten einer Fehlzündung erfasst werden.
  • Dementsprechend kann durch das Auswerten der zeitlichen Variationsrate des Wertes des Korrektursignals das Auftreten einer Fehlzündung erfasst werden. Wie der erste vorbestimmte Wert kann auch der zweite vorbestimmte Wert im Voraus auf Basis der Ergebnisse verschiedener Simulationen, Experimente usw. bestimmt werden.
  • Darüber hinaus kann hinsichtlich der Methode zum Erfassen einer Fehlzündung, die auf der Variation des Wertes des Korrekturstroms (Korrektursignal) basiert, eine Methode zum Kombinieren der Bewertung des Variationsbetrags und der Bewertung der zeitlichen Variationsrate oder auch andere Methoden angewandt werden.
  • 14 ist ein Diagramm, in dem die Temperatureigenschaft von Zinkoxid (ZnO), das ein Beispiel für das piezoelektrische Element 35 ist, und die Temperatureigenschaft von Kristall, das ein weiteres piezoelektrisches Element ist, verglichen werden. Das piezoelektrische Element 35 hat eine negative Temperatureigenschaft, bei der der Elementwiderstand als Antwort auf den Anstieg der Elementtemperatur abnimmt. Unter den Materialien hat Zinkoxid (ZnO) eine besonders hohe Empfindlichkeit von z.B. 100 °C bis 200 °C und ist daher für die Offenbarung geeignet.
  • Gemäß Versuchen usw. wird bestätigt, dass die Temperatur im Inneren der Brennkammer 15, der der Drucksensor 30 einschließlich des piezoelektrischen Elements 35 gegenübergestellt wird, im Bereich von etwa 100 °C bis etwa 200 °C liegt. Der Widerstandswert von ZnO ändert sich signifikant, wenn sich die Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs ändert. Da sich der Wert des Korrekturstroms in Abhängigkeit von der Variation der Elementtemperatur signifikant ändert, kann daher, wie in 11 gezeigt, eine Fehlzündung genauer erfasst werden.
  • (Konfiguration der Fehlzündungserfassung)
  • 15 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für eine Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, aufweisend eine Fehlzündungserfassungsfunktion, darstellt. Die Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung weist den Ladungsverstärker 210, den digitalen Signalverarbeitungsteil 220 und einen Fehlzündungserfassungsteil 400 auf.
  • Der digitale Signalverarbeitungsteil 220 weist den AD-Umwandlungsteil 205, den Differentialverarbeitungsteil 230, den Tiefpassfilterteil 240 und den Driftkorrekturteil 250 auf und ist in einer Konfiguration, in der ein Korrektursignal vom Driftkorrekturteil 250 zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeführt wird. Das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers 210 wird der digitalen Signalverarbeitungsvorrichtung 220 und dem Motorsteuerungsteil 150 zugeführt.
  • Die Konfigurationen des Ladungsverstärkers 210 und des digitalen Signalverarbeitungsteils 220 sind die gleichen wie die oben mit Bezug auf 3 beschriebenen. Der Fehlzündungserfassungsteil 400 erfasst das Auftreten einer Fehlzündung auf Basis des Korrektursignals von dem Driftkorrekturteil 250. 16 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel für die Fehlzündungserfassungsteil 400 und den Driftkorrekturteil 250 zeigt.
  • (a) von 16 ist ein grundlegendes Konfigurationsbeispiel für die Offenbarung. Der Driftkorrekturteil 250 in 16 weist den Differenzberechnungsteil 251, der das Differenzsignal berechnet, das der Differenz zwischen dem vorgegebenen Zielwert und dem durch den Tiefpassfilterteil 240 und den Korrekturverarbeitungsteil 252 extrahierten Signal entspricht, wobei das Korrektursignal auf Basis des Differenzsignals erzeugt und an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückgeführt wird.
  • In (a) von 16 erfasst der Fehlzündungserfassungsteil 400 auf Basis des Korrektursignals des Driftkorrekturteils 250 (genauer gesagt, des Korrekturverarbeitungsteils 252), dass eine Fehlzündung auftritt.
  • Der Driftkorrekturteil 250 in (b) von 16 ist derselbe, der durch dasselbe Referenzsymbol in (a) von 16 angezeigt wird, und der Fehlzündungserfassungsteil 400 erkennt auf Basis des Differenzsignals aus dem Differenzberechnungsteil 251, dass eine Fehlzündung auftritt. Das heißt, in dem Konfigurationsbeispiel erfasst der Fehlzündungserfassungsteil 400 auf Basis des Differenzsignals anstelle des Korrektursignals, dass eine Fehlzündung auftritt.
  • (c) von 16 ist in der Konfiguration des Korrekturverarbeitungsteils 252, der den Driftkorrekturteil 250 bildet, gekennzeichnet. Der Korrekturverarbeitungsteil 252 weist einen Stromsteuerungsteil 256, den DA-Umwandlungsteil und den VI-Umwandlungsteil 255 auf.
  • Der Stromsteuerteil 256 erhält den Stromwert, der dem Differenzsignal-Ausgang des Differenzberechnungsteils 251 zugeordnet ist, indem er sich auf die registrierten Inhalte der Tabelle 134 bezieht, und gibt das Signal, das den erhaltenen Stromwert anzeigt, an den DA-Umwandlungsteil 254 aus. Der DA-Umwandlungsteil 254 führt eine Digital/Analog-Umwandlung des vom Stromsteuerteil 256 ausgegebenen Signals durch und gibt das umgewandelte Signal an den VI-Umwandlungsteil 255 aus. Der VI-Umwandlungsteil 255 führt eine Spannungs-Strom-Umwandlung (VI-Umwandlung) an dem der Digital-Analog-Umwandlung unterzogenen Signal durch und führt das Stromsignal nach der Spannungs-Strom-Umwandlung als Korrektursignal wieder der Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zu. Das heißt, der Stromwert des Korrektursignals (Stromsignals) ist der aus der Tabelle 134 erhaltene Stromwert.
  • In der Konfiguration von (c) von 16 erfasst das Fehlzündungserfassungsteil 400 das Auftreten einer Fehlzündung auf Basis des aus der Tabelle 134 gelesenen Stromwertes. Das heißt, dass das Fehlzündungserfassungsteil 400 die Fehlzündungserfassung auf Basis des vom Stromsteuerungsteil 256 ausgegebenen Signals durchführt. Zusätzlich kann in der Konfiguration von (c) von 16 die Fehlzündungserfassung auf Basis des Signals durchgeführt werden, das nach der Digital-Analog-Umwandlung des vom Stromsteuerteil 256 ausgegebenen Signals durch das DA-Umwandlungsteil 254 erhalten wird, und kann auch auf Basis des Signals durchgeführt werden, das nach der VI-Umwandlung durch das VI-Umwandlungsteil 255 erhalten wird.
  • Das heißt, der Fehlzündungserfassungsteil 400 kann auch den Stromwert des Korrektursignals (Stromsignals) aus einem als digitaler Spannungswert angezeigten Signal erhalten, den Stromwert des Korrektursignals (Stromsignals) aus einem als analoger Spannungswert angezeigten Signal erhalten oder den Stromwert des Korrektursignals (Stromsignals) aus dem Stromwert des Stromsignals selbst erhalten.
  • Darüber hinaus kann in der Konfiguration von (c) von 16 die Fehlzündungserfassung auch auf Basis des Differenzsignals erfolgen, das dem aktuellen Steuerteil 256 zugeführt wird. Dabei erhöht sich nach dem Anstieg der Driftkomponente der Wert des rückzuführenden Korrektursignals, um die Driftkomponente aufzuheben. Das heißt, der Zusammenhang zwischen der Driftkomponente und dem Wert des Korrektursignals ist ein Zusammenhang, der proportional ist.
  • Daher kann anstelle des Korrektursignals auch eine Fehlzündungserfassung auf Basis des Differenzsignals durchgeführt werden, das die extrahierte Driftkomponente anzeigt. Außerdem ist die extrahierte Driftkomponente, wie oben beschrieben, nicht auf das Differenzsignal beschränkt. Da die extrahierte Driftkomponente auch durch das extrahierte Signal angezeigt werden kann, kann die Fehlzündungserfassung auch auf Basis des extrahierten Signals durchgeführt werden.
  • Wie oben beschrieben, kann das Fehlzündungserfassungsteil 400 eine Fehlzündung auf Basis des Korrektursignals vom Driftkorrekturteil 252, des Differenzsignals von dem Differenzberechnungsteil 251, des Signals, das den aktuellen Wert des Korrektursignals vom Stromsteuerteil 256 anzeigt, usw. erfassen.
  • Zum Beispiel kann im Korrekturverarbeitungsteil 252 der in (a) von 16 bis (c) von 16 gezeigten Konfiguration die Erfassung einer Fehlzündung auch auf Basis eines Signals (digitales Korrektursignal) durchgeführt werden, das durch eine AD-Umwandlung des vom VI-Umwandlungsteils 255 zum Ladungsverstärker 210 zurückgeführten Korrektursignals erhalten wird, oder die Erfassung einer Fehlzündung kann auch auf Basis eines Signals durchgeführt werden, das durch eine weitere AD-Umwandlung des Signals vom DA-Umwandlungsteil 254 erhalten wird.
  • Wenn die Tabelle 134 für das Signal von jedem aus dem Differenzberechnungsteil 251, dem Proportionalverarbeitungsteil 270 und dem Integralverarbeitungsteil 271 konstruiert ist, kann die Erkennung einer Fehlzündung auch auf Basis eines Wertes durchgeführt werden, der durch Addieren des aus jeder Tabelle 134 gelesenen Stromwertes erhalten wird. Außerdem kann in dem Fall, dass die Tabelle 134, die den zusätzlichen Wert mit dem Stromwert verknüpft, konstruiert wird, die Erfassung einer Fehlzündung auch auf Basis des Stromwerts durchgeführt werden, der dem zusätzlichen Wert entspricht, der durch das Additionssignal aus dem Additionsteil 253 angezeigt wird.
  • Kurz gesagt, das Fehlzündungserfassungsteil 400 kann das Auftreten einer Fehlzündung auf Basis des vom Driftkorrekturteil 250 erzeugten Korrektursignals oder eines Signals (Differenzsignal usw.), das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird und zur Beseitigung der Driftkomponente dient, erfassen. Das heißt, das Signal zum Entfernen der Driftkomponente ist äquivalent zu dem Signal zur Erzeugung des Korrektursignals und enthält ein Signal, das die Driftkomponente selbst anzeigt, und ein Signal, das auf Basis des Signals erzeugt wird und eine Relation zum Korrektursignal hat.
  • (Fehlzündungserfassung)
  • (Erstes Vorgangsbeispiel)
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das das erste Betriebsbeispiel veranschaulicht, bei dem der Fehlzündungserfassungsteil 400 eine Fehlzündungserfassung durchführt, (a) von 17 zeigt das erste Vorgangsbeispiel eines Fehlzündungserfassungsvorgangs. Die Funktionsweise bzw. der Vorgang des Fehlzündungserfassungsteils 400 wird unter Bezugnahme auf 13 und 17 beschrieben.
  • Zunächst wertet das Fehlzündungserfassungsteil 400 im Schritt S1710 den Änderungsbetrag des Korrekturstroms als Beispiel für das Korrektursignal aus. Das Fehlzündungserfassungsteil 400 erhält den Variationsbetrag („Δi“ von 13) in der negativen Richtung in der Variation des Wertes des Korrektursignals. Der Variationsbetrag kann z.B. dadurch erhalten werden, dass man einen Variationsbetrag von einem Variationsstartpunkt in negativer Richtung bis zu einem Mindestpunkt (einem Extrempunkt, an dem der Mindestwert erfasst wird) im Korrektursignal erhält.
  • Dann wird in Schritt S1720 durch den Fehlzündungserfassungsteil 400 bestimmt, ob der Variationsbetrag (Δi) größer oder gleich einem ersten Sollwert ist. Wenn festgestellt wird, dass der Abweichungsbetrag (Δi) größer oder gleich dem ersten Sollwert (JA in Schritt S1720) ist, fährt das Fehlzündungserfassungsteil 400 mit Schritt S1730 fort, betrachtet das Auftreten einer Fehlzündung als erfasst, führt die Steuerung entsprechend der Erfassung des Auftretens der Fehlzündung aus, wie z.B. das Setzen eines Flags usw., und kehrt zu Schritt S1710 zurück.
  • Andererseits fährt der Fehlzündungserfassungsteil 400 in Schritt S1720, wenn festgestellt wird, dass der Variationsbetrag (Δi) nicht größer oder gleich dem ersten eingestellten Wert (NEIN in Schritt S1720) ist, mit Schritt S1740 fort, setzt die „normale Verbrennung“ ein, wenn eine Fehlzündung nicht erfasst wird, führt die Kontrolle entsprechend der nicht erfassten Fehlzündung aus und kehrt zu Schritt S1710 zurück.
  • Durch Auswerten des Änderungsbetrags der Änderung des Wertes des Korrektursignals wie oben beschrieben kann das Fehlzündungserfassungsteil 400 die Fehlzündungserfassung durchführen.
  • (zweites Vorgangsbeispiel)
  • (b) von 17 zeigt das zweite Vorgangsbeispiel der Fehlzündungserfassung. Zunächst wird im Schritt S1710 im Fehlzündungserfassungsteil 400 die zeitliche Änderungsrate des Korrekturstroms als Beispiel für das Korrektursignal ausgewertet. Das Fehlzündungserfassungsteil 400 erhält die zeitliche Variationsrate „Δi/Δt“ des Wertes des Korrektursignals. Die zeitliche Variationsrate erhält man z.B., indem man den Variationsbetrag vom Variationsstartpunkt in die negative Richtung bis zum Minimalpunkt im Korrektursignal durch die Zeit dividiert, in der die Variation des Variationsbetrages auftritt.
  • Dann wird in Schritt S1760 durch das Fehlzündungserfassungsteil 400 bestimmt, ob „Δi/Δt“ größer oder gleich einem zweiten eingestellten Wert ist. Wenn festgestellt wird, dass „Δi/Δt“ größer oder gleich dem zweiten Sollwert ist (JA in Schritt S1760), fährt der Fehlzündungserfassungsteil 400 mit Schritt S1770 fort, betrachtet das Auftreten einer Fehlzündung als erfasst, führt die Steuerung entsprechend der Erfassung einer Fehlzündung aus, wie z.B. das Setzen eines Flags usw., und kehrt zu Schritt S1750 zurück.
  • Andererseits wird in Schritt S1760 im Falle der Feststellung, dass „Δi/Δt“ nicht größer oder gleich dem zweiten eingestellten Wert (NEIN in Schritt S1760) ist, der Fehlzündungserfassungsteil 400 zu Schritt S1780 übergehen, die „normale Verbrennung“ einstellen, wenn eine Fehlzündung nicht erfasst wird, die Steuerung entsprechend der Nicht-Erfassung einer Fehlzündung ausführen und zu Schritt S1750 zurückkehren.
  • Durch Auswerten der zeitlichen Variationsrate des Wertes des Korrektursignals wie oben beschrieben, kann der Fehlzündungserfassungsteil 400 die Fehlzündungserfassung durchführen.
  • Als Antwort auf Erfassen einer Fehlzündung in Schritt S1730 und S1770 liefert das Fehlzündungserfassungsteil 400 ein Signal dieses Inhalts an das Motorsteuerungsteil 150, und das Motorsteuerungsteil 150, das das Signal empfängt, kann verschiedene Motorsteuerungen ausführen, wie z.B. die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch den Injektor 40.
  • Wie oben beschrieben, erzeugt der Driftkorrekturteil 250 entsprechend der Ausführungsform der Offenbarung das Korrektursignal zum Entfernen der vom Differentialverarbeitungsteil 230 extrahierten Driftkomponente, der Tiefpassfilterteil 240 (Driftkomponenten-Extraktionsteil) und führt das Korrektursignal zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurück, und der Fehlzündungserfassungsteil 400 erfasst auf Basis des Korrektursignals eine Fehlzündung (Verbrennungsanomalie).
  • Durch Entfernen der Drift des Druckerfassungssignals vom Drucksensor 30 einschließlich des piezoelektrischen Elements 35 zum Erhöhen der Druckerfassungsgenauigkeit kann daher die Erfassungsgenauigkeit des Erfassens von Fehlzündungen erhöht werden.
  • Zusätzlich erhält man mit dem Driftkorrekturteil 250 einschließlich der Tabelle 134, in der der dem Korrektursignal äquivalente Stromwert und die Driftkomponente (der Wert des Differenzsignals oder des extrahierten Signals) zugeordnet und registriert werden, den der extrahierten Driftkomponente zugeordneten Stromwert durch Bezugnahme auf die registrierten Inhalte der Tabelle 134, und das dem erhaltenen Stromwert äquivalente Stromsignal an die Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 sowie den Fehlzündungserfassungsteil 400, der das Auftreten einer Fehlzündung auf Basis des Stromsignals erfasst, zurückführt, wird die Druckerfassungsgenauigkeit durch das Entfernen der Drift des Drucksensors 30 erhöht. Entsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit der Fehlzündungserfassung erhöht werden.
  • Zusätzlich wird mit dem Driftkorrekturteil 250, der das Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers 210 zurückführt, sowie mit dem Fehlzündungserfassungsteil 400, der das Auftreten einer Fehlzündung auf der Basis des auf der extrahierten Driftkomponente basierenden Signals erfasst und zum Erzeugen des Korrektursignals dient, die Drift des Drucksensors 30 ebenfalls beseitigt, um die Druckerfassungsgenauigkeit zu erhöhen. Entsprechend kann die Erfassungsgenauigkeit der Fehlzündungserfassung erhöht werden.
  • (Temperaturschätzprozess)
  • Gemäß der Ausführungsform der Offenbarung kann neben der Fehlzündungserfassung auch die Temperatur in der Brennkammer 15 geschätzt werden.
  • Wie oben beschrieben, erhöht sich der Korrekturstrom, wenn die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 ansteigt, und verringert sich die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35, so sinkt der Korrekturstrom. Da die Elementtemperatur und der Korrekturstrom eindeutig einander entsprechen, ist also die Variation der Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 bekannt, wenn die Variation des Wertes des Korrekturstroms bekannt ist.
  • Da der Drucksensor 30 in einer dem Inneren der Brennkammer 15 zugewandten Haltung angeordnet ist, entspricht die Elementtemperatur des piezoelektrischen Elements 35 außerdem der Temperatur im Inneren der Brennkammer 15. Das heißt, da das Korrektursignal des Driftkorrekturteils 250 und die Temperatur im Inneren der Brennkammer 15 eindeutig abgebildet werden und die Variation des Korrektursignals der Temperaturschwankung entspricht, kann die Temperatur im Inneren der Brennkammer 15 auf Basis des Korrektursignals geschätzt werden.
  • Dementsprechend kann die ECU 100 weiterhin einen Temperaturschätzungsteil aufweisen (nicht dargestellt). Der Temperaturschätzungsteil schätzt die Temperatur innerhalb der Brennkammer 15 auf Basis des Korrektursignals, das vom Driftkorrekturteil 250 der Druckerfassungssignalverarbeitungsvorrichtung 200 ausgegeben wird.
  • Genauer gesagt kann der Temperaturschätzteil so konfiguriert werden, dass er sich auf eine Tabelle bezieht, in der das Korrektursignal und die Temperatur abgebildet und registriert werden, die dem Korrektursignal entsprechende Temperatur erhält und die erhaltene Temperatur ausgibt. Das Korrektursignal ist der Korrekturstrom usw., wie oben beschrieben. Zusätzlich wird die Tabelle z.B. in dem Speicherteil 130 gespeichert.
  • Dann gibt der Temperaturschätzungsteil ein Temperatursignal, das die geschätzte Temperatur angibt, an das Motorsteuerungsteil 150 usw. aus. Daher benötigt das Motorsteuerungsteil 150 keinen Temperatursensor, während es in der Lage ist, verschiedene Steuerungen unter Verwendung der Temperatur innerhalb des Brennraums 15 auf Basis des Temperatursignals von dem Temperaturschätzungsteil durchzuführen.
  • Zu dem Zeitpunkt, an dem der Temperaturschätzteil die Temperatur innerhalb eines Verbrennungsmotors schätzt, kann die Temperaturschätzung neben dem Korrektursignal auch auf Basis eines Signals (Differenzsignal usw.) durchgeführt werden, das zum Erzeugen des Korrektursignals wie des Differenzsignals dient, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird und zum Entfernen der Driftkomponente dient.
  • Die oben beschriebenen Vorgänge können durch einen Prozessor, wie z.B. eine CPU, einen digitalen Signalprozessor (DSP) usw., realisiert werden, der ein Programm ausführt. Darüber hinaus kann die Offenbarung auch ein nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium bereitstellen, auf dem das Programm aufgezeichnet wird. Beispiele für ein nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium, auf dem das Programm aufgezeichnet wird, sind Halbleiterelemente wie ROM usw. Der Typ des Aufzeichnungsmediums ist nicht besonders begrenzt, solange das darin gespeicherte Programm mit einem Mittel zum Lesen bzw. Lesegerät gelesen und auf einem Computer ausgeführt werden kann.
  • Während in dem Motorsteuerungssystem 300 von 1 die Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 und der Fehlzündungserfassungsteil 400 konfiguriert sind, sodass sie innerhalb der ECU 100 angeordnet sind, kann es sich auch um eine Systemkonfiguration handeln, bei der die ECU 100 und der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsteil 200 sowie der Fehlzündungserfassungsteil 400 getrennt angeordnet sind und das Druckerfassungssignal von der Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung 200 und ein Signal, das das Ergebnis der Fehlzündungserfassung durch den Fehlzündungserfassungsteil 400 anzeigt, der ECU 100 zugeführt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    Motor
    30:
    Drucksensor
    35:
    Piezoelektrisches Element
    36, 37:
    Elektrode
    100:
    ECU
    200:
    Druckerfassungs-Signalverarbeitungsvorrichtung
    210:
    Ladungsverstärker
    211:
    Operationsverstärker
    212:
    Widerstand
    214:
    Kondensator
    205:
    AD-Umwandlungsteil
    220:
    Digitaler Signalverarbeitungsteil
    230:
    Differentialverarbeitungsteil
    240:
    Tiefpassfilter-Teil
    250:
    Driftkorrekturteil
    251:
    Differenzberechnungsteil
    252:
    Korrekturverarbeitungsteil
    400:
    Fehlzündungserfassungsteil
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 62118031 [0005]
    • JP 7139416 [0005]

Claims (15)

  1. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, die ein Auftreten einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors (1) auf Basis eines Signals erfasst, erhalten durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors (30), umfassend ein piezoelektrisches Element (35), das reagierend auf einen empfangenen Druck eine Ladung erzeugt, wobei die Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung umfasst: einen Ladungsverstärker (210), der ein Spannungssignal, auf Basis der Ladung, ausgibt; einen Driftkomponenten-Extraktionsteil (240), der eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements (35) auf Basis des Spannungssignals extrahiert; einen Driftkorrekturteil (250), der ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210) zurückführt; und ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400), das auf Basis des Korrektursignals erfasst, dass die Verbrennungsanomalie auftritt.
  2. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400) ein Auftreten von einer Fehlzündung als die Verbrennungsanomalie auf Basis einer Änderung eines Wertes des Korrektursignals erfasst.
  3. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400) das Auftreten von der Fehlzündung auf Basis eines Änderungsbetrags des Wertes des Korrektursignals in einer negativen Richtung und eines ersten Fehlzündungs-Auftritts-Referenzwertes, der im Voraus festgelegt wurde, erfasst.
  4. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400) das Auftreten der Fehlzündung auf Basis einer zeitlichen Änderungsrate des Wertes des Korrektursignals und eines zweiten, Fehlzündungs-Auftritts-Referenzwert, der im Voraus festgelegt wurde, erfasst.
  5. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Widerstandswert des piezoelektrischen Elements (35) eine negative Temperatureigenschaft aufweist.
  6. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei ein Material des piezoelektrischen Elements (35) Zinkoxid ist.
  7. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Driftkomponenten-Extraktionsteil (250) umfasst: einen Differentialverarbeitungsteil (230), der einen Differentialprozess in Bezug auf das Spannungssignal durchführt; und ein Tiefpassfilter (240), der eine Niederfrequenzbandkomponente eines Signals, das dem Differentialprozess unterworfenen ist, extrahiert.
  8. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Driftkorrekturteil (250) einen Registrierteil umfasst, der einen Stromwert des rückzuführenden Korrektursignals in der Driftkomponente mit jedem von einer Vielzahl von Werten verknüpft, die die Driftkomponente erhalten kann, und den Stromwert registriert, den Stromwert erhält, mit der extrahierten Driftkomponente durch Bezugnehmen auf registrierte Inhalte des Registrierteils, und ein Stromsignal zur Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210) zurückführt, wobei das Stromsignal dem erhaltenen Stromwert äquivalent ist und als das Korrektursignal betrachtet wird, und wobei der Verbrennungsanomalien-Erfassungsteil (400) das Auftreten von der Fehlzündung auf Basis des Stromsignals erfasst.
  9. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend einen Temperaturschätzteil, der eine Temperatur in dem Verbrennungsmotor (1) auf Basis des Korrektursignals schätzt.
  10. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, die das Auftreten einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors (1) auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors (30) erhalten wird, umfassend ein piezoelektrisches Element (35), das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck erzeugt, wobei die Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung umfasst: einen Ladungsverstärker (210), der ein Spannungssignal, entsprechend der Ladung, ausgibt; einen Driftkomponenten-Extraktionsteil (240), der eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements auf Basis des Spannungssignals extrahiert; einen Driftkorrekturteil (250), der ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210) zurückführt, und ein Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400), der erfasst, dass die Verbrennungsanomalie auf Basis eines Signals auftritt, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird, und das zum Erzeugen des Korrektursignals dient.
  11. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Verbrennungsanomalie-Erfassungsteil (400) ein Auftreten von einer Fehlzündung als die Verbrennungsanomalie auf Basis einer Variation eines Wertes des Signals erfasst, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird.
  12. Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, die ferner einen Temperaturschätzteil umfasst, der eine Temperatur in dem Verbrennungsmotor (1) auf Basis des Signals schätzt, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird.
  13. Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren, das ein Auftreten von einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors (1) auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors (30) erhalten wird, umfassend ein piezoelektrisches Element (35), das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck erzeugt, wobei das Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren umfasst: einen Schritt zum Extrahieren einer Driftkomponente des piezoelektrischen Elements (35) auf Basis eines Spannungssignals, das der Ladung von einem Ladungsverstärker (210) entspricht, der das Spannungssignal ausgibt; einen Schritt zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und zum Zurückführen des Korrektursignals zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210); und ein Schritt zum Erfassen der Verbrennungsanomalie auf Basis des Korrektursignals.
  14. Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren, das ein Auftreten von einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors (1) auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors (30) erhalten wird, umfassend ein piezoelektrisches Element (35), das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck erzeugt, wobei das Verbrennungsanomalie-Erfassungsverfahren umfasst: einen Schritt zum Extrahieren einer Driftkomponente des piezoelektrischen Elements (35) auf Basis eines Spannungssignals, das der Ladung von einem Ladungsverstärker (210) entspricht, der das Spannungssignal ausgibt; einen Schritt zum Erzeugen eines Korrektursignals zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente und Zurückführen des Korrektursignals zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210); und einen Schritt zum Erfassen, dass die Verbrennungsanomalie auftritt, auf Basis eines Signals, das auf Basis der extrahierten Driftkomponente erzeugt wird und zur Erzeugung des Korrektursignals dient.
  15. Programm zum Realisieren, in einer Verbrennungsanomalie-Erfassungsvorrichtung, die Auftreten von einer Verbrennungsanomalie eines Verbrennungsmotors (1) auf Basis eines Signals erfasst, das durch Durchführen einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Ausgangssignal eines Drucksensors (30) erhalten wird, umfassend ein piezoelektrisches Element (35), das eine Ladung reagierend auf einen empfangenen Druck, eine Extraktionsfunktion, eine Korrekturfunktion und eine Erfassungsfunktion erzeugt, wobei die Extraktionsfunktion eine Driftkomponente des piezoelektrischen Elements (35) auf Basis eines Spannungssignals extrahiert, das der Ladung von einem Ladungsverstärker (210) entspricht, der das Spannungssignal ausgibt, die Korrekturfunktion ein Korrektursignal zum Entfernen der extrahierten Driftkomponente erzeugt und das Korrektursignal zu einer Eingangsseite des Ladungsverstärkers (210) zurückführt, und die Erfassungsfunktion die Verbrennungsanomalie auf Basis des Korrektursignals erfasst.
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