DE102020115694A1

DE102020115694A1 - Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung, brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem, datenanalysevorrichtung und brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102020115694A1
Application number: DE102020115694.4A
Authority: DE
Inventors: Yohsuke HASHIMOTO; Akihiro Katayama; Yuta Oshiro; Kazuki SUGIE; Naoya Oka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-03-04
Also published as: JP6708291B1; US20210062747A1; JP2021036137A; CN112443415B; CN112443415A; US11333097B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zustands einer Brennkraftmaschine umfasst eine Speichervorrichtung (76; 126) und eine Ausführungsvorrichtung. Die Speichervorrichtung (76; 126) speichert Mapping-Daten, die eine Zuordnung definieren. Die Ausführungsvorrichtung ist eingerichtet zum Ausführen eines Erfassungsprozess zum Erfassen einer Brennkraftmaschinenzustandsgröße bei jeder Drehung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine um einen vorherbestimmten Winkel und eines Bestimmungsprozesses zum Bestimmen eines Zustands der Brennkraftmaschine basierend auf einer über das Mapping erhaltenen Ausgabe, bei dem die Brennkraftmaschinenzustandsgröße als Eingabe verwendet wird. Die Mapping-Daten werden durch maschinelles Lernen trainiert. Die Ausführungsvorrichtung ist dazu eingerichtet, den Bestimmungsprozess zu unterbeinden, wenn eine Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist.

Description

STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung, ein Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem, eine Datenanalysevorrichtung und eine Brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein im japanischen ungeprüften Patent mit der Anmeldungsveröffentlichungsnummer 4-91348 ( JP 4-91348 A ) beschriebenes Zündaussetzerdetektionssystem verwendet ein hierarchisches neuronales Netzmodell, das so ausgestaltet ist, dass Zeitreihendaten, die in jedem vorherbestimmten Zeitraum erhoben werden und die Drehzahl einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine anzeigen, in eine Eingangsschicht (Input-Layer) eingegeben werden und Informationen über einen zündaussetzenden Zylinder aus einer Ausgangsschicht ausgegeben werden. Das hierarchische neuronale Netzmodell wird durch überwachtes Lernen (Supervised-Learning) trainiert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In dem in JP 4-91348 A beschriebenen Zündaussetzerdetektionssystem erhöht sich mit ansteigender Drehzahl der Kurbelwelle die Frequenz, mit der ein Zündaussetzer detektiert wird. Bei hoher Drehzahl der Kurbelwelle kann sich aufgrund des hierarchischen neuronalen Netzmodells die Rechenlast einer Vorrichtung erhöhen. Die Probleme können auch für den Fall, dass die Detektion oder Berechnung mit dem hierarchischen neuronalen Netzmodell jedes Mal erfolgt, wenn die Kurbelwelle sich um einen vorherbestimmten Winkel gedreht hat, sowie für den Fall, dass ein Zündaussetzer erkannt wird, auftreten.
Ein erster Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands einer Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung umfasst eine Speichervorrichtung und eine Ausführungsvorrichtung. Die Speichervorrichtung speichert Mapping-Daten, die eine Zuordnung zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe definieren, wobei die Eingabe eine Brennkraftmaschinenzustandsgröße ist, wobei die Ausgabe ein Bestimmungsergebnis in Bezug auf einen Zustand einer Brennkraftmaschine ist, wobei die Brennkraftmaschinenzustandsgröße ein Parameter ist, der den Zustand der Brennkraftmaschine anzeigt. Die Ausführungsvorrichtung ist eingerichtet zum Ausführen eines Erfassungsprozess zum Erfassen der Brennkraftmaschinenzustandsgröße bei jeder Drehung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine um einen vorherbestimmten Winkel und eines Bestimmungsprozesses zum Bestimmen des Zustands der Brennkraftmaschine anhand der über das Mapping erhaltenen Ausgabe, bei der die Brennkraftmaschinenzustandsgröße als Eingabe verwendet wird. Die Mapping-Daten werden durch maschinelles Lernen trainiert. Die Ausführungsvorrichtung ist eingerichtet zum Unterbinden des Bestimmungsprozesses, wenn eine Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist.
In der oben beschriebenen Ausgestaltung wird der Bestimmungsprozesses unterbunden, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist. Dadurch nimmt die Rechenlast der Ausführungsvorrichtung ab. Es besteht somit keine Notwendigkeit für den Einsatz einer hochleistungsfähigen und kostenintensiven Ausführungsvorrichtung bei einem Fall mit hoher Drehzahl der Kurbelwelle.
Im oben beschriebenen Aspekt kann die Speichervorrichtung eine Bestimmungsfunktion speichern, und das Bestimmungsergebnis kann ermittelt werden, indem die Brennkraftmaschinenzustandsgröße und/oder eine aus der Brennkraftmaschinenzustandsgröße abgeleitete Größe in die Bestimmungsfunktion eingesetzt wird; und die Ausführungsvorrichtung kann eingerichtet sein zum Ausführen des Bestimmungsprozesses zum Bestimmen des Zustands der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Bestimmungsfunktion, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist.
In der oben beschriebenen Ausgestaltung wird, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist, der Bestimmungsprozess, bei dem die Rechenlast relativ gering ist, an Stelle des Mapping-basierten Bestimmungsprozesses verwendet. Dies ermöglicht die Unterdrückung einer übermäßigen Erhöhung der Rechenlast bei weiterlaufender Detektion des Zustands der Brennkraftmaschine.
Im oben beschriebenen Aspekt kann es sich bei dem Zustand der Brennkraftmaschine darum handeln, ob ein Zündaussetzer in der Brennkraftmaschine auftritt; die Ausführungsvorrichtung kann eingerichtet sein zum Ausführen eines Abhilfeprozesses, um dem Zündaussetzer durch Ansteuern einer vorherbestimmten Hardware entgegenzuwirken, wenn über den Bestimmungsprozess das Auftreten des Zündaussetzers festgestellt wird; die Mapping-Daten können die Zuordnung definieren zwischen der Eingabe, bei der es sich um Zeitreihendaten handelt, die einen Momentandrehzahl-Parameter in jedem von mehreren aufeinanderfolgenden zweiten Intervallen innerhalb eines ersten Intervalls aufweisen, und der Ausgabe, bei der es sich um die Zündaussetzer-Wahrscheinlichkeit in der Brennkraftmaschine handelt; die Ausführungsvorrichtung kann eingerichtet sein zum Erfassen des Momentandrehzahl-Parameters im Erfassungsprozess auf Grundlage eines Detektionswerts von einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Rotationsverhalten der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu detektieren; der Momentandrehzahl-Parameter kann ein auf der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beruhender Parameter sein; das erste Intervall kann ein Drehwinkelintervall der Kurbelwelle sein, wobei das erste Intervall einen oberen Verdichtungstotpunkt aufweist; jedes der zweiten Intervalle kann kleiner sein als ein Intervall zwischen Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird; und die Ausführungsvorrichtung kann eingerichtet sein zum Mapping-basierten Ausgeben der Wahrscheinlichkeit des Zündaussetzers in mindestens einem Zylinder, bei dem der obere Verdichtungstotpunkt innerhalb des ersten Intervalls erreicht wird.
In der oben beschriebenen Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung für die Bestimmung verwendet werden, ob als Zustand der Brennkraftmaschine ein Zündaussetzer in der Brennkraftmaschine auftritt. Wenn die Bestimmung das Auftreten des Zündaussetzers ergibt, kann der Abhilfeprozess ausgeführt werden, um dem Zündaussetzer entgegenzuwirken.
Im oben beschriebenen Aspekt kann die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder umfassen; der Zustand der Brennkraftmaschine kann eine Abweichung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern sein; die Ausführungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, wenn eine über den Bestimmungsprozess durchgeführte Bestimmung ergibt, dass eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern auftritt, einen Abhilfeprozess auszuführen, um einer hochgradigen Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Ansteuern von vorherbestimmter Hardware entgegenzuwirken; die Mapping-Daten können die Zuordnung definieren zwischen der Eingabe, die eine Rotationswellenformgröße und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße basierend auf einer Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in jedem von mehreren dritten Intervallen umfasst, und der Ausgabe, die eine Ungleichgewichtsgröße umfasst, die einen Grad der Abweichung zwischen Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen anzeigt, die auftritt, wenn Kraftstoffeinspritzventile so betrieben werden, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse von Luft-Kraftstoff-Gemischen in den mehreren Zylindern auf einen untereinander gleichen Wert gesteuert werden; die Ausführungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, im Erfassungsprozess die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße in jedem der mehreren dritten Intervalle und die Rotationswellenformgröße basierend auf einem Detektionswert aus einem zur Detektion eines Rotationsverhaltens der Kurbelwelle eingerichteten Sensors zu erfassen; die Rotationswellenformgröße kann eine Differenz zwischen Werten einer Momentandrehzahlgröße basierend auf der Drehzahl der Kurbelwelle in mehreren vierten Intervallen anzeigen; die dritten Intervalle und die vierten Intervalle können Winkelintervalle der Kurbelwelle sein, wobei jedes der Winkelintervalle kleiner ist als ein Intervall zwischen Drehwinkeln, bei denen jeweils ein oberer Verdichtungstotpunkt erreicht wird; und die Rotationswellenformgröße kann in Zeitreihendaten innerhalb eines vorherbestimmten Winkelintervalls enthalten sein, das größer ist als das Intervall zwischen den Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird, und Werte der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße können in Zeitreihendaten innerhalb des vorherbestimmten Winkelintervalls enthalten sein, das größer ist als das Intervall zwischen den Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird.
In der oben beschriebenen Ausgestaltung kann die Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung angewendet werden, um als Zustand der Brennkraftmaschine die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern zu bestimmen. Wenn die Bestimmung feststellt, dass eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern auftritt, kann der Abhilfeprozess ausgeführt werden, um der Abweichung entgegenzuwirken.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestimmung des Zustands einer Brennkraftmaschine. Das Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem umfasst die Ausführungsvorrichtung und die Speichervorrichtung. Die Ausführungsvorrichtung umfasst eine erste Ausführungsvorrichtung und eine zweite Ausführungsvorrichtung. Die erste Ausführungsvorrichtung ist in einem Fahrzeug montiert und ist eingerichtet zum Ausführen des Ausführungsprozesses und eines fahrzeugseitigen Übertragungsprozesses zum Senden von über den Erfassungsprozess erfassten Daten vom Fahrzeug nach draußen. Die zweite Ausführungsvorrichtung ist außerhalb des Fahrzeugs angeordnet und ist eingerichtet zum Ausführen eines externen Empfangsprozesses zum Empfangen der über den fahrzeugseitigen Übertragungsprozess gesendeten Daten und des Bestimmungsprozesses. In der oben beschriebenen Ausgestaltung wird der Bestimmungsprozess außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt, und dadurch kann die Rechenlast der Bordgeräte reduziert werden.
Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Datenanalysevorrichtung, welche die zweite Ausführungsvorrichtung und die Speichervorrichtung umfasst.
Ein vierter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung, welche die erste Ausführungsvorrichtung umfasst.
Figurenliste
In der Folge werden Merkmale, Vorteile sowie die technische und gewerbliche Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Verweis auf die Begleitzeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei gilt:

1 ist eine Ansicht zur Darstellung der Ausgestaltungen einer Steuerungsvorrichtung und eines Fahrzeugantriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Zündaussetzerbestimmungsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs des Zündaussetzerbestimmungsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform;
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Zündaussetzer-Abhilfeprozesses gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ist eine Ansicht zur Darstellung eines zur Erzeugung von Mapping-Daten eingerichteten Systems gemäß der ersten Ausführungsform;
6 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Mapping-Daten-Lernprozesses gemäß der ersten Ausführungsform;
7 ist eine Ansicht zur Darstellung der Ausgestaltung eines Zustandsbestimmungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Bestimmungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform;
9 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des Bestimmungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform;
10 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des Bestimmungsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform;
11 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Ungleichgewichtsbestimmungsprozesses gemäß einer dritten Ausführungsform;
12 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs des Ungleichgewichtsbestimmungsprozesses gemäß der dritten Ausführungsform; und
13 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Ablaufs eines Abhilfeprozesses gemäß der dritten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung beschrieben.
1 zeigt ein Fahrzeug VC, das eine Brennkraftmaschine 10 aufweist. In der Brennkraftmaschine 10 ist ein Einlasskanal 12 mit einem Drosselventil 14 vorgesehen. Durch Öffnen der Einlassventile 16 strömt die in den Einlasskanal 12 angesaugte Luft in die Brennräume 18 der Zylinder #1 bis #4. Über ein Kraftstoffeinspritzventil 20 wird Kraftstoff in jeden Brennraum 18 eingespritzt. Im Brennraum 18 wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, das Luft und Kraftstoff enthält, über eine durch eine Zündvorrichtung 22 bewirkte Funkenentladung verbrannt, und die durch das Verbrennen des Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugte Energie wird als Rotationsenergie einer Kurbelwelle 24 bezogen. Das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch Öffnen der Auslassventile 26 als Abgas in einen Auslasskanal 28 ausgetragen. Der Auslasskanal 28 ist mit einem Dreiwegekatalysator 30 mit Sauerstoffspeichervermögen versehen. Der Auslasskanal 28 ist mit dem Einlasskanal 12 über einen Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) 32 verbunden. Der AGR-Kanal 32 ist mit einem AGR-Ventil 34 versehen, das dazu eingerichtet ist, die Kanalquerschnittsfläche des AGR-Kanals 32 zu verstellen.
Die Rotationskraft der Kurbelwelle 24 wird über eine Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 an eine Einlassnockenwelle 42 und über eine Auslassventil-Zeitänderungsvorrichtung 44 an eine Auslassnockenwelle 46 übertragen. Die Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 ändert eine relative Drehphasendifferenz zwischen der Einlassnockenwelle 42 und der Kurbelwelle 24. Die Auslassventil-Zeitänderungsvorrichtung 44 ändert eine relative Drehphasendifferenz zwischen der Auslassnockenwelle 46 und der Kurbelwelle 24.
Eine Eingangswelle 66 eines Getriebes 64 kann über einen Drehmomentwandler 60 mit der Kurbelwelle 24 der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt sein. Der Drehmomentwandler 60 umfasst eine Überbrückungskupplung 62. Die Kurbelwelle 24 und die Eingangswelle 66 werden durch Einrücken der Überbrückungskupplung 62 miteinander gekoppelt. Antriebsräder 69 sind mit einer Abtriebswelle 68 des Getriebes 64 mechanisch gekoppelt.
Mit der Kurbelwelle 24 ist ein Kurbelrotor 50 gekoppelt. Der Kurbelrotor 50 verfügt über mehrere (in diesem Fall 34) Zähne 52, die den Drehwinkel der Kurbelwelle 24 anzeigen. Der Kurbelrotor 50 weist die Zähne 52 grundsätzlich in Intervallen von 10 Grad KW auf, weist aber einen unverzahnten Abschnitt 54 auf, in dem ein Intervall zwischen benachbarten Zähnen 52 30 Grad KW beträgt. Der unverzahnte Abschnitt 54 zeigt einen Referenzdrehwinkel der Kurbelwelle 24 an. In der Nähe des Kurbelrotors 50 ist ein Kurbelwinkelsensor 80 angeordnet. Der Kurbelwinkelsensor 80 wandelt einen durch die Annäherungs- oder Entfernungsbewegung jedes Zahns 52 bewirkten Magnetfluss in ein rechteckiges Impulssignal um und gibt das Impulssignal aus. Ein Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 80 wird nachstehend als Kurbelsignal Scr bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist der Kurbelwinkelsensor 80 ein Beispiel für einen zur Detektion eines Rotationsverhaltens der Kurbelwelle 24 eingerichteten Sensor.
Eine Steuerungsvorrichtung 70 steuert die Brennkraftmaschine 10 und steuert das Drosselventil 14, die Kraftstoffeinspritzventile 20, die Zündvorrichtungen 22, das AGR-Ventil 34, die Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 und die Auslassventil-Zeitänderungsvorrichtung 44 an, beispielsweise zum Regeln eines Drehmoments und eines Abgaskomponentenverhältnisses, bei denen es sich um Regelgrößen der Brennkraftmaschine 10 handelt. 1 zeigt die Ansteuersignale MS1 bis MS6 für das Drosselventil 14, die Kraftstoffeinspritzventile 20, die Zündvorrichtungen 22, das AGR-Ventil 34, die Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 und die Auslassventil-Zeitänderungsvorrichtung 44.
Zum Regeln der Regelgrößen bezieht sich die Steuerungsvorrichtung 70 auf das Kurbelsignal Scr, welches das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 80 ist, und eine von einem Luftmengenmesser 82 erfasste Ansaugmenge Ga. Der Kurbelwinkelsensor 80 gibt bei Winkelintervallen zwischen den Zähnen 52 (10 Grad KW, außer im unverzahnten Abschnitt 54) Impulse aus. Die Steuerungsvorrichtung 70 bezieht sich auf einen anströmseitigen Detektionswert Afu und eine Kühlmitteltemperatur THW. Der anströmseitige Detektionswert Afu wird durch einen dem Dreiwegekatalysator 30 anströmseitig vorgeschalteten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 83 detektiert. Die Kühlmitteltemperatur THW ist die von einem Kühlmitteltemperatursensor 84 detektierte Temperatur eines Kühlmittels der Brennkraftmaschine 10. Die Steuerungsvorrichtung 70 bezieht sich auf eine Schaltstellung Sft des Getriebes 64 und eine Beschleunigung Dacc in einer vertikalen Richtung des Fahrzeugs VC. Die Schaltstellung Sft wird von einem Schaltstellungssensor 86 detektiert. Die Beschleunigung Dacc wird von einem Beschleunigungssensor 88 detektiert.
Die Steuerungsvorrichtung 70 umfasst eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 72, einen Festwertspeicher (ROM) 74, eine Speichervorrichtung 76 mit elektrisch überschreibbarem nichtflüchtigem Speicher und eine Peripherieschaltung 77, die über ein lokales Netz 78 miteinander kommunizieren können. Die Peripherieschaltung 77 umfasst eine Schaltung, die zum Erzeugen eines Taktsignals für die Festlegung interner Vorgänge eingerichtet ist, eine Leistungsversorgungsschaltung und eine Rücksetzschaltung.
Die Steuerungsvorrichtung 70 steuert die Regelgrößen dergestalt an, dass die CPU 72 ein im ROM 74 gespeichertes Programm ausführt. Die Steuerungsvorrichtung 70 führt einen Prozess aus, um zu bestimmen, ob die Brennkraftmaschine 10 einen Zündaussetzer aufweist.
2 zeigt einen Ablauf eines Prozesses zur Detektion von Zündaussetzern. Der in 2 dargestellte Prozess wird realisiert, wenn die CPU 72 ein im dargestellten ROM 74 von 1 gespeichertes Zündaussetzerdetektionsprogramm 74a, zum Beispiel in jedem vorherbestimmten Zeitraum, wiederholt ausführt. Nummern der Prozessschritte werden in der Folge durch Bezugszeichen mit vorangestelltem „S“ dargestellt.
In einer in 2 dargestellten Prozessabfolge erfasst die CPU 72 zuerst infinitesimale Rotationszeiten T30(1), T30(2)... T30(24) (S10). Die Berechnung der infinitesimalen Rotationszeit T30 durch die CPU 72 erfolgt durch Messen einer Zeitdauer, welche die Kurbelwelle 24 benötigt, um sich um 30 Grad KW zu drehen, auf Grundlage des Kurbelsignals Scr, bei dem es sich um das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 80 handelt. Das heißt, die infinitesimale Rotationszeit T30 dient als eine Brennkraftmaschinenzustandsgröße, die bei jeder Drehung der Kurbelwelle 24 um 720 Grad KW gemessen wird. Wenn die in Klammern stehenden Bezugszeichen der infinitesimalen Rotationszeiten unterschiedlich sind, wie T30(1), T30(2) und so weiter, zeigen die in Klammern stehenden Bezugszeichen die unterschiedlichen Drehwinkelintervalle innerhalb der einem Verbrennungszyklus entsprechenden 720 Grad KW an. Das heißt, die infinitesimalen Rotationszeiten T30(1) bis T30(24) zeigen die entsprechenden Rotationszeiten in Winkelintervallen an, die dadurch erhalten werden, dass der Drehwinkelbereich von 720 Grad KW gleichmäßig durch 30 Grad KW dividiert wird.
Insbesondere misst die CPU 72 eine Zeitdauer, welche die Kurbelwelle 24 für eine Drehung von 30 Grad KW benötigt, auf Grundlage des Kurbelsignals Scr und stellt die gemessene Zeit als Vorfilterzeit NF30 ein. Als nächstes berechnet die CPU 72 eine Nachfilterzeit AF30 über eine digitale Filterung, welche die Vorfilterzeit NF30 als Eingabe verwendet. Die CPU 72 berechnet die infinitesimale Rotationszeit T30 durch Normalisierung der Nachfilterzeit AF30 dergestalt, dass eine Differenz zwischen einem lokalen Maximalwert und einem lokalen Minimalwert der Nachfilterzeit AF30 innerhalb einer vorherbestimmten Periode (zum Beispiel 720 Grad KW) „1“ beträgt.
Als nächstes erfasst die CPU 72 eine Drehzahl NE und einen Ladewirkungsgrad η als Parameter für die Festlegung eines Betriebspunktes (S12). Die Berechnung der Drehzahl NE erfolgt durch die CPU 72 auf Grundlage des Kurbelsignals Scr, welches das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 80 ist. Der Ladewirkungsgrad η wird von der CPU 72 auf Grundlage der Drehzahl NE und der Ansaugmenge Ga berechnet. Die Drehzahl NE ist ein Durchschnitt von Drehzahlen, wenn sich die Kurbelwelle 24 um Winkelintervalle dreht, die größer sind als ein Intervall (180 Grad KW in dieser Ausführung) zwischen Drehwinkeln, bei denen jeweils ein oberer Verdichtungstotpunkt erreicht wird (d. h. ein Intervall zwischen oberen Verdichtungstotpunkten von zwei Zylindern). Die Drehzahl NE kann ein Durchschnitt von Drehzahlen sein, wenn sich die Kurbelwelle 24 um Drehwinkel dreht, die gleich oder größer als ein Drehwinkel einer vollen Drehung der Kurbelwelle 24 sind. Der Durchschnitt ist nicht auf einen einfachen Durchschnitt begrenzt und kann beispielsweise ein exponentieller gleitender Durchschnitt sein. Die Berechnung des Durchschnitts erfolgt auf Grundlage mehrerer Abtastwerte, beispielsweise der infinitesimalen Rotationszeit T30, wenn sich die Kurbelwelle 24 um einen Drehwinkel dreht, der gleich oder größer als der Drehwinkel einer vollen Drehung ist. Der Ladewirkungsgrad η ist ein Parameter zur Festlegung der in den Brennraum 18 eingebrachten Luftmenge.
Als nächstes bestimmt die CPU 72, ob die Drehzahl NE kleiner als eine vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13). Die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist definiert als ein Wert, bei dem die Last eines Berechnungsprozesses, der später noch beschriebene Mapping-Daten 76a verwendet, im Vergleich zur Rechenleistung der CPU 72 relativ hoch ist. Wenn die Drehzahl NE kleiner als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13: JA), gibt die CPU 72 die über die Prozesse S10 und S12 erfassten Werte in die Eingangsgrößen x(1) bis x(26) eines Mappings ein, um die Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers zu berechnen (S14). Insbesondere gibt die CPU 72 eine infinitesimale Rotationszeit T30(s) in eine Eingangsgröße x(s) ein, sofern gilt: „s = 1 bis 24“. Das heißt, die Eingangsgrößen x(1) bis x(24) sind Zeitreihendaten der infinitesimalen Rotationszeit T30. Darüber hinaus gibt die CPU 72 die Drehzahl NE in die Eingangsgröße x(25) und den Ladewirkungsgrad η in die Eingangsgröße x(26) ein.
Als nächstes berechnet die CPU 72 eine Wahrscheinlichkeit P(i) eines Zündaussetzers in einem Zylinder #i (i = 1 bis 4) durch Eingabe der Eingangsgrößen x(1) bis x(26) in das Mapping, das durch die Mapping-Daten 76a, die in der in 1 dargestellten Speichervorrichtung 76 gespeichert sind, definiert ist (S16). Die Mapping-Daten 76a definieren ein Mapping, bei dem es möglich wird, die Wahrscheinlichkeit P(i) auszugeben, mit der in Zeiträumen, die den über den Prozess von S10 erfassten infinitesimalen Rotationszeiten T30(1) bis T30(24) entsprechen, ein Zündaussetzer im Zylinder #i auftritt. Zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit P(i) wird der Wahrscheinlichkeitsgrad eines tatsächlichen Zündaussetzers anhand der Eingangsgrößen x(1) bis x(26) quantifiziert. In dieser Ausführungsform ist der maximale Wert der Wahrscheinlichkeit P(i) eines Zündaussetzers im Zylinder #i kleiner als „1“, und der minimale Wert der Wahrscheinlichkeit P(i) ist größer als „0“. Das heißt, in dieser Ausführungsform wird die Wahrscheinlichkeit P(i) dadurch berechnet, dass der Wahrscheinlichkeitsgrad eines tatsächlichen Zündaussetzers als kontinuierlicher Wert innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs von größer als „0“ und kleiner als „1“ quantifiziert wird.
Das Mapping in dieser Ausführungsform besteht aus einem neuronalen Netz mit einer Zwischenschicht und einer Softmax-Funktion, die Ausgaben aus dem neuronalen Netz normalisiert, so dass die Summe der Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers „1“ beträgt. Das neuronale Netz umfasst einen eingangsseitigen Koeffizienten wFjk (j = 0 bis n, k = 0 bis 26) und eine Aktivierungsfunktion h(x). Bei der Aktivierungsfunktion h(x) handelt es sich um ein eingangsseitiges nichtlineares Mapping, das Ausgaben eines durch den eingangsseitigen Koeffizienten wFjk definierten eingangsseitigen linearen Mappings nichtlinear konvertiert. In dieser Ausführungsform ist als Beispiel für die Aktivierungsfunktion h(x) eine hyperbolische Tangente „tanh(x)“ beschrieben. Das neuronale Netz umfasst ferner einen ausgangsseitigen Koeffizienten wSij (i = 0 bis 4, j = 0 bis n) und eine Aktivierungsfunktion f(x). Bei der Aktivierungsfunktion f(x) handelt es sich um ein ausgangsseitiges nichtlineares Mapping, das Ausgaben eines durch den ausgangsseitigen Koeffizienten wSij definierten ausgangsseitigen linearen Mappings nichtlinear konvertiert. In dieser Ausführungsform ist als Beispiel für die Aktivierungsfunktion f(x) eine hyperbolische Tangente „tanh(x)“ beschrieben. Der Wert n zeigt eine Dimension der Zwischenschicht an. In dieser Ausführungsform ist der Wert n kleiner als die Dimension der Eingangsgröße x (26. Dimension in diesem Fall). Ein eingangsseitiger Koeffizient wFj0 ist ein Bias-Parameter, der ein Koeffizient einer Eingangsgröße x(0) ist, wenn die Eingangsgröße x(0) als „1“ definiert ist. Der ausgangsseitige Koeffizient wSi0 ist ein Bias-Parameter, der mit „1“ multipliziert wird. Der ausgangsseitige Koeffizient wSi0 wird beispielsweise erreicht, wenn „wF00 · x(0) + wF01 · x(1) + ...“ als universal unendlich definiert ist.
Die CPU 72 berechnet insbesondere ein Wahrscheinlichkeitsmodell y(i), das eine Ausgabe des durch den eingangsseitigen Koeffizienten wFjk, den ausgangsseitigen Koeffizienten wSij und die Aktivierungsfunktionen h(x) und f(x) definierten neuronalen Netzes ist. Das Wahrscheinlichkeitsmodell y(i) ist ein Parameter, der eine positive Korrelation mit der Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers im Zylinder #i aufweist. Die CPU 72 berechnet die Wahrscheinlichkeit P(i) eines Zündaussetzers im Zylinder #i anhand einer Ausgabe der Softmax-Funktion, die Wahrscheinlichkeitsmodelle y(1) bis y(4) als Eingaben verwendet.
Als nächstes bestimmt die CPU 72, ob ein Maximalwert P(m) unter den Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers gleich oder größer als ein Schwellenwert Pth (S18) ist. Die Variable m nimmt einen Wert von 1 bis 4 an. Der Schwellenwert Pth ist auf „1/2“ oder höher eingestellt. Wenn die CPU 72 feststellt, dass der Maximalwert P(m) gleich oder größer als der Schwellenwert Pth ist (S18: JA), realisiert die CPU 72 eine inkrementelle Zählung N(m) eines Zündaussetzers in einem Zylinder #m mit der maximalen Wahrscheinlichkeit (S20). Die CPU 72 bestimmt, ob eine der Zählungen N(1) bis N(4) gleich oder größer als ein vorherbestimmter Zählungswert Nth ist (S22). Wenn die CPU 72 feststellt, dass eine der Zählungen N(1) bis N(4) gleich oder größer als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist (S22: JA), kommt die CPU 72 zu dem Ergebnis, dass in einem speziellen Zylinder #q (q ist eines von 1 bis 4) ein Zündaussetzer mit einer Frequenz auftritt, die größer ist als die Frequenz in einem zulässigen Bereich, und setzt „1“ in einen Fehler-Flag F ein (S24). Zu diesem Zeitpunkt speichert die CPU 72 Informationen über den zündaussetzenden Zylinder #q in der Speichervorrichtung 76 und bewahrt die Informationen mindestens so lange auf, bis der Zündaussetzer im Zylinder #q endet.
Wenn die CPU 72 feststellt, dass der Maximalwert P(m) kleiner als der Schwellenwert Pth ist (S18: NEIN), bestimmt die CPU 72, ob ab dem Prozess von S24 oder einem später beschriebenen Prozess S28 ein vorherbestimmter Zeitraum verstrichen ist (S26). Der vorherbestimmte Zeitraum ist länger als eine Periode eines vollen Verbrennungszyklus und kann zehn Mal oder mehr als zehn Mal so lang wie der Verbrennungszyklus sein.
Wenn die CPU 72 feststellt, dass der vorherbestimmte Zeitraum verstrichen ist (S26: JA), initialisiert die CPU 72 die Zählungen N(1) bis N(4) und das Fehler-Flag F (S28). Wenn der Prozess von S24 oder S28 vollständig abgearbeitet ist oder die Bestimmung im Prozess von S22 oder S26 NEIN ergibt, beendet die CPU 72 vorerst den in 2 dargestellten Prozessablauf.
Wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13: NEIN), unterbindet die CPU 72, wie in 3 dargestellt, den auf den Mapping-Daten 76a beruhenden Prozess zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit P(i) eines Zündaussetzers im Zylinder #i (i = 1 bis 4). Stattdessen berechnet die CPU 72 ein Zündaussetzerbestimmungsergebnis anhand der infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2), ... T30(24) und des Ladewirkungsgrads η. Insbesondere berechnet die CPU 72 zuerst einen Rotationsänderungswert ΔNE(i) anhand der infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2) ... T30(24) (S30). Insbesondere berechnet die CPU 72 zylinderspezifische Drehzahlen (d. h. Drehzahlen in den jeweiligen Zylindern) anhand der infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2) ... T30(24). Die zylinderspezifische Drehzahl entspricht einer erforderlichen Zeit für eine Drehung in einem Winkelintervall von 30 bis 150 Grad nach oberem Totpunkt (NOTP) in jedem Zylinder. Als nächstes berechnet die CPU 72 den Rotationsänderungswert ΔNE(i) anhand der zylinderspezifischen Drehzahlen. Jeder der Rotationsänderungswerte ΔNE wird in Verknüpfung mit dem oberen Verdichtungstotpunkt eines entsprechenden Zylinders #1 bis #4 berechnet. Ein mit dem zweiten Zylinder #2 verknüpfter Rotationsänderungswert ΔNE(2) ist beispielsweise ein Wert, der dadurch ermittelt wird, dass eine zylinderspezifische Drehzahl in einem Drehwinkelintervall von 30 bis 150 Grad NOTP im ersten Zylinder #1 von einer zylinderspezifischen Drehzahl in einem Drehwinkelintervall von 30 bis 150 Grad NOTP im zweiten Zylinder #2 subtrahiert wird.
Als nächstes berechnet die CPU 72 einen Bestimmungswert Oth und einen Bestimmungsergebniswert JV mit Hilfe einer Bestimmungsfunktion, die durch Bestimmungsfunktionsdaten 76b, die in der in 1 dargestellten Speichervorrichtung 76 gespeichert sind, definiert ist. Anders als das oben beschriebene Mapping wird die Bestimmungsfunktion nicht durch maschinelles Lernen trainiert (d. h. die Bestimmungsfunktion wird nicht angelernt) und wird über Experimente oder Simulation erstellt. Deshalb ist die Verarbeitungslast der CPU 72 kleiner als die Verarbeitungslast beim Berechnungsprozess mit Hilfe der Mapping-Daten 76a. Insbesondere berechnet die CPU 72 den Bestimmungswert Oth durch Anlegen des Ladewirkungsgrads η an eine Karte (Map), die einer ersten Bestimmungsfunktion entspricht, und berechnet den Bestimmungsergebniswert JV durch Einsetzen des jeweiligen Rotationsänderungswerts ΔNE und des Bestimmungswerts Oth in eine zweite Bestimmungsfunktion (S32). Die Bestimmungsfunktionsdaten 76b definieren eine Bestimmungsfunktion, die es ermöglicht, ein Bestimmungsergebnis auszugeben, ob in den Zeiträumen, die den über den Prozess von S10 erfassten infinitesimalen Rotationszeiten T30(1) bis T30(24) entsprechen, ein Zündaussetzer im Zylinder #i auftritt. Die Bestimmungsfunktionsdaten 76b umfassen Daten, die als erste Bestimmungsfunktion für die Herleitung des Bestimmungswerts Oth aus dem Ladewirkungsgrad η dienen, und Daten, die als zweite Bestimmungsfunktion für die Herleitung des Bestimmungsergebniswerts JV aus dem jeweiligen Rotationsänderungswert ΔNE und dem Bestimmungswert Oth dienen. Der Bestimmungswert Oth ist bei einem hohen Ladewirkungsgrad η höher eingestellt als bei einem niedrigen Ladewirkungsgrad η. Das liegt darin begründet, dass ein Absinken der Drehzahl infolge eines Zündaussetzers bei einem hohen Ladewirkungsgrad η ausgeprägter ist als bei einem niedrigen Ladewirkungsgrad η. Wenn zum Beispiel der Wert einer Eingangsgröße mit dem Wert irgendeiner Eingangsgröße in der Karte übereinstimmt, kann in der Kartenberechnung der Wert einer entsprechenden Ausgangsgröße als Berechnungsergebnis eingestellt werden, und wenn es keine Übereinstimmung gibt, kann als Berechnungsergebnis ein Wert eingestellt werden, der durch Interpolation zwischen den Werten der Ausgangsgröße im Datensatz ermittelt wird.
Als nächstes setzt die CPU 72 den jeweiligen Rotationsänderungswert ΔNE und den Bestimmungswert Oth in die zweite Bestimmungsfunktion ein. Der Bestimmungsergebniswert JV wird durch eine Funktion berechnet, die den Bestimmungswert Oth vom Rotationsänderungswert ΔNE subtrahiert. Durch Vergleichen des Rotationsänderungswerts ΔNE und des Bestimmungswerts Oth bestimmt die CPU 72, ob jeder der Zylinder #1 bis #4 einen Zündaussetzer hat (S34). Insbesondere wenn ein Bestimmungsergebniswert JV(m) eines vorherbestimmten Zylinders #m kleiner als „0“ ist, stellt die CPU 72 fest, dass ein Rotationsänderungswert ΔNE(m) des vorherbestimmten Zylinders #m kleiner als der Bestimmungswert Oth ist und der vorherbestimmte Zylinder #m einen Zündaussetzer erfährt (S34: JA). Sind die Bestimmungsergebniswerte JV sämtlicher Zylinder gleich oder größer als „0“, stellt die CPU 72 fest, dass der Rotationsänderungswert ΔNE ständig gleich oder größer als der Bestimmungswert Oth ist und keiner der sämtlichen Zylinder #1 bis #4 einen Zündaussetzer aufweist (S34: NEIN).
Ist der Rotationsänderungswert ΔNE(m) kleiner als der Bestimmungswert Oth (S34: JA), realisiert die CPU 72 eine inkrementelle Zählung N(m) eines Zündaussetzers in dem Zylinder #m, bei dem ein Zündaussetzer festgestellt wurde (S36). Die CPU 72 bestimmt, ob eine der Zählungen N(1) bis N(4) gleich oder größer als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist (S38). Wenn die CPU 72 feststellt, dass eine der Zählungen N(1) bis N(4) gleich oder größer als ein vorherbestimmter Zählungswert Nth ist (S38: JA), kommt die CPU 72 zu dem Ergebnis, dass in einem speziellen Zylinder #q (q ist eines von 1 bis 4) ein Zündaussetzer mit einer Frequenz auftritt, die höher ist als die Frequenz im zulässigen Bereich, und setzt „1“ in das Fehler-Flag F ein (S40). Zu diesem Zeitpunkt speichert die CPU 72 Informationen über den zündaussetzenden Zylinder #q in der Speichervorrichtung 76 und bewahrt die Informationen mindestens so lange auf, bis der Zündaussetzer im Zylinder #q endet.
Wenn der Rotationsänderungswert ΔNE gleich oder größer als der Bestimmungswert Oth ist (S34: NEIN), bestimmt die CPU 72, ob ab dem Prozess von S40 oder einem später beschriebenen Prozess S44 ein vorherbestimmter Zeitraum verstrichen ist (S42). Der vorherbestimmte Zeitraum ist länger als die Periode eines vollen Verbrennungszyklus und kann zehn Mal oder mehr als zehn Mal so lang wie der Verbrennungszyklus sein.
Wenn die CPU 72 feststellt, dass der vorherbestimmte Zeitraum verstrichen ist (S42: JA), initialisiert die CPU 72 die Zählungen N(1) bis N(4) und das Fehler-Flag F (S44). Wenn der Prozess von S40 oder S44 vollständig abgearbeitet ist oder die Bestimmung im Prozess von S38 oder S42 NEIN ergibt, beendet die CPU 72 vorerst den in 3 dargestellten Prozessablauf.
4 zeigt einen Ablauf eines Abhilfeprozesses, um einem Zündaussetzer entgegenzuwirken. Der in 4 dargestellte Prozess wird realisiert, wenn die CPU 72 ein im dargestellten ROM 74 von 1 gespeichertes Abhilfeprogramm 74b ausführt, wenn das Fehler-Flag F von „0“ auf „1“ umgeschaltet wird.
In einer in 4 dargestellten Prozessabfolge steuert die CPU 72 zuerst die Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 an, indem sie das Ansteuersignal MS5 an die Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40 ausgibt, um einen Öffnungszeitpunkt DIN jedes Einlassventils 16 nach früh zu verstellen (S50). Insbesondere stellt die CPU 72 in einem Normalzustand, bei dem das Fehler-Flag „0“ ist, den Öffnungszeitpunkt DIN in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 variabel ein. Im Prozess von S50 verstellt die CPU 72 den Ist-Öffnungszeitpunkt DIN gegenüber dem Öffnungszeitpunkt DIN des Normalzustands nach früh. Der Prozess von S50 bezweckt die Stabilisierung der Verbrennung durch Erhöhung eines Verdichtungsverhältnisses.
Nachdem der Prozess von S50 über den vorherbestimmten Zeitraum oder länger weitergeführt wurde, bestimmt die CPU 72, ob das Fehler-Flag F „1“ ist (S52). Dieser Prozess bezweckt die Bestimmung, ob die für den Zündaussetzer ursächliche Situation durch den Prozess von S50 beendet wurde. Wenn die CPU 72 feststellt, dass das Fehler-Flag F „1“ ist (S52: JA), steuert die CPU 72 die Zündvorrichtung 22 des zündaussetzenden Zylinders #q an, indem sie das Ansteuersignal MS3 an die Zündvorrichtung 22 ausgibt, um einen Zündzeitpunkt aig um einen vorherbestimmten Betrag Δ nach früh zu verstellen (S54). Dieser Prozess bezweckt die Beendigung der Situation, die den Zündaussetzer verursacht.
Nachdem der Prozess von S54 über den vorherbestimmten Zeitraum oder länger weitergeführt wurde, bestimmt die CPU 72, ob das Fehler-Flag F „1“ ist (S56). Dieser Prozess bezweckt die Bestimmung, ob die für den Zündaussetzer ursächliche Situation durch den Prozess von S54 beendet wurde. Wenn die CPU 72 feststellt, dass das Fehler-Flag F „1“ ist (S56: JA), steuert die CPU 72 das Kraftstoffeinspritzventil 20 des zündaussetzenden Zylinders #q an, indem sie das Ansteuersignal MS2 an das Kraftstoffeinspritzventil 20 ausgibt, so dass das Kraftstoffeinspritzventil 20 eine erforderliche Einspritzmenge Qd um einen vorherbestimmten Betrag nach früh verstellt (S58). Die erforderliche Einspritzmenge Qd ist eine in einem vollen Verbrennungszyklus erforderliche Kraftstoffmenge. Dieser Prozess bezweckt die Beendigung der Situation, die den Zündaussetzer verursacht.
Nachdem der Prozess von S58 über den vorherbestimmten Zeitraum oder länger weitergeführt wurde, bestimmt die CPU 72, ob das Fehler-Flag F „1“ ist (S60). Dieser Prozess bezweckt die Bestimmung, ob die für den Zündaussetzer ursächliche Situation durch den Prozess von S58 beendet wurde. Wenn die CPU 72 feststellt, dass das Fehler-Flag F „1“ ist (S60: JA), unterbricht die CPU 72 die Kraftstoffeinspritzung zum zündaussetzenden Zylinder #q und verstellt das an das Drosselventil 14 auszugebende Ansteuersignal MS1 auf eine Ansteuerung des Drosselventils 14 unter Begrenzung des Öffnungsgrads θ des Drosselventils 14 auf einen niedrigen Wert (S62). Die CPU 72 steuert eine in 1 dargestellte Warnleuchte 90 an, um einen Prozess zur Bereitstellung einer Benachrichtigung über den auftretenden Zündaussetzer auszuführen (S64). Die Warnleuchte 90 dient als Benachrichtigungselement.
Wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S52, S56 oder S60 NEIN lautet, das heißt, wenn die den Zündaussetzer verursachende Situation beendet ist oder wenn der Prozess von S64 vollständig abgearbeitet ist, beendet die CPU 72 vorerst den in 4 dargestellten Prozessablauf. Wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S60 JA lautet, wird der Prozess von S62 als fehlersicherer Prozess fortgesetzt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Erzeugung der Mapping-Daten 76a beschrieben. 5 zeigt ein zur Erzeugung der Mapping-Daten 76a eingerichtetes System. Wie in 5 dargestellt, ist in dieser Ausführungsform ein Dynamometer 100 über den Drehmomentwandler 60 und das Getriebe mechanisch mit der Kurbelwelle 24 der Brennkraftmaschine 10 gekoppelt. Eine Sensoreinheit 102 erfasst verschiedene Zustandsgrößen, wenn die Brennkraftmaschine 10 betrieben wird, und die Detektionsergebnisse werden in eine Anpassungsvorrichtung 104 eingegeben, bei der es sich um einen Computer handelt, der zur Erzeugung der Mapping-Daten 76a eingerichtet ist. Die Sensoreinheit 102 umfasst einen Kurbelwinkelsensor 80 und den Luftmengenmesser 82, die dazu eingerichtet sind, Werte zur Erzeugung von Eingaben für das Mapping zu erfassen. Die Sensoreinheit 102 umfasst zudem beispielsweise Zylinderdrucksensoren zur sicheren Erfassung, ob ein Zündaussetzer auftritt.
6 zeigt einen Ablauf eines Prozesses zur Erzeugung von Mapping-Daten. Der in 6 dargestellte Prozess wird durch die Anpassungsvorrichtung 104 ausgeführt. Der in 6 dargestellte Prozess kann beispielsweise realisiert werden, wenn eine CPU der Anpassungsvorrichtung 104 ein in einem ROM der Anpassungsvorrichtung 104 gespeichertes Programm ausführt.
In einem in 6 dargestellten Prozessablauf erfasst die Anpassungsvorrichtung 104 zuerst mehrere Sätze der infinitesimalen Rotationszeiten T30(1) bis T30(24), die Drehzahl NE, den Ladewirkungsgrad η und eine wahre Wahrscheinlichkeit Pt(i) eines Zündaussetzers als Trainingsdaten, die auf Grundlage der Detektionsergebnisse aus der Sensoreinheit 102 bestimmt werden (S70). Die wahre Wahrscheinlichkeit Pt(i) ist „1“, wenn ein Zündaussetzer auftritt, und „0“, wenn kein Zündaussetzer auftritt. Die wahre Wahrscheinlichkeit Pt(i) wird zum Beispiel anhand der Erfassungswerte aus den Zylinderdrucksensoren der Sensoreinheit 102 berechnet. Die Erfassungswerte aus den Zylinderdrucksensoren sind Parameter, die sich von den Parametern unterscheiden, welche die Eingangsgrößen x(1) bis x(26) definieren. Zur Erzeugung der Trainingsdaten wird beispielsweise die Kraftstoffeinspritzung zu einem vorherbestimmten Zylinder absichtlich unterbrochen, um eine Erscheinung ähnlich der Erscheinung eines auftretenden Zündaussetzers zu bewirken. Auch in diesem Fall wird mit Hilfe des Zylinderdrucksensors bestimmt, ob in dem Zylinder, in den Kraftstoff eingespritzt wird, ein Zündaussetzer auftritt.
Gemäß dem Prozessablauf von S14 setzt die Anpassungsvorrichtung 104 als nächstes Daten, die von der wahren Wahrscheinlichkeit Pt(i) in den Trainingsdaten abweichen, in die Eingangsgrößen x(1) bis x(26) des Mapping für die Berechnung der Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers (S72) ein. Danach berechnet die Anpassungsvorrichtung 104 die Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers in den Zylindern #1 to #4 entsprechend dem Prozessablauf von S16 (S74). Die Anpassungsvorrichtung 104 bestimmt, ob die Prozesse S70 bis S74 für alle von der Sensoreinheit 102 erfassten Trainingsdaten ausgeführt werden (S76). Wenn die Anpassungsvorrichtung 104 feststellt, dass etwaige Trainingsdaten die Prozesse S70 bis S74 nicht durchlaufen haben (S76: NEIN), geht die Anpassungsvorrichtung 104 zum Prozess von S70 über und führt die Prozesse S70 bis S74 für die Trainingsdaten aus, die diese Prozesse nicht durchlaufen haben.
Wenn die Anpassungsvorrichtung 104 feststellt, dass die Prozesse S70 bis S74 für alle von der Sensoreinheit 102 erfassten Trainingsdaten ausgeführt werden (S76: JA), aktualisiert die Anpassungsvorrichtung 104 den eingangsseitigen Koeffizienten wFjk und den ausgangsseitigen Koeffizienten wSij, um die Kreuzentropie zwischen der durch den Prozess S74 berechneten Wahrscheinlichkeit P(i) und der wahren Wahrscheinlichkeit Pt(i) zu minimieren (S78). Die Anpassungsvorrichtung 104 speichert den aktualisierten eingangsseitigen Koeffizienten wFjk, den aktualisierten ausgangsseitigen Koeffizienten wSij und so weiter als trainierte Mapping-Daten (S80).
Wenn der Prozess S80 vollständig abgearbeitet ist, überprüft die Anpassungsvorrichtung 104 die Genauigkeit der Wahrscheinlichkeit P(i), die mit Hilfe des Mapping, das durch den über den Prozess von S80 gespeicherten eingangssseitigen Koeffizienten wFjk, ausgangsseitigen Koeffizienten wSij und so weiter definiert ist, berechnet wird. Liegt die Genauigkeit außerhalb eines zulässigen Bereichs, erzeugt die Anpassungsvorrichtung 104 durch Betreiben des Verbrennungsmotors 10 neue Trainingsdaten und wiederholt die Prozesse S70 bis S80. Liegt die Genauigkeit innerhalb des zulässigen Bereichs, stellt die Anpassungsvorrichtung 104 den eingangsseitigen Koeffizienten wFjk, den ausgangsseitigen Koeffizienten wSij und so weiter als die in die Steuervorrichtung 70 einzubeziehenden Mapping-Daten 76a ein.
Es werden Aktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben. (1) Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 berechnet die CPU 72 nacheinander die infinitesimalen Rotationszeiten T30. Wenn die Drehzahl NE kleiner als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist, berechnet die CPU 72 die Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers in den Zylindern #1 bis #4, indem sie die infinitesimalen Rotationszeiten T30, die einem vollen Verbrennungszyklus entsprechen, in das durch die Mapping-Daten 76a definierte Mapping eingibt. Die infinitesimale Rotationszeit T30 ist ein Parameter, der eine Drehzahl der Kurbelwelle 24 in einem Winkelintervall kleiner als 180 Grad KW anzeigt, bei dem es sich um das Intervall zwischen den Drehwinkeln handelt, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird. Die infinitesimalen Rotationszeiten T30, die jeweils 30 Grad KW in einem Verbrennungszyklus entsprechen, werden in das Mapping eingegeben. Die in der Berechnung für die infinitesimalen Rotationszeiten T30 zu verwendenden Werte des eingangsseitigen Koeffizienten wFjk und des ausgangsseitigen Koeffizienten wSij werden per Training durch das in 6 dargestellte maschinelle Lernen ermittelt. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit P(i) eines Zündaussetzers basierend auf dem Rotationsverhalten der Kurbelwelle 24 auf einer infinitesimalen Zeitskala berechnet werden. Im Vergleich zu dem Fall der Bestimmung eines etwaig auftretenden Zündaussetzers anhand einer Differenz zwischen benachbarten Winkelintervallen in der erforderlichen Zeit für eine Drehung in dem Winkelintervall, das im Wesentlichen gleich dem Intervall zwischen den Drehwinkeln ist, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird, kann die Bestimmung, ob ein Zündaussetzer auftritt, anhand anderer detaillierter Informationen über das Rotationsverhalten der Kurbelwelle 24 erfolgen. Damit lässt sich die Genauigkeit der Zündaussetzerbestimmung einfach erhöhen.
Bei hoher Drehzahl NE berechnet die CPU 72 die Wahrscheinlichkeit P(i) häufiger pro Zeiteinheit. Zur Berechnung der Wahrscheinlichkeit P(i) mit Hilfe der Mapping-Daten 76a muss die CPU 72 eine große Zahl von Eingaben verarbeiten, bei denen es sich um die Eingangsgrößen x(1) bis x(26) handelt. Eine hohe Drehzahl NE bedeutet deshalb eine erhebliche Rechenlast für die CPU 72 im Vergleich beispielsweise zu dem Fall, dass die Bestimmung eines etwaig auftretenden Zündaussetzers mit Hilfe der oben beschriebenen Bestimmungsfunktion erfolgt.
Wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist, unterbindet die CPU 72 die auf den Mapping-Daten 76a basierende Berechnung der Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers in den Zylindern #1 bis #4. Im Vergleich zu dem Fall, dass die CPU 72 den Berechnungsprozess mit Hilfe der Mapping-Daten 76a ausführt, wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist, kann die Rechenlast der CPU 72 reduziert werden.
(2) Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform unterbindet die CPU 72 die mit den Mapping-Daten 76a erfolgende Berechnung, wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist, und führt eine Zündaussetzerbestimmung basierend auf Ergebnissen der Kartenberechnung aus. Wenn die Zündaussetzerbestimmung anhand der Ergebnisse der Kartenberechnung erfolgt, ist die Belastung der CPU 72 geringer als in dem Fall der Zündaussetzerbestimmung anhand der Ergebnisse der mit den Mapping-Daten 76a durchgeführten Berechnung. Wenn die Drehzahl NE relativ hoch ist, kann deshalb die Zündaussetzerbestimmung unter Reduzierung der Belastung der CPU 72 weitergeführt werden.
(3) Die Anzahl von Anpassungsprozessen zur Erzeugung der Bestimmungsfunktion ist im Falle einer hohen Drehzahl NE geringer als im Falle einer niedrigen Drehzahl NE. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Bestimmungsfunktion nur innerhalb eines Bereichs erzeugt, in dem die Drehzahl NE relativ hoch ist. Bei relativ niedriger Drehzahl NE erfolgt die Anpassung durch maschinelles Lernen. Dadurch kann die Anzahl von Anpassungsprozessen für die Erstellung einer Zündaussetzerbestimmungslogik reduziert werden.
Zweite Ausführungsform
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Abweichungen von der ersten Ausführungsform liegt.
In dieser Ausführungsform wird der Prozess der Zündaussetzerbestimmung außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt. 7 zeigt ein Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem gemäß dieser Ausführungsform. In 7 sind Elemente, die den in 1 dargestellten Elementen entsprechen, zwecks besser Lesbarkeit mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Die Steuerungsvorrichtung 70 in dem in 7 dargestellten Fahrzeug VC weist eine Kommunikationsvorrichtung 79 auf. Die Kommunikationsvorrichtung 79 kommuniziert über ein außerhalb des Fahrzeugs VC befindliches Netz 110 mit einer Zentrale 120. Die Zentrale 120 analysiert Daten, die von mehreren Fahrzeugen VC gesendet werden. Die Zentrale 120 umfasst eine CPU 122, einen ROM 124, eine Speichervorrichtung 126, eine Peripherieschaltung 127 und eine Kommunikationsvorrichtung 129, die über ein lokales Netz 128 miteinander kommunizieren können. Der ROM 124 speichert ein Haupt-Zündaussetzerdetektionsprogramm 124a. Die Speichervorrichtung 126 speichert Mapping-Daten 126a. Die Mapping-Daten 126a sind identisch mit den Mapping-Daten 76a.
8 zeigt einen Ablauf eines Zündaussetzerbestimmungsprozesses gemäß dieser Ausführungsform. Der in 8 dargestellte Prozess wird realisiert, wenn die CPU 72 ein untergeordnetes Zündaussetzerdetektionsprogramm 74c ausführt, das im dargestellten ROM 74 von 7 gespeichert ist. Ein in 9 dargestellter Prozess wird realisiert, wenn die CPU 122 das im ROM 124 gespeicherte Haupt-Zündaussetzerdetektionsprogramm 124a ausführt. In 8 und 9 sind Prozesse, die den in 2 und 3 dargestellten Prozessen entsprechen, zwecks besserer Lesbarkeit mit den gleichen Schrittnummern dargestellt. Im Folgenden wird der in 8 dargestellte Prozess in der zeitlichen Abfolge des Zündaussetzerdetektionsprozesses beschrieben.
Wenn die CPU 72 im Fahrzeug VC die in 8 dargestellten Prozesse von S10 und S12 ausführt, steuert die CPU 72 die Kommunikationsvorrichtung 79 an, um die über die Prozesse von S10 und S12 erfassten Daten zusammen mit den auf das Fahrzeug VC bezogenen Identifikationsinformationen an die Zentrale 120 zu senden (S90). Die CPU 72 wartet darauf, dass ein Signal, das ein Bestimmungsergebnis anzeigt, aus der Zentrale 120 eingeht, wie später beschrieben.
Wie in 9 dargestellt, empfängt die CPU 122 der Zentrale 120 die gesendeten Daten (S100) und bestimmt, ob die Drehzahl NE kleiner als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13). Wenn die Drehzahl NE niedriger als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13: JA), wiederholt die CPU 122 die Prozesse von S14 bis S20 mit den empfangenen Daten. Wenn die CPU 122 innerhalb eines vorherbestimmten Zeitraums in dem gleichen Fahrzeug, das anhand der Identifikationsinformationen identifiziert wird, durch Wiederholung der Prozesse von S14 bis S20 feststellt, dass die Zählung eines Zündaussetzers in einem speziellen Zylinder gleich oder größer als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist (S22: JA), kommt die CPU 122 zu dem Ergebnis, dass ein Zündaussetzer auftritt (S102). Wenn die Zählung eines Aussetzers in dem speziellen Zylinder kleiner als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist, obwohl die Prozesse von S14 bis S20 über den vorherbestimmten Zeitraum wiederholt werden (S26: JA), kommt die CPU 122 zu dem Ergebnis, dass der Zustand normal ist, und initialisiert die Zählungen N(1) bis N(4) (S104). Die Einstellung des vorherbestimmten Zeitraums erfolgt basierend auf dem Zeitpunkt der Feststellung, dass ein Zündaussetzer auftritt oder dass der normale Zustand vorliegt.
Wenn der Prozess von S102 oder S104 vollständig abgearbeitet ist, steuert die CPU 122 die Kommunikationsvorrichtung 129 auf Grundlage der Identifikationsinformationen an und sendet ein ein Bestimmungsergebnis anzeigendes Signal an das Fahrzeug VC, das die Daten für die Prozesse von S14 bis S20 sendet (S106). Wenn das Bestimmungsergebnis das Auftreten eines Zündaussetzers zeigt, umfassen die Informationen, die sich das Bestimmungsergebnis beziehen, Informationen in Bezug auf den zündaussetzenden Zylinder. Wenn der Prozess von S106 vollständig abgearbeitet ist oder wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S22 oder S26 NEIN lautet, beendet die CPU 122 vorerst den in 9 dargestellten Prozessablauf.
Wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S13: NEIN), unterbindet die CPU 122, wie in 10 dargestellt, die mit den empfangenen Daten ablaufenden Prozesse von S14 bis S20 und wiederholt die Prozesse von S30 bis S36 unter Verwendung der empfangenen Daten. In den Prozessen von S32 und S34 berechnet die CPU 122 den Bestimmungswert Oth und den Bestimmungsergebniswert JV mit Hilfe einer Bestimmungsfunktion, die durch Bestimmungsfunktionsdaten 126b, die in der in 7 dargestellten Speichervorrichtung. 126 gespeichert sind, definiert ist. Wenn die CPU 122 innerhalb eines vorherbestimmten Zeitraums in dem gleichen Fahrzeug, das anhand der Identifikationsinformationen identifiziert ist, durch Wiederholung der Prozesse von S30 bis S36 feststellt, dass die Zählung eines Zündaussetzers in einem speziellen Zylinder gleich oder größer als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist (S38: JA), kommt die CPU 122 zu dem Ergebnis, dass ein Zündaussetzer auftritt (S112). Wenn die Zählung eines Aussetzers in dem speziellen Zylinder kleiner als der vorherbestimmte Zählungswert Nth ist, obwohl die Prozesse von S30 bis S36 über den vorherbestimmten Zeitraum wiederholt werden (S42: JA), kommt die CPU 122 zu dem Ergebnis, dass der Zustand normal ist, und initialisiert die Zählungen N(1) bis N(4) (S114). Die Einstellung des vorherbestimmten Zeitraums erfolgt ausgehend von dem Zeitpunkt der Feststellung, dass ein Zündaussetzer auftritt oder der normale Zustand vorliegt.
Wenn der Prozess von S112 oder S114 vollständig abgearbeitet ist, steuert die CPU 122 die Kommunikationsvorrichtung 129 auf Grundlage der Identifikationsinformationen an, um ein Signal, das ein Bestimmungsergebnis anzeigt, an das Fahrzeug VC zu senden, das die Daten für die Prozesse von S30 bis S36 sendet (S116). Wenn das Bestimmungsergebnis das Auftreten eines Zündaussetzers zeigt, umfassen die Informationen, die sich auf das Bestimmungsergebnis beziehen, Informationen in Bezug auf den zündaussetzenden Zylinder. Wenn der Prozess von S116 vollständig abgearbeitet ist oder wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S38 oder S42 NEIN lautet, beendet die CPU 122 vorerst den in 10 dargestellten Prozessablauf.
Wenn, wie in 8 dargestellt, die CPU 72 im Fahrzeug VC das das Bestimmungsergebnis anzeigende Signal von der Zentrale 120 empfängt (S92: JA), bestimmt die CPU 72, ob das Bestimmungsergebnis zeigt, dass ein Zündaussetzer auftritt (S94). Wenn das Bestimmungsergebnis zeigt, dass ein Zündaussetzer auftritt (S94: JA), geht die CPU 72 zum Prozess von S24 über. Wenn das Bestimmungsergebnis zeigt, dass kein Zündaussetzer auftritt (S94: NEIN), initialisiert die CPU 72 das Fehler-Flag F (S28b). Wenn der Prozess von S24 oder S28b vollständig abgearbeitet ist, oder wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S92 NEIN lautet, beendet die CPU 72 vorerst den in 8 dargestellten Prozess.
Es werden Aktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben. Diese Ausführungsform erzielt zusätzlich zu den Wirkungen (1) bis (3) die folgende Wirkung. (4) In der oben beschriebenen Ausführungsform lässt sich die Rechenlast der Regelvorrichtung 70 dadurch reduzieren, dass der Zündaussetzerbestimmungsprozess in der Zentrale 120 ausgeführt wird.
Dritte Ausführungsform
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform unter Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf Abweichungen von der ersten Ausführungsform liegt.
Die Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung der ersten Ausführungsform bestimmt einen Zündaussetzer in der Brennkraftmaschine 10 anhand der Rotationsänderung der Kurbelwelle 24. Auch im Falle eines zylinderabhängigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts, bei dem eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern auftritt, kommt es zu einer Abweichung der Verbrennungsbedingungen zwischen den Zylindern, und die Rotationsänderung der Kurbelwelle 24 erhöht sich. Eine Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung dieser Ausführungsform bestimmt die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern. Der ROM 74 der Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung dieser Ausführungsform speichert ein Programm zur Detektion eines zylinderabhängigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts an Stelle des in 1 dargestellten Zündaussetzerdetektionsprogramms 74a. Die Speichervorrichtung 76 der Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung dieser Ausführungsform speichert, als Bestimmungsfunktionsdaten 76b, Kartendaten zur Berechnung eines Ungleichgewichtsverhältnisses Riv durch Einsetzen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswerts ΔAfu und des Ladewirkungsgrads η. Bei dem Ungleichgewichtswert Riv handelt es sich um einen Wert, der den Grad der Abweichung zwischen Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen anzeigt, wenn die Kraftstoffeinspritzventile so betrieben werden, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse von Luft-Kraftstoff-Gemischen in den mehreren Zylindern auf einen untereinander gleichen Wert gesteuert werden.
11 zeigt einen Prozessablauf zur Detektion des zylinderabhängigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts. Der in 11 dargestellte Prozess wird realisiert, wenn die CPU 72 das im ROM 74 gespeicherte Ungleichgewichtsdetektionsprogramm in jedem vorherbestimmten Steuerungszeitraum wiederholt ausführt.
In einer in 11 dargestellten Prozessabfolge bestimmt die CPU 72 zuerst, ob die Bedingungen für die Ausführung des Ungleichgewichtsdetektionsprozesses erfüllt sind (S210). Die Ausführungsbedingungen umfassen als Bedingungen, dass Kraftstoffdampf nicht zur Ansaugluft der Brennkraftmaschine 10 gespült wird und dass Abgas nicht zurückgeführt wird.
Als nächstes erfasst die CPU 72 die infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2), ... T30(24), die anströmseitigen Durchschnittswerte Afuave(1), Afuave(2), ... Afuave(24), die Drehzahl NE, den Ladewirkungsgrad η und eine Amplitude der 0,5-ten Ordnung Ampf/2 (S212). Die Berechnung der infinitesimalen Rotationszeit T30 durch die CPU 72 erfolgt durch Messen einer Zeitdauer, welche die Kurbelwelle 24 benötigt, um sich um 30 Grad KW zu drehen, auf Grundlage des Kurbelsignals Scr, welches das Ausgangssignal des Kurbelwinkelsensors 80 ist. Wenn die in Klammern stehenden Bezugszeichen der infinitesimalen Rotationszeiten unterschiedlich sind, wie T30(1), T30(2) und so weiter, zeigen die in Klammern stehenden Bezugszeichen die unterschiedlichen Drehwinkelintervalle innerhalb der einem Verbrennungszyklus entsprechenden 720 Grad KW an. Das heißt, die infinitesimalen Rotationszeiten T30(1) bis T30(24) zeigen die Rotationszeiten in Winkelintervallen an, die dadurch erhalten werden, dass der Drehwinkelbereich von 720 Grad KW gleichmäßig durch 30 Grad KW dividiert wird.
Wenn m einen Wert von 1 bis 24 darstellt, ist ein anströmseitiger Durchschnitt Afuave(m) ein Durchschnitt von anströmseitigen Detektionswerten Afu im gleichen Winkelintervall von 30 Grad KW wie bei der infinitesimalen Rotationszeit T30(m).
Die Amplitude der 0,5-ten Ordnung Ampf/2 ist die Intensität einer Komponente 0,5-ter Ordnung der Drehfrequenz der Kurbelwelle 24 und wird von der CPU 72 über eine Fourier-Transformation der Zeitreihendaten der infinitesimalen Rotationszeiten T30 berechnet.
Als nächstes bestimmt die CPU 72, ob die Drehzahl NE kleiner als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S213). Die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist definiert als ein Wert, bei dem die Last eines Berechnungsprozesses, der die später noch beschriebenen Mapping-Daten 76a verwendet, im Verhältnis zur Rechenleistung der CPU 72 relativ hoch ist. Wenn die Drehzahl NE kleiner als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S213: JA), setzt die CPU 72 die über den Prozess von S212 erfassten Werte in die Eingangsgrößen x(1) bis x(51) eines Mappings für die Ausgabe eines Ungleichgewichtsverhältnisses Riv ein (S214). Die CPU 72 definiert insbesondere „m = 1 to 24“ und setzt die infinitesimale Rotationszeit T30(m) in eine Eingangsgröße x(m) ein, den anströmseitigen Durchschnitt Afuave(m) in eine Eingangsgröße (24 + m) ein, die Drehzahl NE in die Eingangsgröße x(49) ein, den Ladewirkungsgrad η in die Eingangsgröße x(50) ein und die Amplitude der 0,5-ten Ordnung Ampf/2 in die Eingangsgröße x(51) ein.
In dieser Ausführungsform weist das Ungleichgewichtsverhältnis Riv in einem Zylinder, in den Kraftstoff in einer Soll-Einspritzmenge eingespritzt wird, den Wert „0“ auf, nimmt einen positiven Wert an, wenn die Ist-Einspritzmenge größer als die Soll-Einspritzmenge ist, und nimmt einen negativen Wert an, wenn die Ist-Einspritzmenge kleiner als die Soll-Einspritzmenge ist. Das heißt, die CPU 72 bestimmt, dass sich die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern in dem Maße erhöht, wie sich das Ungleichgewichtsverhältnis Riv vom Wert „0“ entfernt.
Als nächstes berechnet die CPU 72 die Ungleichgewichtsverhältnisse Riv(1) bis Riv(4) der Zylinder #i (i = 1 bis 4) durch Eingabe der Eingangsgrößen x(1) bis x(51) in das Mapping, das durch Mapping-Daten 76a definiert ist, die in der in 1 dargestellten Speichervorrichtung 76 gespeichert sind (S216). Die CPU 72 bestimmt, dass sich die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern in dem Maße erhöht, wie sich die berechneten Ungleichgewichtsverhältnisse Riv vom Wert „0“ entfernen.
In dieser Ausführungsform wird das Mapping durch ein neuronales Netz mit einer Zwischenschicht gebildet. Das neuronale Netz umfasst einen eingangsseitigen Koeffizienten wFjk (j = 0 bis n, k = 0 bis 51) und eine Aktivierungsfunktion h(x). Bei der Aktivierungsfunktion h(x) handelt es sich um ein eingangsseitiges nichtlineares Mapping, das Ausgaben aus einem durch den eingangsseitigen Koeffizienten wFjk definierten eingangsseitigen linearen Mapping nichtlinear konvertiert. In dieser Ausführungsform ist als Beispiel für die Aktivierungsfunktion h(x) eine hyperbolische Tangente „tanh(x)“ beschrieben. Das neuronale Netz umfasst ferner einen ausgangsseitigen Koeffizienten wSij (i = 1 bis 4, j = 0 bis n) und eine Aktivierungsfunktion f(x). Bei der Aktivierungsfunktion f(x) handelt es sich um ein ausgangsseitiges nichtlineares Mapping, das Ausgaben aus einem durch den ausgangsseitigen Koeffizienten wSij definierten ausgangsseitigen linearen Mapping nichtlinear konvertiert. In dieser Ausführungsform ist als Beispiel für die Aktivierungsfunktion f(x) eine hyperbolische Tangente „tanh(x)“ beschrieben. Der Wert n zeigt eine Dimension der Zwischenschicht an.
Wenn der Prozess von S216 vollständig abgearbeitet ist, oder wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S210 NEIN lautet, beendet die CPU 72 vorerst den in 11 dargestellten Prozessablauf. Wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist (S213: NEIN), unterbindet die CPU 72 den auf den Mapping-Daten 76a beruhenden Prozess zur Berechnung der Ungleichgewichtsverhältnisse Riv(1) bis Riv(4) der Zylinder #i (i = 1 bis 4). Wie in 12 dargestellt, berechnet die CPU 72 die Ungleichgewichtsverhältnisse Riv mit Hilfe einer in der Speichervorrichtung 76 gespeicherten Bestimmungsfunktion.
In dieser Ausführungsform erfolgt die Detektion des Ungleichgewichtsverhältnisses Riv, das den Grad der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung zwischen den Zylindern anzeigt, anhand des mit dem Änderungsbetrag des anströmseitigen Detektionswerts Afu korrelierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswerts AAfu.
Insbesondere berechnet die CPU 72 zuerst den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswert ΔAfu anhand der anströmseitigen Durchschnittswerte Afuave(1), Afuave(2), ... Afuave(24) (S220). Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswert ΔAfu ist eine Differenz zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert unter den anströmseitigen Durchschnittswerten Afuave(1), Afuave(2), ... Afuave(24).
Als nächstes berechnet die CPU 72 das Ungleichgewichtsverhältnis Riv mit Hilfe der Bestimmungsfunktion, die durch die Bestimmungsfunktionsdaten 76b, die in der in 1 dargestellten Speichervorrichtung 76 gespeichert sind, definiert ist. Insbesondere setzt die CPU 72 den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswert ΔAfu und den Ladewirkungsgrad η in eine Karte ein, die der Bestimmungsfunktion entspricht (S222). Die CPU 72 ermittelt das Ungleichgewichtsverhältnis Riv über eine Kartenberechnung mit Hilfe der Bestimmungsfunktion (S224). Das Ungleichgewichtsverhältnis Riv liegt bei einem abnehmenden Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Änderungswert ΔAfu näher bei „0“, nimmt einen positiven Wert an, wenn die Ist-Einspritzmenge größer als die Soll-Einspritzmenge ist, und nimmt einen negativen Wert an, wenn die Ist-Einspritzmenge kleiner als die Soll-Einspritzmenge ist. Das heißt, die CPU 72 bestimmt, dass sich die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den Zylindern in dem Maße erhöht, wie sich das Ungleichgewichtsverhältnis Riv vom Wert „0“ entfernt.
13 zeigt einen Ablauf eines Prozesses, der das Ungleichgewichtsverhältnis Riv(i) verwendet. Der in 13 dargestellte Prozess wird realisiert, wenn die CPU 72 das Abhilfeprogramm 74b, das in dem in 1 dargestellten ROM 74 gespeichert ist, zum Beispiel jedes Mal, wenn das Ungleichgewichtsverhältnis Riv(i) berechnet wird, wiederholt ausführt.
In einer in 13 abgebildeten Prozessabfolge aktualisiert die CPU 72 zuerst einen Ungleichgewichtslernwert Liv(i) über ein Verfahren mit exponentiell gleitendem Durchschnitt, welches das über den Prozess von 11 neu berechnete Ungleichgewichtsverhältnis Riv(i) als Eingabe verwendet (S230). Das heißt, die CPU 72 aktualisiert den Ungleichgewichtslernwert Liv basierend auf der Summe aus einem Wert, der dadurch ermittelt wird, dass der beispielsweise in der Speichervorrichtung 76 gespeicherte Ungleichgewichtslernwert Liv(i) mit einem Koeffizienten α multipliziert wird, und einem Wert, der dadurch ermittelt wird, dass das Ungleichgewichtsverhältnis Riv(i) mit „1 - α“ multipliziert wird (S230), sofern die Voraussetzung „0 < α < 1“ erfüllt ist.
Als nächstes bestimmt die CPU 72, ob der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) gleich oder größer als ein magerseitiger zulässiger Grenzwert LL und gleich oder kleiner als ein anfettseitiger zulässiger Grenzwert LH ist (S232). Wenn die CPU 72 feststellt, dass der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) kleiner als der magerseitige zulässige Grenzwert LL oder größer als der anfettseitige zulässige Grenzwert ist (S232: NEIN), steuert die CPU 72 die Warnleuchte 90 an, um einen Benachrichtigungsvorgang auszuführen und einen Benutzer zur Durchführung einer Wiederherstellung zu veranlassen (S234).
Wenn die CPU 72 feststellt, dass der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) gleich oder größer als der magerseitige zulässige Grenzwert LL und gleich oder kleiner als der anfettseitige zulässige Grenzwert LH ist (S232: JA), oder wenn der Prozess von S234 vollständig abgearbeitet ist, korrigiert die CPU 72 die erforderliche Einspritzmenge Qd(#i) jedes Zylinders (S236). Das heißt, die CPU 72 korrigiert die erforderliche Einspritzmenge Qd(#i) jedes Zylinders, indem sie einen Korrekturbetrag ΔQd(Liv(i)) zu der erforderlichen Einspritzmenge Qd(#i) entsprechend dem Ungleichgewichtslernwert Liv(i) hinzufügt. Der Korrekturbetrag ΔQd(Liv(i)) nimmt einen negativen Wert an, wenn der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) größer als „0“ ist, und nimmt einen positiven Wert an, wenn der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) kleiner als „0“ ist. Wenn der Ungleichgewichtslernwert Liv(i) „0“ beträgt, ist auch der Korrekturbetrag ΔQd(Liv(i)) „0“.
Wenn der Prozess von S236 vollständig abgearbeitet ist, beendet die CPU 72 vorerst die in 13 dargestellte Prozessabfolge. In dieser Ausführungsform wird, wenn das Bestimmungsergebnis im Prozess von S210 positiv ist und der Prozess von S212 ausgeführt wird, der Prozess von S236 vorerst unterbrochen.
Die Mapping-Daten 76a dieser Ausführungsform werden zum Beispiel wie folgt erzeugt. Zuerst werden mehrere Kraftstoffeinspritzventile 20, deren Ungleichgewichtsverhältnisse RiV verschiedene von „0 (null)“ abweichende Werte annehmen, und drei Kraftstoffeinspritzventile 20, deren Ungleichgewichtsverhältnisse „0“ betragen, durch im Vorfeld durchgeführte Einzelmessungen vorbereitet. Eine Brennkraftmaschine 10, mit welcher der Drehmomentwandler 60 gekoppelt ist und welche die drei Kraftstoffeinspritzventile 20 mit dem Ungleichgewichtsverhältnis von jeweils „0“ und ein Kraftstoffeinspritzventil 20 mit einem Ungleichgewichtsverhältnis von ungleich „0“ aufweist, wird auf einem Prüfstand in einem Zustand mit an der Abtriebswelle des Drehmomentwandlers 60 angeschlossenem Dynamometer betrieben. Bei den Ungleichgewichtsverhältnissen RiVt der eingebauten Kraftstoffeinspritzventile 20 handelt es sich um Trainingsdaten (Anlerndaten).
Die Werte der Ungleichgewichtsverhältnisse Rivt werden über Prozesse, die den Prozessen von S214 und S216 ähneln, mit Hilfe der Werte der Rotationswellenformgröße und der über den Prozess von S212 erfassten Größen berechnet. Das Lernen erfolgt an den Werten des eingangsseitigen Koeffizienten wFjk und des ausgangsseitigen Koeffizienten wSij mit dem Ziel der Reduzierung von Abweichungen zwischen den Werten der berechneten Ungleichgewichtsverhältnisse Rivt und der Trainingsdaten (Anlerndaten). Insbesondere kann das Lernen an den Werten des eingangsseitigen Koeffizienten wFjk und des ausgangsseitigen Koeffizienten wSij mit dem Ziel erfolgen, die Kreuzentropie zu minimieren. Die Drehzahl der Eingangswelle 66 des Getriebes 64 kann basierend auf der Drehzahl des Dynamometers simuliert werden.
Es werden Aktionen und Wirkungen dieser Ausführungsform beschrieben. (5) Bei der Bestimmung der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern unterbindet die CPU 72 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die auf den Mapping-Daten 76a beruhende Berechnung der Wahrscheinlichkeiten P(1) bis P(4) eines Zündaussetzers in den Zylindern #1 bis #4, wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist. Im Vergleich zu dem Fall, dass die CPU 72 den Berechnungsprozess mit Hilfe der Mapping-Daten 76a ausführt, wenn die Drehzahl NE gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist, kann die Rechenlast der CPU 72 reduziert werden.
[1] Eine Zustandsbestimmungsvorrichtung kann der Steuerungsvorrichtung 70 entsprechen. Eine Ausführungsvorrichtung kann der CPU 72 und dem ROM 74 in der ersten und dritten Ausführungsform sowie den CPUs 72 und 122 und den ROMs 74 und 124 in der zweiten Ausführungsform entsprechen. Eine Speichervorrichtung kann der Speichervorrichtung 76 in der ersten und dritten Ausführungsform sowie der Speichervorrichtung 126 in der zweiten Ausführungsform entsprechen. Eine Brennkraftmaschinenzustandsgröße kann den infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2), ... T30(24) in der ersten und zweiten Ausführungsform sowie den anströmseitigen Durchschnitten Afuave(1), Afuave(2), ... Afuave(24) in der dritten Ausführungsform entsprechen. Ein „Bestimmungsprozess zum Bestimmen des Zustands der Brennkraftmaschine anhand der über das Mapping erhaltenen Ausgabe, bei der die Brennkraftmaschinenzustandsgröße als Eingabe verwendet wird“ kann den Prozessen von S13 bis S28 von 2 und den Prozessen von S213 bis S216 von 11 entsprechen. Ein Schwellenwert kann der vorherbestimmten Drehzahl NEth entsprechen. [2] Ein „Bestimmungsprozesses zum Bestimmen des Zustands der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Bestimmungsfunktion“ kann den Prozessen von S30 bis S44 von 3, den Prozessen von S30 bis S114 von 10 und den Prozessen von S220 bis S224 von 12 entsprechen. [3] Ein erstes Intervall kann 720 Grad KW entsprechen. Ein zweites Intervall kann 30 Grad KW entsprechen. Ein Momentandrehzahl-Parameter kann der infinitesimalen Rotationszeit T30 entsprechen. Ein Erfassungsprozess kann dem Prozess von S10 entsprechen. Ein Abhilfeprozess kann dem Prozess von 4 entsprechen. Die vorherbestimmte Hardware kann der Einlassventil-Zeitänderungsvorrichtung 40, der Zündvorrichtung 22, dem Kraftstoffeinspritzventil 20 und dem Drosselventil 14 entsprechen. [4] Eine Rotationswellenformgröße kann den infinitesimalen Rotationszeiten T30(1), T30(2), ... T30(24) entsprechen. Ein drittes Intervall kann 30 Grad KW entsprechen. Ein viertes Intervall kann 30 Grad KW entsprechen. Ein Abhilfeprozess kann dem Prozess von 13 entsprechen. Die vorherbestimmte Hardware kann der Warnleuchte 90 und dem Kraftstoffeinspritzventil 20 entsprechen. [5] Eine erste Ausführungsvorrichtung kann der CPU 72 und dem ROM 74 entsprechen. Eine zweite Ausführungsvorrichtung kann der CPU 122 und dem ROM 124 entsprechen. Ein fahrzeugseitiger Übertragungsprozess kann dem Prozess von S90 von 8 entsprechen. Ein externer Empfangsprozess kann dem Prozess von S100 von 9 entsprechen. Ein „Signal basierend auf einer über einen Ausgabeberechnungsprozess berechneten Ausgabe“ kann dem Signal entsprechen, das das Bestimmungsergebnis anzeigt. [6] Eine Datenanalysevorrichtung kann der Zentrale 120 entsprechen. [7] Eine Brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung kann der in 7 dargestellten Steuerungsvorrichtung 70 entsprechen.
Die Ausführungsformen können wie folgt abgewandelt werden. Die Ausführungsformen und die folgenden abgewandelten Beispiele können miteinander kombiniert werden, ohne dass technische Widersprüche entstehen.
Es wird die Brennkraftmaschinenzustandsgröße beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die in das Mapping einzugebende Brennkraftmaschinenzustandsgröße nicht auf die Beispiele in den Ausführungsformen beschränkt. Der Momentandrehzahl-Parameter in der ersten und zweiten Ausführungsform ist beispielsweise nicht auf die infinitesimale Rotationszeit beschränkt, die für die Drehung im zweiten Intervall erforderlich ist. Der Momentandrehzahl-Parameter kann zum Beispiel ein Wert sein, der ermittelt wird, indem das zweite Intervall durch die infinitesimale Rotationszeit dividiert wird. Die Ermittlung des Momentandrehzahl-Parameters muss nicht zwingend über den Normalisierungsprozess erfolgen, bei dem die Differenz zwischen dem lokalen Maximalwert und dem lokalen Minimalwert einen festen Wert beträgt. Die Filterung, die als Vorverfahren zur Ermittlung der Eingabe für das Mapping dient, ist nicht auf die oben beschriebene Filterung beschränkt. Der Prozess kann zum Beispiel umfassen, dass der Einfluss der Drehung der Kurbelwelle 24 durch die Eingangswelle 66 des Getriebes 64 anhand von infinitesimalen Rotationszeiten der Eingangswelle 66 eliminiert wird. Der in das Mapping einzugebende Momentandrehzahl-Parameter muss nicht zwingend der Filterung unterzogen werden. Gleiches gilt für die Rotationswellenformgröße in der dritten Ausführungsform. Die Brennkraftmaschinenzustandsgröße unterliegt keiner besonderen Beschränkung, so lange die Brennkraftmaschinenzustandsgröße ein Parameter ist, der den Zustand der Brennkraftmaschine anzeigt.
Es wird die Bestimmungsfunktion beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Struktur der Bestimmungsfunktion nicht auf die Beispiele der Ausführungsformen beschränkt. In der ersten Ausführungsform kann die Bestimmungsfunktion zum Beispiel eine Karte sein, die den Bestimmungswert Oth durch Einsetzung der Drehzahl NE und des Ladewirkungsgrads η herleitet. In der ersten Ausführungsform können der Rotationsänderungswert ΔNE und der Bestimmungswert Oth anhand eines Verhältniswerts statt anhand der Differenz verglichen werden.
Es wird der mit der Bestimmungsfunktion arbeitende Bestimmungsprozess beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die mit der Bestimmungsfunktion arbeitende Bestimmung weggelassen werden. In diesem Fall kann die Ausführungsvorrichtung den Bestimmungsprozess zur Bestimmung, ob ein Zündaussetzer auftritt, oder zur Bestimmung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung zwischen den Zylindern unterbinden, wenn die Drehzahl NE der Kurbelwelle 24 gleich oder größer als die vorherbestimmte Drehzahl NEth ist.
Es werden das erste Intervall und das zweite Intervall beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform wird die infinitesimale Rotationszeit T30, die als Momentandrehzahl-Parameter in jedem der mehreren aufeinander folgenden zweiten Intervalle innerhalb des einem Verbrennungszyklus entsprechenden Drehwinkelintervalls von 720 Grad KW dient, als einzugebender Parameter für das Mapping zur Bestimmung des Eintretens eines Zündaussetzers eingestellt. Das heißt, die Beschreibung erfolgt an dem Beispiel, in dem das erste Intervall 720 Grad KW und das zweite Intervall 30 Grad KW beträgt. Das erste Intervall und das zweite Intervall sind nicht auf die Intervalle in diesem Beispiel beschränkt. Das erste Intervall kann zum Beispiel ein Drehwinkelintervall größer als 720 Grad KW sein. Zudem muss das erste Intervall nicht zwingend gleich oder größer als 720 Grad KW sein. Das erste Intervall kann ein Winkelintervall gleich oder kleiner als 720 Grad KW, wie 480 Grad KW, in Bezug auf eine Eingabe für ein Mapping sein, das es ermöglicht, Daten auszugeben, die sich auf eine Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers oder eines erzeugten Drehmoments in einem speziellen Zylinder beziehen. Zu diesem Zeitpunkt kann das erste Intervall ein Drehwinkelintervall sein, das größer ist als das Intervall zwischen den Drehwinkeln, an denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird. Das erste Intervall umfasst einen oberen Verdichtungstotpunkt eines Zylinders, für den die Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers bestimmt wird.
Das zweite Intervall ist nicht auf 30 Grad KW beschränkt. Das zweite Intervall kann ein Winkelintervall kleiner als 30 Grad KW, wie 10 Grad KW, sein. Das zweite Intervall ist nicht auf das Winkelintervall von gleich oder kleiner als 30 Grad KW beschränkt und kann beispielsweise 45 Grad KW betragen.
Es werden die Parameter zur Festlegung des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform definieren die Drehzahl NE und der Ladewirkungsgrad η den Betriebspunkt, jedoch sind die Parameter nicht auf die Drehzahl NE und den Ladewirkungsgrad η beschränkt. Die Parameter können beispielsweise die Drehzahl NE und die Ansaugmenge Ga sein. Beispielsweise kann eine Einspritzmenge oder ein erforderliches Drehmoment der Brennkraftmaschine an Stelle des Ladewirkungsgrads η als Last verwendet werden. Die Verwendung der Einspritzmenge oder des erforderlichen Drehmoments als Last ist in einer Brennkraftmaschine mit Eigenzündung besonders wirksam.
Es werden das dritte Intervall und das vierte Intervall beschrieben. In der dritten Ausführungsform ist das dritte Intervall, bei dem es sich um ein Abtastintervall für den in das Mapping einzugebenden anströmseitigen Durchschnitt Afuave handelt, nicht auf 30 Grad KW beschränkt. Das dritte Intervall kann ein Winkelintervall kleiner als 30 Grad KW, wie 10 Grad KW, sein. Das dritte Intervall ist nicht auf das Winkelintervall von gleich oder kleiner als 30 Grad KW beschränkt, sondern kann beispielsweise 45 Grad KW betragen.
Das vierte Intervall, bei dem es sich um ein Abtastintervall für die in das Mapping einzugebende infinitesimale Rotationszeit T30 handelt, ist nicht auf 30 Grad KW beschränkt. Das vierte Intervall kann ein Winkelintervall kleiner als 30 Grad KW, wie 10 Grad KW, sein. Das vierte Intervall ist nicht auf das Winkelintervall von gleich oder kleiner als 30 Grad KW beschränkt und kann beispielsweise 45 Grad KW betragen. Das dritte Intervall und das vierte Intervall müssen nicht zwingend gleich groß sein.
Es werden die Eingaben in das Mapping beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform sind die Eingaben für das Mapping zusammen mit dem Momentandrehzahl-Parameter nicht auf die Beispiele der Ausführungsformen beschränkt. Beispiele der Eingaben können einen Parameter zur Verstellung der Verbrennungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemischs im Brennraum 18 der Brennkraftmaschine 10 und eine Zustandsgröße einer Straße, die von dem mit der Brennkraftmaschine 10 versehenen Fahrzeug VC befahren wird, umfassen. Die Eingaben in das Mapping müssen nicht zwingend den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 umfassen. Die Eingaben müssen beispielsweise den Betriebspunkt nicht umfassen, wenn die Brennkraftmaschine serienmäßig in einem Hybridfahrzeug eingebaut ist und die Steuerung unter der Annahme durchgeführt wird, dass der Betriebspunkt auf einen engen Bereich begrenzt ist. Die Eingabe in das Mapping zusammen mit dem Momentandrehzahl-Parameter kann nur einer von zwei Parametern wie Last und Drehzahl NE für die Festlegung des Betriebspunkts oder Ansaugmenge und Drehzahl NE sein.
Auch in der dritten Ausführungsform sind die Eingaben in das Mapping zusammen mit der Rotationswellenformgröße und den mehreren Werten der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße nicht auf die Beispiele der Ausführungsform beschränkt. Zudem müssen die Eingaben in das Mapping nicht zwingend den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 umfassen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen muss beispielsweise eine Teilmenge der in das Detektionsmapping einzugebenden mehreren Arten physikalischer Größen nicht unmittelbar in das neuronale Netz oder ein rekurrierendes neuronales Netz eingegeben werden. Stattdessen können einige über eine Hauptkomponentenanalyse ermittelte Hauptkomponenten für die physikalischen Größen direkt in das neuronale Netz oder rekurrierende neuronale Netz eingegeben werden. Wenn die Hauptkomponenten in das neuronale Netz oder rekurrierende neuronale Netz eingegeben werden, müssen die Hauptkomponenten nicht zwingend Teil der Eingabe in das neuronale Netz oder rekurrierende neuronale Netz sein und können die vollständige Eingabe sein. Wenn die Hauptkomponenten in das Detektionsmapping eingegeben werden, umfassen die Mapping-Daten 76a beziehungsweise 126a Daten, die das Detektionsmapping definieren, das die Hauptkomponenten spezifiziert.
Es wird das Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem beschrieben. In der dritten Ausführungsform kann das Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem wie in der zweiten Ausführungsform dazu eingerichtet sein, den Prozess zur Detektion des zylinderabhängigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewichts auszuführen. In diesem Fall kann die Zentrale 120 die Ungleichgewichtsverhältnisse Riv berechnen und die berechneten Ungleichgewichtsverhältnisse Riv an das Fahrzeug VC senden.
Es wird der Abhilfeprozess beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Details des Abhilfeprozesses nicht auf die Beispiele der Ausführungsformen beschränkt. Die Warnleuchte 90 wird beispielsweise so angesteuert, dass sie eine Benachrichtigung über einen auftretenden Zündaussetzer über eine visuelle Information bereitstellt, jedoch ist die Benachrichtigung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann ein Lautsprecher angesteuert werden, um eine Benachrichtigung über einen auftretenden Zündaussetzer durch eine akustische Information bereitzustellen. Die in 1 dargestellte Steuerungsvorrichtung 70 kann beispielsweise die Kommunikationsvorrichtung 129 umfassen und durch Ansteuerung der Kommunikationsvorrichtung 129 ein Signal, das das Auftreten eines Zündaussetzers anzeigt, an ein mobiles Endgerät eines Benutzers senden. Dieser Prozess kann dadurch realisiert werden, dass auf dem mobilen Benutzerendgerät ein Anwendungsprogramm zur Ausführung des Benachrichtigungsprozesses installiert wird. In der ersten Ausführungsform kann der in 4 dargestellte Abhilfeprozess teilweise oder ganz weggelassen werden. Das Gleiche gilt für den Abhilfeprozess der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Abweichung zwischen den Zylindern.
Es werden die Mapping-Daten beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich bei den Aktivierungsfunktionen h, h1, h2, ... hα um die hyperbolischen Tangenten und bei der Ausgangsaktivierungsfunktion um die Softmax-Funktion, jedoch sind die Mapping-Daten nicht auf diese Funktionen beschränkt. Die Aktivierungsfunktionen h, h1, h2, ... hα können beispielsweise gerichtete lineare Einheiten (ReLUs) sein. Die Ausgangsaktivierungsfunktion kann beispielsweise eine logistische Sigmoidfunktion sein. In diesem Fall kann die Anzahl der Knoten in einer Ausgangsschicht zum Beispiel auf eins gesetzt werden, und die Ausgangsgröße kann eine Verbrennungszustandsgröße PR sein. Es erfolgt eine Feststellung, dass eine Anomalie vorliegt, wenn der Wert der Ausgangsgröße gleich oder größer als ein vorherbestimmter Wert ist. Es kann also eine Bestimmung durchgeführt werden, ob eine Anomalie besteht.
Es wird der Algorithmus des maschinellen Lernens beschrieben. Der Algorithmus des maschinellen Lernens ist nicht auf den Algorithmus beschränkt, der das neuronale Netz verwendet. Zum Beispiel kann ein rekurrierendes neuronales Netz eingesetzt werden. Das rekurrierende neuronale Netz entspricht dem neuronalen Netz ohne die Zwischenschicht. Zum Beispiel kann eine Support-Vektor-Maschine verwendet werden. In diesem Fall hat die Größenordnung eines Ausgangswerts keine Bedeutung, und das Auftreten eines Zündaussetzers wird ausgehend davon bestimmt, ob der Ausgangswert positiv ist. Mit anderen Worten unterscheidet sich dieser Fall von dem Fall, dass die Verbrennungszustandsgröße drei oder mehr Werte aufweist und die Größenordnungen der Werte die Größenordnungen der Wahrscheinlichkeit eines Zündaussetzers widerspiegeln.
Es wird das Verfahren zur Erzeugung der Mapping-Daten beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform wird das Lernen in einer Situation ausgeführt, in der ein Zündaussetzer auf Zufallsbasis auftritt, jedoch ist das Lernen nicht auf diesen Fall beschränkt. Zum Beispiel kann das Lernen in einer Situation erfolgen, in der ein Zündaussetzer in einem speziellen Zylinder kontinuierlich auftritt. In diesem Fall kann es sich bei einer in das Mapping einzugebenden zylinderabhängigen Größe oder einer für eine Änderungsmustergröße zu verwendenden zylinderabhängigen Größe um eine Differenz zwischen den jeweils den oberen Verdichtungstotpunkten entsprechenden infinitesimalen Rotationszeiten T30 des Zylinders, der einer Zündaussetzerdetektion unterzogen wird, und der anderen Zylinder handeln.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist das Verfahren zur Erzeugung der Mapping-Daten nicht beschränkt auf das Verfahren, bei dem das Lernen auf Grundlage des Rotationsverhaltens der Kurbelwelle 24 erfolgt, wenn das Dynamometer mit der Kurbelwelle 24 verbunden ist und die Brennkraftmaschine 10 betrieben wird. Das Lernen kann beispielsweise basierend auf dem Rotationsverhalten der Kurbelwelle ausgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine 10 im Fahrzeug eingebaut ist und das Fahren des Fahrzeugs bewirkt wird. Das Lernen spiegelt somit die Einwirkung des Zustands der vom Fahrzeug befahrenen Straße auf das Drehverhalten der Kurbelwelle 24 wider.
Es wird die Datenanalysevorrichtung beschrieben. In der zweiten Ausführungsform kann der Prozess von 9 beispielsweise durch das mobile Benutzerendgerät ausgeführt werden. Der Prozess kann dadurch realisiert werden, dass auf dem mobilen Endgerät ein Anwendungsprogramm zur Ausführung des Prozesses von 9 installiert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann der Prozess des Sendens und Empfangens der Fahrzeug-ID weggelassen werden, indem beispielsweise eine effektive Datenübertragungsstrecke im Prozess von S 106 auf die Länge des Fahrzeugs eingestellt wird.
Es wird die Ausführungsvorrichtung beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Ausführungsvorrichtung nicht auf die Vorrichtung beschränkt, welche die CPU 72 und/oder 122 und den ROM 74 und/oder 124 umfasst und den Software-Prozess ausführt. Die Ausführungsvorrichtung kann beispielsweise eine dedizierte Hardware-Schaltung (zum Beispiel eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC)) umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Hardware-Prozess an Stelle mindestens eines Teiles des Software-Prozesses in den Ausführungsformen auszuführen. Das heißt, die Ausführungsvorrichtung kann eine der folgenden Strukturen (a) bis (c) aufweisen. (a) Die Ausführungsvorrichtung umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, sämtliche der oben beschriebenen Prozesse auf Grundlage von Programmen auszuführen, und eine die Programme speichernde Programmspeichervorrichtung, wie einen ROM. (b) Die Ausführungsvorrichtung umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Teil der oben beschriebenen Prozesse auf Grundlage von Programmen auszuführen, eine Programmspeichervorrichtung und eine dedizierte Hardware-Schaltung, die dazu eingerichtet ist, die übrigen Prozesse auszuführen. (c) Die Ausführungsvorrichtung umfasst eine dedizierte Hardware-Schaltung, die dazu eingerichtet ist, sämtliche der oben beschriebenen Prozesse auszuführen. Es können mehrere Vorrichtungen oder Schaltungen als Software-Ausführungsvorrichtung, welche die Verarbeitungsvorrichtung und die Programmspeichervorrichtung umfasst, oder als dedizierte Hardware-Schaltung vorgesehen sein.
Es wird die Speichervorrichtung beschrieben. In der ersten und zweiten Ausführungsform ist die Speichervorrichtung, welche die Mapping-Daten 76a oder 126a speichert, getrennt vom ROM 74 oder 124 vorgesehen, der als diejenige Speichervorrichtung dient, die das Zündaussetzerdetektionsprogramm 74a oder das Haupt-Zündaussetzerdetektionsprogramm 124a speichert. Die Speichervorrichtung ist nicht auf diese Speichervorrichtungen beschränkt. Das Gleiche gilt in der dritten Ausführungsform für die Speichervorrichtung, welche die Mapping-Daten 76a speichert, und die Speichervorrichtung, die das Ungleichgewichtsdetektionsprogramm speichert.
Es wird der Computer beschrieben. Der Computer ist nicht beschränkt auf den Computer, der die im Fahrzeug montierte Ausführungsvorrichtung mit der CPU 72 und dem ROM 74 und die in der Zentrale 120 vorgesehene Ausführungsvorrichtung mit der CPU 122 und dem ROM 124 umfasst. Der Computer kann beispielsweise die im Fahrzeug montierte Ausführungsvorrichtung, die in der Zentrale 120 vorgesehene Ausführungsvorrichtung und die eine CPU und einen ROM umfassende und im mobilen Benutzerendgerät vorgesehene Ausführungsvorrichtung umfassen. Dieser Computer kann beispielsweise realisiert werden, wenn im Prozess von S90 von 8 Daten an das mobile Benutzerendgerät gesendet werden und das mobile Endgerät die Prozesse von S13 bis S26 und von S100 bis S106 von 9 ausführt.
Es wird der Zustand der Brennkraftmaschine beschrieben. Der über den Bestimmungsprozess zu bestimmende Zustand der Brennkraftmaschine 10 kann ein anderer als der Zündaussetzer und das zylinderabhängige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht sein, solange der Erfassungsprozess jedes Mal ausgeführt wird, wenn sich die Kurbelwelle 24 um einen vorherbestimmten Winkel dreht. Im Falle eines sogenannten Kompressionsverlusts in einem speziellen Zylinder kommt es beispielsweise zu einer Abweichung des Verbrennungszustands zwischen den Zylindern, und die Rotationsänderung der Kurbelwelle 24 erhöht sich. Der Kompressionsverlust ist eine unzureichende Verdichtung der Ansaugluft in einem Zylinder aufgrund des in einem offenen Zustand klemmenden Einlassventils oder Auslassventils. Dadurch kann der Kompressionsverlust anhand eines Mappings detektiert werden, bei dem die Brennkraftmaschinenzustandsgröße als Eingabe verwendet wird. In diesem Fall kann der Kompressionsverlust unter Berücksichtigung der Auswirkung auf das Rotationsverhalten der Kurbelwelle 24 bestimmt werden.
Es werden Kombinationen der Ausführungsformen beschrieben. Sowohl das Zündaussetzerdetektionsprogramm 74a der ersten und zweiten Ausführungsform als auch das Ungleichgewichtsdetektionsprogramm der dritten Ausführungsform können installiert sein, und die CPU 72 kann sowohl den Zündaussetzer als auch das zylinderabhängige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht bestimmen. In diesem Fall ist die Rechenlast der CPU 72 größer als wenn die CPU 72 entweder den Zündaussetzer oder das zylinderabhängige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht bestimmt. So lassen sich durch Anwendung der Ausführungsformen große Wirkungen erzielen, wenn die Drehzahl NE der Kurbelwelle 24 relativ hoch ist.
Die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform können so kombiniert werden, dass der Zündaussetzer im Fahrzeug VC bestimmt wird und der Zündaussetzer auch in der Zentrale 120 bestimmt wird. Die zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform können so kombiniert werden, dass der Zündaussetzer in der Zentrale 120 bestimmt wird und das zylinderabhängige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Ungleichgewicht im Fahrzeug VC bestimmt wird.
Es wird die Zentrale beschrieben. In der zweiten Ausführungsform muss die Zentrale 120 nicht zwingend das Zündaussetzerbestimmungsergebnis an das Fahrzeug VC senden. In diesem Fall speichert die Zentrale 120 das Bestimmungsergebnis, das für Forschung und Entwicklung verwendet werden kann.
Es wird die Brennkraftmaschine beschrieben. In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist als Kraftstoffeinspritzventil beispielhaft ein Direkteinspritzventil beschrieben, das dazu eingerichtet ist, Kraftstoff in den Brennraum 18 einzuspritzen, jedoch ist das Kraftstoffeinspritzventil nicht auf das Direkteinspritzventil beschränkt. Das Kraftstoffeinspritzventil kann zum Beispiel ein Kanaleinspritzventil sein, das dazu eingerichtet ist, Kraftstoff in den Einlasskanal 12 einzuspritzen. Beispielsweise können sowohl das Kanaleinspritzventil als auch das Direkteinspritzventil vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine ist nicht auf einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung beschränkt. Die Brennkraftmaschine kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor mit Eigenzündung sein, der Leichtöl als Kraftstoff verwendet.
Es wird das Fahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug VC der oben beschriebenen Ausführungsformen umfasst die Überbrückungskupplung 62, den Drehmomentwandler 60 und das Getriebe 64 im Antriebssystem, kann jedoch ein Fahrzeug mit anders aufgebautem Antriebssystem sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 491348 A [0002]
JP 4091348 A [0003]

Claims

Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung umfassend: eine Speichervorrichtung (76; 126); und eine Ausführungsvorrichtung, wobei: die Speichervorrichtung (76; 126) Mapping-Daten speichert, die eine Zuordnung zwischen einer Eingabe und einer Ausgabe definieren, wobei die Eingabe eine Brennkraftmaschinenzustandsgröße ist, wobei die Ausgabe ein Bestimmungsergebnis in Bezug auf einen Zustand einer Brennkraftmaschine ist, wobei die Brennkraftmaschinenzustandsgröße ein Parameter ist, der den Zustand der Brennkraftmaschine anzeigt; die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Ausführen eines Erfassungsprozess zum Erfassen der Brennkraftmaschinenzustandsgröße bei jeder Drehung einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine um einen vorherbestimmten Winkel, und eines Bestimmungsprozesses zum Bestimmen des Zustands der Brennkraftmaschine anhand der über das Mapping erhaltenen Ausgabe, bei dem die Brennkraftmaschinenzustandsgröße als Eingabe verwendet wird; die Mapping-Daten durch maschinelles Lernen trainiert werden; und die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Unterbinden des Bestimmungsprozesses, wenn eine Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als ein vorherbestimmter Schwellenwert ist.
Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Speichervorrichtung (76; 126) eine Bestimmungsfunktion speichert und das Bestimmungsergebnis dadurch ermittelt wird, dass die Brennkraftmaschinenzustandsgröße und/oder eine von der der Brennkraftmaschinenzustandsgröße abgeleitete Größe in die Bestimmungsfunktion eingesetzt wird; und die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Ausführen des Bestimmungsprozesses zur Bestimmung des Zustands der Brennkraftmaschine mit Hilfe der Bestimmungsfunktion, wenn die Drehzahl der Kurbelwelle gleich oder größer als der vorherbestimmte Schwellenwert ist.
Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Zustand der Brennkraftmaschine darin besteht, ob ein Zündaussetzer in der Brennkraftmaschine auftritt; die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Ausführen eines Abhilfeprozesses, um durch Ansteuerung von vorherbestimmter Hardware dem Zündaussetzer entgegenzuwirken, wenn eine Bestimmung über den Bestimmungsprozess ergibt, dass der Zündaussetzer auftritt; die Mapping-Daten definieren: die Zuordnung zwischen der Eingabe, bei der es sich um Zeitreihendaten handelt, die einen Momentandrehzahl-Parameter in jedem von mehreren aufeinanderfolgenden zweiten Intervallen innerhalb eines ersten Intervalls aufweisen, und der Ausgabe, bei der es sich um eine Wahrscheinlichkeit des Zündaussetzers in der Brennkraftmaschine handelt; die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Erfassen des Momentandrehzahl-Parameters im Erfassungsprozess auf Grundlage eines Detektionswerts von einem Sensor, der dazu eingerichtet ist, ein Rotationsverhalten der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu detektieren; der Momentandrehzahl-Parameter ein Parameter ist, der auf der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beruht; das erste Intervall ein Drehwinkelintervall der Kurbelwelle ist, wobei das erste Intervall einen oberen Verdichtungstotpunkt aufweist; jedes der zweiten Intervalle kleiner ist als ein Intervall zwischen Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird; und die Ausführungsvorrichtung eingerichtet ist zum Ausgeben der Wahrscheinlichkeit des Zündaussetzers in mindestens einem Zylinder, in welchem der obere Verdichtungstotpunkt innerhalb des ersten Intervalls erreicht wird, mit Hilfe des Mappings.
Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Brennkraftmaschine mehrere Zylinder umfasst; der Zustand der Brennkraftmaschine eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern ist; die Ausführungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, wenn eine über den Bestimmungsprozess durchgeführte Bestimmung ergibt, dass eine Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zwischen den mehreren Zylindern auftritt, einen Abhilfeprozess auszuführen, um einer hochgradigen Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Ansteuerung von vorherbestimmter Hardware entgegenzuwirken; die Mapping-Daten definieren: die Zuordnung zwischen der Eingabe, die eine Rotationswellenformgröße und eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße basierend auf einer Ausgabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors in jedem von mehreren dritten Intervallen umfasst, und der Ausgabe, die eine Ungleichgewichtsgröße umfasst, die einen Grad der Abweichung zwischen Ist-Luft-Kraftstoff-Verhältnissen anzeigt, welche auftritt, wenn Kraftstoffeinspritzventile so betrieben werden, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse von Luft-Kraftstoff-Gemischen in den mehreren Zylindern auf einen untereinander gleichen Wert gesteuert werden; die Ausführungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, im Erfassungsprozess die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße in jedem der mehreren dritten Intervalle und die Rotationswellenformgröße basierend auf einem Detektionswert aus einem zur Detektion eines Rotationsverhaltens der Kurbelwelle eingerichteten Sensors zu erfassen; die Rotationswellenformgröße eine Differenz zwischen Werten einer Momentandrehzahlgröße basierend auf der Drehzahl der Kurbelwelle in mehreren vierten Intervallen anzeigt; die dritten Intervalle und die vierten Intervalle Winkelintervalle der Kurbelwelle sind, wobei jedes der Winkelintervalle kleiner ist als ein Intervall zwischen Drehwinkeln, bei denen jeweils ein oberer Verdichtungstotpunkt erreicht wird; und die Rotationswellenformgröße in Zeitreihendaten innerhalb eines vorherbestimmten Winkelintervalls enthalten ist, das größer ist als das Intervall zwischen den Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird, und Werte der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Detektionsgröße in Zeitreihendaten innerhalb des vorherbestimmten Winkelintervalls enthalten sind, das größer ist als das Intervall zwischen den Drehwinkeln, bei denen jeweils der obere Verdichtungstotpunkt erreicht wird.
Brennkraftmaschinenzustandsbestimmungssystem, umfassend: die Ausführungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4; und die Speichervorrichtung (126), wobei die Ausführungsvorrichtung eine erste Ausführungsvorrichtung (72, 74) und eine zweite Ausführungsvorrichtung (122, 124) umfasst, die erste Ausführungsvorrichtung (72, 74) in einem Fahrzeug montiert ist und eingerichtet ist zum Ausführen des Ausführungsprozesses und eines fahrzeugseitigen Übertragungsprozesses zum Senden von über den Erfassungsprozess erfassten Daten vom Fahrzeug nach draußen, und die zweite Ausführungsvorrichtung (122, 124) außerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist und eingerichtet ist zum Ausführen eines externen Empfangsprozesses zum Empfangen der über den fahrzeugseitigen Übertragungsprozess gesendeten Daten und des Bestimmungsprozesses.
Datenanalysevorrichtung, umfassend: die zweite Ausführungsvorrichtung (122, 124) nach Anspruch 5; und die Speichervorrichtung (126).
Brennkraftmaschinensteuerungsvorrichtung, umfassend: die erste Ausführungsvorrichtung (72, 74) nach Anspruch 5.