DE69826543T2

DE69826543T2 - System zur Erfassung vom Verbrennungszustand für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69826543T2
Application number: DE69826543T
Authority: DE
Inventors: Eisaku Fukuchi; Akihito Naka-gun Numata; Takanobu Ichihara
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JP3477016B2; EP0860598B1; DE69826543D1; EP0860598A2; EP0860598A3; JPH10231751A; US5991685A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes eines Verbrennungsmotors (nachstehend manchmal als der Motor bezeichnet), oder insbesondere ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes des Motors, das in allen Betriebsbereichen, in denen ein positives Drehmoment erzeugt wird, eine Fehlzündung erkennen kann.
Als ein Beispiel auf dem verwandten Gebiet beschreibt die EP 0 610 508 A1 ein Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen unter Verwendung der Umdrehungsschwankungen einer Kurbelwelle, das geeignet ist das Auftreten von Fehlzündungen akkurat zu erfassen, wobei der Einfluss eines Erfassungsfehlers der einem Strukturfehler des Kurbelwellensensors, welcher zum Erfassen der Drehungsschwankungen der Kurbelwelle verwendet wird zugeschrieben wird, eliminiert ist. Falls ein Prozessor von einem Kurbelwellensensor sequentiell Pulse empfängt, erfasst er die Länge der Zeitspanne zwischen dem Eintritt der Erfassungsoperation in einen Bereich eines Drehwinkels der Kurbelwelle betreffend eines Zylinders, der den zwei Pulsen entspricht, und dem Austritt der gleichen Operation aus dem gleichen Bereich. Eine Winkelbeschleunigung Dωn der Kurbelwelle wird unter Verwendung eines Korrekturfaktors, der auf Basis dieser Länge der Zeitspanne und der Länge der Zeitspanne, die frei von Betriebsfehlern des Sensors bestimmt wird, und durch Teilen, durch die Anzahl der Zylinder, der Zeit die für eine Umdrehung der Kurbelwelle benötigt wird, bestimmt. Falls der berechnete Wert Dωn kleiner als ein Bewertungswert ist, wird das Auftreten von Fehlzündungen erkannt.
In der wohlbekannten Technik, die in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-58-51243 offen gelegt ist, werden die Motorbetriebsbedingungen durch Messen der Motordrehzahl erfasst, wobei, unter Ausnutzung der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem vom Motor erzeugten Drehmoment, Fehlzündungen indirekt erfasst werden können. Entsprechend dieser Technik wird die Motordrehzahl bei zwei oder mehr Zündpunkten innerhalb eines einzelnen Zündzyklus vom vorherigen Zündpunkt bis zum jetzigen Zündpunkt erfasst, und die Drehzahländerung wird aus der Änderung der Drehzahl an verschiedenen Zündpunkten innerhalb des einzelnen Zündzykluses bestimmt. Die so sequentiell bestimmten Drehzahländerungen werden statistisch verarbeitet und der Verbrennungszustand des Motors wird anhand der Verarbeitungsergebnisse bewertet.
Durch Beurteilung des Motorzustands durch das oben erwähnte Erfassen der Motordrehzahl, wird die Winkelgeschwindigkeit eines Zahnkranzes oder einer Platte, die auf die Kurbelwelle montiert ist, erfasst. Solch ein Verfahren ist in einem vergleichsweise niedrigen Motordrehzahlbereich effektiv. In einem hohen Drehzahlbereich treten jedoch signifikante Schwankungen zwischen den Zylindern, aufgrund des Fehlers in der Herstellung der Zahnabstände des Zahnkranzes oder der Platte, auf. Der Effekt des Fehlers in der Zahnweite macht es nahezu unmöglich den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors akkurat zu beurteilen.
Um die oben genannten Nachteile zu überwinden hat die Anmelderin in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. JP-A-9-72241 eine Vorrichtung vorgeschlagen, um einen Wert entsprechend des Zahnabstandfehlers während normaler Werbrennung zu erfassen um das Motordrehzahlsignal zu korrigieren. Im Besonderen berechnet die vorgeschlagene Vorrichtung einen Parameter des Verbrennungszustands aus einem Taktsignal, das mit der Drehung der Kurbelwelle um einen vorgegebenen Winkel assoziiert ist, wobei das Taktsignal aufgrund der Veränderung des Parameters des Verbrennungszustands für normale Verbrennung korrigiert wird. In diesem Verfahren, in dem ein Bezugszylinder festgelegt wird, wird der Korrekturwert des Taktsignals für eine Zylindergruppe mit dem Bezugszylinder und einem Gegenzylinder dazu, für den Fall reduziert, dass der Parameter des Verbrennungszustandes der bestimmten Zylindergruppe nicht kleiner als ein vorgegebener Wert ist, und die Höhe der Korrektur des Taktsignals andererseits erhöht wird. Demnach wird das Taktsignal entsprechend des so bestimmten Korrekturwertes korrigiert und der Verbrennungszustandsparameter wird unter Verwendung des korrigierten Taktsignals berechnet.
Die oben vorgeschlagene herkömmliche Technik, in der das Taktsignal entsprechend der Veränderung des Verbrennungszustandsparameters für normale Verbrennung korrigiert wird, kann den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors ohne Beeinflussung durch den Fehlers in der Zahnabstandherstellung eines Zahnkranzes oder der Platte selbst in einem hohen Drehzahlbereich des Motors erfassen. Dennoch müssen das Berechnungsergebnis des Korrekturwertes und die Stabilität dieses berechneten Korrekturwertes weiter verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt um das oben genannte Problem auszuschließen und es ist daher eine Aufgabe, ein System zur Erfassung des Verbrennungszustands für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, in dem der Verbrennungszustand in allen Motorbetriebsbereichen, in denen ein positives Drehmoment erzeugt wird, akkurat erfasst werden kann (besonders in einem hohen Motordrehzahlbereich) und besonders in denen, durch die das Ergebnis und die Stabilität bei der Berechnung des Korrekturwertes der zur Korrektur des erfassten Taktsignals verwendet werden, gesichert wird, während zur gleichzeitig Fehlzündungen positiv erfasst werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine vor gesehen, mit Mitteln zur Erfassung eines Taktsignals das der Drehung der Kurbelwelle um einen vorgegebenen Winkel zugeordnet ist, Mitteln zur Korrektur des Taktsignals, Mitteln zur Berechnung eines Parameters des Verbrennungszustandes aus dem Taktsignal, Mitteln zur Erfassung der Abweichung des Wertes des berechneten Parameters des Verbrennungszustandes zwischen den Zylindern, und Mitteln zur Berechnung eines Berichtungsbetrages des Taktsignals, wobei die Mittel zur Erfassung der Abweichung einen Bezugszylinder festlegen und die Abweichung zwischen dem Wert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung einer Gruppe, mit dem Bezugszylinder und einem Gegenzylinder (der den gleichen Kurbelwinkel wie der Bezugszylinder hat), und dem Parameter des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der verbleibenden Zylinder bestimmt, wobei die Mittel zur Berechnung eines Berichtungsbetrages eine PID Verarbeitung durchführen, um den Berichtungsbetrag so zu bestimmen, dass die Abweichung einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet oder Null erreicht, und wobei die Mittel zur Korrektur des Taktsignals das Taktsignal basierend auf dem Berichtungsbetrag korrigiert.
In einem bevorzugten Beispiel der Erfindung ist ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine vorgehen, in der die Mittel zur Korrektutr des Taktsignals den Berichtungsbetrag mit dem Taktsignal der Zylinder, die dem Bezugszylinder nicht gegenüber stehen, multipliziert und in dem die Mittel zur Erfassung der Abweichung eine Abweichung zwischen dem Durchschnittswert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der Gruppe von Zylindern, die den Bezugszylinder und den gegenläufigen Zylinder enthält, und andererseits den Durchschnittswert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der verbleibenden Zylinder erfasst.
Entsprechend eines weiteren Aspekts der Erfindung ist ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, das ferner Mittel zum Bewertung des Verbrennungszustandes enthält, um den Verbrennungszustand mit einem bestimmten Entscheidungsschwellwert zu vergleichen, und so eine Fehlzündung des Motors zu bewerten.
Das System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine, das den oben beschriebenen Aufbau aufweist, verwendet die Tatsache, dass die Abweichung zwischen dem Wert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der Gruppe von Zylindern, die den Bezugszylinder und den gegenläufigen Zylinder enthält, und andererseits der Wert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der verbleibenden Zylinder indirekt proportional zu einem S/N-Verhältnis der Fehlzündung sind (das Verhältnis zwischen einem Fehlzündungssignal und einem Nicht-Fehlzündungssignal) und der Tatsache, dass das S/N-Verhältnis durch Verringerung der Abweichung zu einem vorgegebenen Wert (Null) maximiert werden kann. Um die Abweichung auf nicht mehr als den vorgegebenen Wert oder Null zu reduzieren, wird ein Korrekturwert (ein Korrekturkoeffizient des Zahnabstandfehlers) mit dem Taktsignal einer Gruppe von Zylindern, die nicht gegenläufig zu dem Bezugszylinder sind, multipliziert und das Taktsignal der Zylinder die nicht gegenläufig zu dem Bezugszylinder sind werden in Übereinstimmung mit dem Taktsignal für den Bezugszylinder gesetzt. Auf diese Weise wird der Verbrennungszustand in allen Motorbetriebsbereichen (besonders im Bereich einer hohen Motordrehzahl) in denen ein positives Drehmoment erzeugt wird akkurat erfasst.
Entsprechend eines weiteren Aspekts der Erfindung ist ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine vorgesehen, in dem die PID Verarbeitung als Mittel zur Berechnung des Korrekturwertes (Korrekturkoeffizient des Zahnabstandfehlers) des Taktsignals verwendet wird, um die Abweichung zwischen dem Wert des Verbrennungszustandsparameters für nor male Verbrennung einer Gruppe von Zylindern, die den Bezugszylinder und den gegenläufigen Zylinder enthält, und dem Wert des Verbrennungszustandsparameters für normale Verbrennung der verbleibenden Zylinder zu bestimmen. Auf diese Weise kann die Abweichung konstant auf einen Betrag nicht größer als ein vorgegebener Wert oder Null geregelt werden und daher kann ein maximales S/N-Verhältnis gesichert werden, wodurch es möglich wird, die Antwort und die Stabilität der Berechnung eines Korrekturbetrags für das Taktsignal zu sichern.
1 zeigt ein Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Systems zur Erfassung des Verbrennungszustands einer Brennkraftmaschine, entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 zeigt ein Blockdiagramm zur grundsätzlichen Steueroperation des Systems zur Erfassung eines Verbrennungszustandes wie in 1 dargestellt.
3 zeigt ein Diagramm, das den Wechsel der Motordrehzahl zur Zeit einer Fehlzündung des Motors darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das einen Verbrennungsparameter D1A und eine Fensterpassierzeit TDATA zum Zeitpunkt einer Fehlzündung des Motors darstellt.
5 zeigt ein Diagramm, das einen Verbrennungsparameter D1A und eine Fensterpassierzeit TDATA und das Vorhandensein eines Zahnabstandsfehlers darstellt.
6 zeigt ein Diagramm, das einen Verbrennungsparameter D1A und eine Fensterpassierzeit TDATA nach Korrektur des Zahnabstandsfehlers darstellt.
7 zeigt ein detailliertes Steuerblockdiagramm zur Diagnose einer Fehlzündung für ein System zur Erfassung des Verbrennungszustandes wie in 1 dargestellt.
8 zeigt ein Steuerflussdiagramm einer Fehlzündungsdiagnose PAD das die Korrektursteuerung des Zahnabstandsfehlers, basierend auf dem System zur Erfassung des Verbrennungszustandes wie in 1 dargestellt, verwendet.
9A und 9B zeigen Diagramme, die einen Korrekturkoeffizienten des Zahnabstandfehlers PEC und einen Verbrennungszustandsparameter D1A nach der Korrektur des Zahnabstandfehlers basierend auf dem System zur Erfassung des Verbrennungszustandes von 1 dargestellen.
10A und 10B zeigen Charakteristiken eines S/N-Verhältnisses der Fehlzündung in Bezug auf die Motordrehzahl und die Motorlast, wobei 10A ein Zustandsdiagramm, nach dem die Korrektur des Zahnabstands entsprechend der Erfindung durchgeführt wurde, und 10B ein konventionelles Zustandsdiagramm vor Korrektur des Zahnabstandfehlers, darstellen.
Ein Motorsteuersystem entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend in Bezug auf die begleiteten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt einen allgemeinen Aufbau eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 beinhaltet vier Zylinder. Jeder Zylinder 11 ist mit einem Ansaugrohr 12 und einem Abgasrohr 13 verbunden. Eine Zündeinheit 201 ist auf jedem Zylinder 11 montiert. Eine Kraftstoffeinspritzeinheit 202 ist in dem Ansaugrohr 12 angeordnet. Ein Luftfilter (nicht gezeigt) und eine Erfassungseinheit 204 für einen Luftstromdurchsatz sind stromauf der Kraftstoffeinspritzeinheit 202 montiert. Ein Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor 205 und ein Drei-Wege-Katalysator 206 sind im Abgasrohr 13 montiert.
Die Steuereinheit 207 für die Brennkraftmaschine 10 nimmt ein Ausgangssignal Qa der Erfassungseinheit 204 des Durchflusses und die Motordrehzahl Ne des Zahnkranzes oder der Plat te 208 (Motor), die durch eine Motordrehzahlerfassungseinheit 101 erfasst wurde, auf. Die Steuereinheit 207 berechnet demnach eine Kraftstoffeinspritzmenge Ti, basierend auf dem Erfassungswert, und steuert die Einspritzmenge der Kraftstoffeinspritzeinheit 202.
Die Motorsteuereinheit 207 führt ebenso eine so genannte Luft-/Kraftstoffverhältnis-Steuerung des Motors 10 durch, indem das Luft-/Kraftstoffverhältnis in dem Motor die Kraftstoffeinspritzmenge Ti derart gesteuert wird, dass ein stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffverhältnis, basierend auf dem Luft-/Kraftstoffverhältnis, das durch den Luft-/Kraftstoffverhältnis-Sensor im Motor 10 erfasst wurde, erreicht wird.
2 zeigt ein Blockdiagramm der grundlegenden Steuerung der Erfassung des Verbrennungszustandes des Steuersystems 207 einer Brennkraftmaschine 10 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel. In diesem Steuerblockdiagramm wird die Motordrehzahl durch eine Motordrehzahlerfassungseinheit 101 erfasst und durch eine Motordrehzahlkorrektureinheit 102 korrigiert. Die so korrigierte Motordrehzahl wird dann in eine Verbrennungszustandserfassungseinheit 103 eingespeist, um den Erfassungswert des Verbrennungszustandes zu berechnen. Eine Verbrennungszustandsbewertungseinheit 104 bewertet einen Verbrennungszustand (Auftreten oder Nichtauftreten einer Fehlzündung entsprechend dieser Ausführungsform).
In dem Prozess bestimmt eine Korrekturwertberechnungseinheit 105 einen Korrekturwert zur Korrektur der erfassten Motordrehzahl, basierend auf dem Verbrennungszustanderfassungswert, und die Motordrehzahlkorrektureinheit 102 korrigiert die erfasste Motordrehzahl. Die Korrekturwertberechnungseinheit 105 führt eine PID Verarbeitung derart aus, dass die Abweichung zwischen dem Verbrennungszustanderfassungswert einer Gruppe von Zylindern, mit einem Bezugszylinder und einem Gegenzylinder mit dem gleichen Kurbelwinkel wie der Bezugszylinder, und dem Wert des Parameters des Verbrennungszustandes der verbleibenden Zylinder des Motors 10 korrigiert wird, um nicht einen exzessiv hohen Wert anzunehmen aber mit dem Ziel in dem hohen Motordrehzahlbereich auf Null zu sinken.
3 zeigt die Motordrehzahl im Bezug auf den Kurbelwinkel des Motors. Die durchgezogene Linie entspricht einer Wellenform die einer Fehlzündung des vierten Zylinders zugeordnet ist und die gestrichelte Linie entspricht einer Wellenform die einem Normalverbrennungszustand zugeordnet ist.
Jeder Abschnitt der Motordrehzahlmessung (nachstehend als das Fenster bezeichnet) für jeden Zylinder in 3, wird nachstehend erläutert.
Der obere Todpunkt (TDC) jedes Zylinders wird durch ein Referenzsignal REF erfasst. Ein erster Kurbelwinkel wird als Startpunkt des Fensters Ws unter Verwendung eines Winkelsignals POS aus TDC erfasst. Von dem Startpunkt des Fensters Ws wird ein zweiter Kurbelwinkel ähnlich, unter Verwendung des Winkelsignals POS, bestimmt. Der Abstand zwischen dem ersten Kurbelwinkel und dem zweiten Kurbelwinkel wird als Fensterweite W definiert.
Nun wird die Zeit, in der ein Zylinder im Zündzyklus ein Fenster passiert, als TDATA_(n) definiert und ein Verbrennungszustandsparameter D1A wird aus der Gleichung (1) bestimmt. D1A = (TDATA(n) – TDATA(n–1))/(TDATA(n–1))3 (1)wobei TDATA_(n) der Zeit entspricht in der ein Zylinder im laufenden Zündzyklus das Fenster W passiert, TDATA_(n–1) der Zeit entspricht in der ein Zylinder in dem vorherigen Zündzyklus das Fenster W passierte und D1A einen Verbrennungszustandsparameter darstellt.
Im normalen Verbrennungszustand des Motors 10 ist die Zeit in der jeder Zylinder 11 das Fenster passiert, gleich und daher wird der Parameter des Verbrennungszustands D1A als Null in Glei chung (1) angenommen. Falls im Gegensatz dazu im Motor 10 eine Fehlzündung auftritt, unterlässt es der fehlgezündete Zylinder ein Drehmoment zu erzeugen und die Motordrehzahl nimmt ab. Demnach nimmt der Wert von TDATA zu und der Parameter des Verbrennungszustands D1A erreicht einen bestimmten positiven Wert. Der Parameter des Verbrennungszustands D1A wird mit einem vorgegebenen Wert verglichen, wodurch es möglich ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines fehlgezündeten Zylinders (4) zu erfassen.
Obwohl die Beschreibung in diesem Ausführungsbeispiel für den Fall eines Vierzylindermotors erstellt wurde, ist die Erfindung nicht auf Vierzylindermotoren beschränkt.
Das oben erwähnte Verfahren ist in einem vergleichsweise niedrigen Motordrehzahlbereich wirksam. In einem hohen Motordrehzahlbereich können jedoch die Schwankungen zwischen den nicht gegenläufigen Zylindern, aufgrund des Fehlers in der Zahnabstandsherstellung der Platte oder des Zahnkranzes, übermäßig groß werden, dass ein fehlgezündeter Zylinder nicht erfasst werden kann. Diese Tatsache ist in 5 gezeigt. In einem hohen Motordrehzahlbereich enthält TDATA den Winkelmessfehler aufgrund des Fabrikationsfehlers der Platte oder des Zahnkranzes wodurch eine Schwankung auftritt. Das führt ebenso zu einer Schwankung des Parameter des Verbrennungszustands D1A der durch Gleichung (1), die eine Differentialgleichung darstellt, berechnet wurde. Der Parameter des Verbrennungszustands D1A einer Fehlzündung wird durch diese Vibrationsweite verdeckt, wodurch es unmöglich wird eine Fehlzündung zu erkennen. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Erfassungsgenauigkeit im hohen Motordrehzahlbereich zu verbessern.
Eine vorsichtige Beobachtung von TDATA in 5 zeigt, dass es im Wesentlichen keinen Unterschied in TDATA aufgrund er Fehler im Fabrikationsprozess zwischen dem ersten und dem vierten Zylinder (zwischen den gegenläufigen Zylindern mit dem gleichen Kurbelwinkel) gibt, obwohl sie konstant aufgrund der Trägheit der Kurbelwelle abnimmt. Dies ist ebenso für TDATA des zweiten und dritten Zylinders (den gegenläufigen Zylindern) der Fall. Eine Abweichung in TDATA tritt jedoch offensichtlich zwischen den nicht gegenläufigen Zylindern auf, d. h. zwischen dem ersten und dritten Zylinder und zwischen dem ersten und zweiten Zylinder (zwischen dem vierten und zweiten Zylinder und zwischen dem vierten und dritten Zylinder). Diese Abweichung führt zu einem Messfehler, der durch den Herstellungsfehler der Platte oder des Zahnkranzes verursacht wird.
Um diesen Fehler auszuschließen wird ein Bezugszylinder bestimmt, und ein Korrekturkoeffizient zur Multiplikation eingeführt, sodass TDATA der verbleibenden Zylinder mit dem TDATA-Level der Gruppe von Zylindern, mit dem Bezugszylinder und dem gegenläufigen Zylinder, übereinstimmt. Entsprechend dieser Ausführungsform wird der Bezugszylinder als 2. Zylinder definiert, der gegenläufige Zylinder als 3. Zylinder und die verbleibenden Zylinder als 1. und 4. Zylinder definiert. Dieser Korrekturkoeffizient wird nachstehend Korrekturkoeffizient des Zahnweitenfehlers PEC genannt und die Multiplikation des Korrekturkoeffizienten des Zahnweitenfehlers PEC mit TDATA wird Korrektur des Zahnweitenfehlers genannt. 6 zeigt den Parameter des Verbrennungszustands D1A mit einem auf 0.999 gesetzten Korrekturkoeffizient des Zahnweitenfehlers PEC. Wie in
6 gezeigt kann die Korrektur des Zahnweitenfehlers einen angemessenen Entscheidungsschwellwert setzen und selbst in einem hohen Motordrehzahlbereich eine Fehlzündung erkennen.
Um die Fehlzündungserfassungsrate quantitativ zu überprüfen, wird Gleichung (2) als ein S/R-Verhältnis der Fehlzündung definiert. Das S/R-Verhältnis gibt ein Maß zur Überprüfung um welchen Grad der Parameter des Verbrennungszustands zum Zeitpunkt einer Fehlzündung größer ist als der entsprechende Parameter zum Zeitpunkt einer Nichtfehlzündung an. S/R-Verhältnis = (durchschnittlicher Parameter des Verbrennungszustands mit Fehlzündung – durchschnittlicher Parameter des Verbrennungszustands ohne Fehlzündung)/(Standardabweichung des Parameters des Verbrennungszustands mit Fehlzündung + Standardabweichung des Parameters des Verbrennungszustands ohne Fehlzündung) (2)
Das S/R-Verhältnis für den Fall, in dem der Zahnabstandsfehler korrigiert ist, und das S/R-Verhältnis für den Fall in dem der Zahnabstandsfehler nicht korrigiert ist werden mit Gleichung (1) berechnet. Demnach wird die Zahl 0.63 für den Fall, in dem der Zahnabstandsfehler nicht korrigiert ist und 4.78 für den Fall, in dem der Zahnabstandsfehler korrigiert ist, erhalten.
Es wird angenommen, dass ein S/R-Verhältnis von 1 eine Erfassungsgenauigkeit von 70%, ein S/R-Verhältnis von 2 eine Erfassungsgenauigkeit von 95% und ein S/R-Verhältnis von 3 eine Erfassungsgenauigkeit von 100% ergibt. Demnach kann die Korrektur des Zahnabstandsfehlers eine Erfassungsgenauigkeit von 100% erzeugen.
Nun wird die Berechnung des Korrekturkoeffizienten des Zahnabstandsfehlers PEC erläutert. In der vorangegangenen Beschreibung wurde der Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC auf 0.999 gesetzt. Solange dieser Wert angemessen ist, wird jedoch das Fehlzündungssignalrauschverhältnis nicht verbessert, sondern verschlechtert.
Das Hauptmerkmal der vorliegenden Ausführungsform ist das Vorsehen einer Einrichtung zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten des Zahnabstandsfehlers PEC innerhalb des Motorsteuersystems. Falls möglich sollte der Korrekturkoeffizient des Zahnabstands fehlers PEC während der Berechnung des S/R-Verhältnisses der Fehlzündungen angemessen verändert werden, sodass das S/R-Verhältnisses der Fehlzündungen einen Maximalwert annimmt. Es ist jedoch unmöglich eine Fehlzündung zu erzwingen um ein S/R-Verhältnis zu bestimmen. In Anbetracht dessen wird ein Parameter proportional (oder indirekt proportional) zu dem S/R-Verhältnis eingeführt. Ein Kandidat für diesen Parameter ist die Abweichung (indirekt proportional zu dem S/R-Verhältnis) des Parameters des Verbrennungszustands D1A zwischen nicht gegenläufigen Zylindern. Diese Abweichung ist der Unterschied zwischen den in 5 gezeigten Pegel 1 und Pegel 2 des Parameters des Verbrennungszustands. Das S/R-Verhältnis kann durch Regeln der Abweichung auf einen Wert nicht größer als ein vorgegebener Wert oder vorzugsweise Null maximiert werden.
Die PID-(Proportional, Integral und Differential)Verarbeitung, die weithin in der Regelungstechnik verwendet wird, wird als Mittel zur Verringerung der Abweichung auf Null eingesetzt. Die PID Verarbeitung ist ein Regelungsverfahren, in dem die Regelgröße berechnet wird und die Stellgröße einer bestimmten Regelstrecke auf einen Zielwert hin, durch Addieren aller Proportionalanteile der Abweichung zwischen der Stellgröße und dem Zielwert, den abweichenden Anteilen der Abweichung und dem integralen Anteilen der Abweichung gesteuert wird. Die Verwendung der PID Verarbeitung zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten des Zahnabstandsfehlers PEC ist eines der Merkmale der Erfindung.
7 stellt ein detailliertes Steuerblockdiagramm zur Fehlzündungsdiagnose in einem Steuersystem nach der vorliegenden Ausführungsform dar.
In diesem detaillierten Steuerblockdiagramm wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine 10 durch eine Motordrehzahlerfassungseinheit 101 erfasst und die Zeit, die die Kurbelwelle benötigt um einen vorbestimmten Winkel zu rotieren (die Fensterpassierzeit TDATA) wird durch eine TDATA Erfassungseinheit 701, basierend auf den Erfassungswert der Motordrehzahl erfasst. Die TDATA Korrektureinheit 702 wendet den Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC durch Multiplikation nur auf den ersten und vierten Zylinder z. B. um TDATA zu korrigieren, an.
Danach wird der Parameter des Verbrennungszustands D1A durch die Gleichung (1) aus TDATA, die durch die Verbrennungszustandserfassungseinheit 703 berechtigt wurden, berechnet. Eine Verbrennungszustandsbewertungseinheit 704, die zur Bewertung einer Fehlzündung vorgesehen ist, zählt eine Fehlzündung in dem Fall, in dem der Parameter des Verbrennungszustands D1A größer als ein bestimmter, aus der Umdrehungszahl und der Last bestimmter Entscheidungsschwellwert wird.
Eine Einheit 705 zur Bestimmung einer Bedingung eines Berichtungsbetrages ist eine Steuervorrichtung, die nur im Falle einer Nichtfehlzündung zur Durchführung einer PID-Verarbeitung eingeschaltet wird. In dem Fall, dass eine Fehlzündung nicht durch die Verbrennungszustandsbewertungseinheit 704 bestimmt wurde, berechnet eine Berechnungseinheit 706 zur Berechnung des durchschnittlichen den durchschnittlichen Wert des Parameters des Verbrennungszustandes D1A des Bezugszylinders und den dazu gegenläufigen Zylindern (zweiter und dritter Zylinder), während eine andere Berechnungseinheit 707 den Durchschnittswert des Parameters des Verbrennungszustandes D1A der verbleibenden Zylinder (erster und vierter Zylinder) berechnet. Die Abweichung ε zwischen den beiden Durchschnittswerten wird durch die PID Steuereinheit 708 bestimmt und die PID Verarbeitung wird ausgeführt. Die Steueroperation in der PID Steuereinheit 708 wird derart ausgeführt, dass ein vorgegebenes Vielfaches der Abweichung ε zwischen den zwei Durchschnittswerten, ein vorgegebenes Vielfaches der Ableitung der Abweichung ε und ein vorgegebenes Vielfaches des Integrals der Abweichung ε zueinander addiert werden und das Ergebnis mit einer vorgegebenen Zahl multipliziert wird. Das so erhaltene Produkt wird dann von der Gesamtheit subtrahiert und die Differenz wird dann als Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC verwendet.
Danach wird die Fensterpassierzeit TDATA nur für die als nächstes zu erfassenden ersten und vierten Zylinder mit dem Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC, der durch die PID Steuereinheit 708 berechnet wurde, multipliziert. Der auf diese Weise berechnete Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC weist eine bessere Antwort, eine höhere Stabilität und eine höhere Robustheit auf und gibt einen nützlichen Wert an, um den Fabrikationsfehler der Platte oder des Zahnkranzes zu erfassen und zu korrigieren.
8 stellt ein PAD Diagramm in der Form eines Steuerflussdiagramms zur Fehlzündungsdiagnose entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform dar.
Dieser Steuerfluss wird ausgeführt wenn eine Fehlzündungsdiagnose eingerichtet ist. Die Diagnose wird keine genaue Anzahl der Fehlzündungen in den Übergangsbereichen bei Beschleunigung, Verzögerung oder Lastwechsel angeben. In diesen Fällen ist die Diagnose blockiert.
Dieser Prozess wird bei jeder Zündung ausgeführt. Schritt 801 misst die Fensterpassierzeit TDATA und die Ausführung des Schritts 802 beinhaltet die Schritte 803 bis 806, die für jeden Zündungszylinder ausgeführt werden. Speziell werden nur TDATA des ersten und vierten Zylinders mit dem Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC multipliziert, während TDATA des zweiten und dritten Zylinders nicht mit dem Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC multipliziert werden.
Im Schritt 807 wird der Parameter des Verbrennungszustandes D1A aus der Gleichung (1) bestimmt. Im Fall, dass der Parameter des Verbrennungszustandes D1A größer als der Entscheidungswert (der aus der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt wird) im Schritt 808 ist, wird eine Fehlzündung festgestellt und eine Fehlzündung wird im Schritt 809 gezählt. In dem Fall, dass andererseits der Parameter des Verbrennungszustandes D1A kleiner als der Entscheidungswert ist, überprüft Schritt 810 ob ein Korrekturbereich des Zahnabstandsfehlers involviert ist oder nicht. Falls der Korrekturbereich des Zahnabstandsfehlers involviert ist, werden die Schritte 811 bis 825 ausgeführt.
Ob der Korrekturbereich des Zahnabstandsfehlers involviert ist oder nicht wird, basierend auf den Bedingungen der Motordrehzahl und Motorlast, bestimmt. In dem Fall, dass sich der erste und der vierte Zylinder im Zündzyklus im Schritt 811 befinden, bestimmt Schritt 812 den Durchschnittswert D1AF1 des Parameter des Verbrennungszustandes D1A des ersten und vierten Zylinders. Für den Fall, dass sich der zweite und der dritte Zylinder im Zündzyklus befinden wird andererseits durch Schritt 813 der Durchschnittswert D1AF2 des Parameter des Verbrennungszustandes D1A des zweiten und dritten Zylinders bestimmt. Danach bestimmt Schritt 814 die Abweichung ε zwischen den Durchschnitten D1AF1 und D1AF2. Schritt 815 multipliziert die Abweichung ε mit Kp und erhält dadurch den Proportionalanteil P. Ebenso multipliziert Schritt 816 den Unterschied zwischen der Abweichung ε und der Abweichung ε_alt für die vorherige Berechnung mit Kd und erhält dadurch den Differentialanteil D.
Im Schritt 817 wird eine Pseudoabweichung IE durch die Abweichung ε als Vorstufe für die Bestimmung des Integralanteils der Abweichung ε ersetzt. Schritt 818 verändert die Summe dieser Pseudoabweichung IE und der Pseudoabweichung IE für die vorherige Berechnung, wodurch eine neue Pseudoabweichung IE bestimmt wird. Schritt 819 multipliziert die so bestimmte Pseudoabweichung IE mit Ki und erhält dadurch den Integralanteil I. Im Schritt 820 werden P, D und I zueinander addiert und die Summe mit K multipliziert und das resultierende Produkt von der Gesamtheit subtrahiert womit ein Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC bestimmt wird.
Entsprechend der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass Kp = Kd = Ki = 1 und K = 10^e–6 ist. Schritt 821 überprüft das obere und untere Limit des so bestimmten Korrekturkoeffizienten des Zahnabstandsfehlers PEC, gefolgt von den Schritten 822 bis 825, die den Prozess für die nächste Berechnung ausführen. Schritt 822 setzt die Abweichung ε auf ε_alt, und die Pseudoabweichung IE auf IE_alt. Schritt 824 setzt D1AF auf die D1AF_alt und Schritt 825 setzt D1AF2 auf D1AF2_alt. Schließlich wir in Schritt 826 die Fensterpassierzeit TDATA nach der Korrektur als Hilfsprozess um eine Abtastperiode verschoben.
9A zeigt ein Beispiel des Parameters des Verbrennungszustands D1A. 9B zeigt den Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC der unter Verwendung der Fehlzündungsdiagnoseeinrichtung entsprechend dieser Ausführungsform erhalten wurde. In 9B sind gleiche Bedingungen (6000 Umin^–1, keine Last) wie in 5 verwendet worden. Obgleich der Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC abnimmt und ein Unterschwingen in dem zeitlichen Verlauf stattfindet, wird ein vorgegebener Wert schnell erreicht. Daher kann die Erfassungsgenauigkeit des Verbrennungszustandsparameters D1A bis zu dem Grad erhöht werden, bei dem eine Fehlzündung durch Setzen eines entsprechenden Entscheidungswertes erfasst werden kann.
10A und 10B zeigen das S/R-Verhältnis, das durch konventionelle Steuermittel und dem Steuermittel der vorliegenden Ausführungsform, basierend auf dem in einem Operationsbereich (gesamter Bereich) gemessenen TDATA, bestimmt wurde.
10A zeigt das S/R-Verhältnis, das entsprechend der vorliegenden Ausführungsform bestimmt wurde und 10B zeigt das S/R-Verhältnis, das entsprechend einer konventionellen Steuerung bestimmt wurde. Wie in 10B zu sehen ist, nimmt das S/R-Verhältnis in einem Bereich mit geringer Motorlast und hoher Motordrehzahl mit einer konventionellen Steuerung ab, während das S/R- Verhältnis von mindestens drei in jedem Bereich der Steuerung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gesichert ist. Eine Fehlzündung kann über die gesamten Bereiche, durch Setzen eines entsprechenden Entscheidungswertes, erfasst werden. Ebenso kann der Korrekturkoeffizient des Zahnabstandsfehlers PEC mit geringen Schwankungen, basierend auf der genauen Erfassung eines Fabrikationsfehlers der Platte oder des Zahnkranzes der auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors montiert wurde, berechnet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde oben detailliert beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann verschiedentlich abgeändert werden, ohne von dem Inhalt und Gedanken der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung abzuweichen.
Das System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine entsprechend der Ausführungsform enthält ein Mittel zur Korrektur des Zahnabstandsfehlers zum Setzen von TDATA der Zylinder (1. und 4. Zylinder), die nicht der Bezugszylinder sind (2. Zylinder), und der Gegenzylinder (3. Zylinder) zu den des Bezugszylinders (2. Zylinder) und des Gegenzylinders (3. Zylinder). Alternativ dazu kann der Bezugszylinder als 1. Zylinder, der Gegenzylinder zu dem Bezugszylinder als 4. Zylinder und die verbleibenden Zylinder als 2. du 3. Zylinder werden. In diesem Fall werden in dem Fehlzündungsdiagnose-PAD-Diagramm 8, das die Korrektur des Zahnabstandsfehlers verwendet, die Schritte 803 und 804 gegeneinander ausgetauscht und auch die Schritte 805 und 806 gegeneinander ausgetauscht. Zusätzlich wird Schritt 814 wie folgend beschrieben geändert. Abweichung ε = D1AF2 – D1AF1
Diese Änderung kann natürlich eine ähnliche Funktion und Auswirkung wie der oben genannte Fall erzeugen.
Es wird daher ausgehend von der vorangegangenen Beschreibung verstanden, dass entsprechend diesem System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach der vorliegenden Erfindung Mittel zur Berechnung des Durchschnittswerts des Parameters des Verbrennungszustands D1A des Bezugszylinders und des Gegenzylinders, Mittel zur Berechnung des Durchschnittswertes der Parameters des Verbrennungszustands der verbleibenden Zylinder, Mittel zur Bestimmung der Abweichung zwischen den zwei Durchschnittswerten und Mittel zur Korrektur von TDATA durch Berechnung des Fehlerkoeffizienten des Zahnabstands durch PID Verarbeitung enthält, wobei der Verbrennungszustand einer Brennkraftmaschine in allen Bereichen, in denen ein positives Drehmoment erzeugt wird, inklusive des hohen Motordrehzahlbereichs, diagnostiziert werden kann.
Ebenso wird die Abweichung des Durchschnittswertes durch PID Verarbeitung verarbeitet, sodass die Abweichung immer auf einen vorgegebenen Wert oder Null geregelt werden kann. Es ist daher immer möglich ein maximales S/R-Verhältnis sicher zu stellen, während zur gleichen Zeit die Antwort und Stabilität in der Berechnung des Korrekturwertes des Taktsignals sichergestellt wird.

Claims

System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine, mit: Mitteln (101) zum Erfassen eines Taktsignals das der Drehung der Kurbelwelle um einen festgelegten Winkel zugeordnet ist, Mitteln (102) zum Korrigieren des Taktsignals, Mitteln (103) zum Berechnen eines Parameters des Verbrennungszustandes aus dem Taktsignal, Mitteln (105) zum Erfassen der Abweichung des Wertes des berechneten Parameters des Verbrennungszustandes der Verbrennung zwischen den Zylindern, Mitteln (105) zum Berechnen eines Berichtigungsbetrags des Taktsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Erfassen der Abweichung einen Bezugszylinder festlegt und die Abweichung zwischen dem Wert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung einer Gruppe mit dem Bezugszylinder und einem Gegenzylinder mit dem gleichen Kurbelwinkel wie der Bezugszylinder und dem Wert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung für die verbleibenden Zylinder bestimmt, die Mittel zum Berechnen eines Berichtigungsbetrags den Berichtigungsbetrag des Taktsignals aus der erfassten Abweichung berechnet, und die Mittel zum Korrigieren des Taktsignals das Taktsignal basierend auf dem Berichtigungsbetrag berichtigt.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Berechnen eines Berichtigungsbetrags eine PID-Verarbeitung durchführt um den Berichtigungsbetrag so zu bestimmen, dass die Abweichung einen festgelegten Wert nicht überschreitet oder Null erreicht.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Mittel zum Korrigieren des Taktsignals den Berichtigungsbetrag als Taktsignal für den Zylinder verwendet, der dem Bezugszylinder nicht entgegenläuft.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mittel zum Erfassen der Abweichung einerseits die Abweichung zwischen dem Durchschnittswert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der Gruppe von Zylindern die den Bezugszylinder und den gegenläufigen Zylinder enthält und andererseits den Durchschnittswert des Parameters des Verbrennungszustandes einer normalen Verbrennung der verbleibenden Zylinder erfasst.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, enthält ferner Mittel (705) zur Bestimmung einer Bedingung eines Berichtigungsbetrags um die Bedingung zum Berechnen des Berichtigungsbetrags in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl, der Motorlast, dem Zeitpunkt einer Fehlzündung, der Unebenheit der Straße auf der das Fahrzeug fährt und dem Zeitpunkt in dem die Fehlzündungsdiagnose eingerichtet wurde, zu bestimmen.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Berichtigungsbetrag mit einem oberen Limit und/oder unteren Limit, das durch die Mittel zum Berechnen eines Berichtigungsbetrags berechnet wurde, versehen wird.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, enthält ferner Mittel (104) zum Bewerten des Verbrennungszustands um den Verbrennungszustand mit einem Entscheidungsschwellwert zu vergleichen und daher zu bewerten, ob eine Fehlzündung stattgefunden hat oder nicht.
System zur Erfassung des Verbrennungszustandes einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei der Entscheidungsschwellwert der zur Entscheidung ob eine Fehlzündung stattgefunden hat oder nicht verwendet wird durch ein Kennfeld aus Motorgeschwindigkeit und Motorlast bereitgestellt wird.