IT201600083426A1 - Metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione (misfire) nei cilindri di un motore a combustione interna - Google Patents

Metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione (misfire) nei cilindri di un motore a combustione interna

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IT201600083426A1
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Cesare Matteo De
Enrico Brugnoni
Luigi Paiano
Federico Monti
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Magneti Marelli Spa
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Description

"METODO PER RICONOSCERE L'INSORGERE DI FENOMENI DI MANCATA COMBUSTIONE (MISFIRE) NEI CILINDRI DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA"
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna.
ARTE ANTERIORE
Nei motori termici a combustione interna attualmente in commercio vengono effettuate ciclicamente una serie di controlli sia per determinare le caratteristiche della combustione, ad esempio per determinare l'insorgenza di detonazione e quindi regolare di conseguenza i parametri della combustione, ad esempio il valore dell'anticipo, sia per determinare eventuali guasti e quindi segnalare la necessità di un intervento di riparazione. Alcuni di questi controlli, in particolare quelli che hanno impatto sulle emissioni inquinanti, sono imposti da diversi anni dalla normative vigenti sulle autovetture e, a breve, anche saranno applicate anche per i motocicli. Per effettuare tali controlli vengono tradizionalmente utilizzati i segnali forniti da sensori montati nel motore termico a combustione interna; ad esempio per determinare la presenza di detonazione viene tipicamente utilizzato il segnale fornito da un accelerometro fissato al basamento o alla testata del motore termico a combustione interna.
Per quanto riguarda, invece, l'insorgere di fenomeni di mancata combustione (anche noti come misfire) vengono tradizionalmente utilizzati in sede di sperimentazione segnali forniti da sensori, in particolare dei trasduttori di pressione, che sono disposti attraverso il cielo dei cilindri e direttamente affacciati alle camere di combustione per rilevare le onde di pressione generate all'interno dei cilindri ad ogni ciclo di combustione, mentre nei veicoli di produzione, durante il normale funzionamento, i fenomeni di mancata combustione vengono rilevati attraverso il segnale proveniente dal sensore di ruota fonica calettato ad una estremità dell'albero motore di cui rileva la velocità di rotazione.
Il segnale di pressione rilevato dai trasduttori di pressione è opportunamente trattato per calcolare il lavoro indicato, ovvero il lavoro utile al netto delle perdite di pompaggio, per unità di cilindrata, definito dalla pressione IMEPi media indicata per ogni cilindro (in inglese Indicateci Mean Effective Pressure) attraverso la formula che segue:
m cui:
IMEPi pressione media indicata dell'i-esimo cilindro;
Θ angolo motore esplorato dall''albero motore; e
Pi lavoro utile prodotto dall'i-esimo cilindro durante il ciclo di combustione e proporzionale all'andamento della pressione nella camera di combustione rilevata dal trasduttore di pressione.
Una volta ottenuto la misura dell' IMEPi per il cilindro di esame è possibile riconoscere l'insorgere del fenomeno di mancata combustione per quei cicli di combustione che sono caratterizzati da un valore di IMEPi negativo. Infatti in caso di mancata accensione combustione, il lavoro utile risulta nullo mentre le perdite di pompaggio sono diverse da zero dando come risultato una pressione IMEPi media indicata negativa.
L'utilizzo di trasduttori di pressione, che sono disposti attraverso il cielo dei cilindri e direttamente affacciati alle camere di combustione per rilevare le onde di pressione generate ad ogni ciclo di combustione risulta però abbastanza costoso, sia per il costo ed il numero dei sensori (è necessario un trasduttore di pressione per ogni cilindro) sia per la procedura di fissaggio dei sensori stessi e non garantiscono alte prestazioni per tutta la vita del veicolo, a causa del degrado dei sensori di pressione disposti in camera di combustione (per questo motivo il loro utilizzo è limitato alla sola fase di sperimentazione) .
Gli algoritmi basati sulla segnale dal proveniente dal sensore di ruota fonica, invece, non prevedono l'installazione di sensori aggiuntivi e risultano essere pertanto di facile ed economica implementazione, ma sono generalmente poco affidabili in caso di presenza di volano a doppia-massa, in caso di transito su strada sdrucciodevole o sterrato e ad alte velocità di rotazione del motore.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è fornire un metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna, il quale metodo di controllo sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna provvisto di una unità di controllo che implementa il metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) oggetto della presente invenzione;
- la figura 2 è una vista schematica di un cilindro del motore a combustione interna della figura 1;
- la figura 3 illustra l'andamento del segnale sonoro rilevato in prossimità dei condotti di scarico dei cilindri della figura 1 nel caso di un ciclo di combustione regolare e nel caso di un ciclo di combustione in cui si è verificato un fenomeno di mancata combustione ( misfire ) ;
- la figura 4 illustra la trasformata di Fourier veloce (FFT) di una porzione del segnale sonoro della figura 3 selezionata nella fase di scarico di un cilindro; la figura 5 illustra il confronto fra la pressione media indicata e l'indice sonoro di avvenuta combustione; e - la figura 6 illustra la correlazione fra la pressione media indicata e l'indice sonoro di avvenuta combustione della figura 5.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna per un motociclo stradale (non illustrato) provvisto di quattro cilindri 3 (di cui solo uno è illustrato nella figura 1), in cui sono definite rispettive camera di combustione a volume variabile.
Ciascun cilindro 3 riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall'ambiente esterno) tramite un condotto 5 di aspirazione regolato da almeno una valvola 6 di aspirazione e tramite una valvola 10 a farfalla regolabile tra una posizione di chiusura ed una posizione di massima apertura. Ciascun cilindro 3 è collegato ad un sistema 11 di scarico provvisto di uno o più catalizzatori (non illustrati in dettaglio) per l'immissione nell'atmosfera dei gas prodotti dalla combustione nei cilindri 3 tramite un condotto 8 di scarico regolato da almeno una valvola 9 di scarico. Ciascun cilindro 3 può essere collegato ad un collettore 4 di aspirazione (nel caso di applicazioni automobilistiche) tramite un condotto 5 di aspirazione regolato da almeno una valvola 6 di aspirazione e può essere collegato ad un collettore 7 di scarico tramite un condotto 8 di scarico regolato da almeno una valvola 9 di scarico. In questo caso il collettore 4 di aspirazione riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall'ambiente esterno) tramite un condotto 5 di aspirazione regolato da almeno una valvola 6 di aspirazione e tramite una valvola 10 a farfalla regolabile tra una posizione di chiusura ed una posizione di massima apertura, mentre al collettore 7 di scarico è collegato ad un sistema 11 di scarico provvisto di uno o più catalizzatori (non illustrati in dettaglio) per l'immissione nell'atmosfera dei gas prodotti dalla combustione nei cilindri 3 tramite un condotto 8 di scarico regolato da almeno una valvola 9 di scarico. A valle del collettore 7 di scarico ed a monte del collettore 4 di aspirazione può essere previsto un turbocompressore (non illustrato), il quale sfrutta l'energia posseduta dai gas di scarico per aumentare la velocità e la pressione dell'aria fresca aspirata dal collettore 4 di aspirazione.
Un numero di iniettori 12 (in particolare, due per ciascun cilindro 3) sono accoppiati ai condotti 5 di aspirazione per iniettare ciclicamente del combustibile all'interno dei condotti 5 di aspirazione stessi (in alternativa gli iniettori 12 potrebbero iniettare direttamente all'interno dei cilindri .3). Inoltre, nel caso di un motore ad accensione comandata, quattro candele 13 (una per ciascun cilindro 3) sono accoppiate ai cilindri 3 per determinare ciclicamente l'accensione della miscela presente all'interno dei cilindri 3 stessi.
Secondo quanto meglio illustrato nella figura 2, ciascun cilindro 3 è provvisto di un rispettivo pistone 14, il quale è atto a scorrere linearmente lungo il cilindro 3 ed è meccanicamente collegato ad un albero 15 motore a gomiti mediante una biella 16. A sua volta, l'albero 15 motore è meccanicamente collegato ad un cambio 17 mediante l'interposizione di una frizione 18 per trasmettere una coppia motrice alle ruote motrici del motociclo (non illustrato).
Il motore 1 a combustione interna comprende un sistema 19 di controllo, il quale è atto a sovrintendere al funzionamento del motore 1 a combustione interna stesso. Il sistema 19 di controllo comprende almeno una unità 20 di controllo elettronica (denominata normalmente "ECU" -"Electronic Control Unit"), la quale sovrintende al funzionamento del motore 1 a combustione interna, è disposta in prossimità del motore 1 a combustione interna ed è normalmente alloggiata all'interno di un vano motore del veicolo (non illustrato). La candela 13 di ciascun cilindro 3 viene ciclicamente pilotata dalla unità 20 di controllo per fare scoccare una scintilla tra i propri elettrodi e determinare quindi l'accensione dei gas compressi all'interno del cilindro 3 stesso. Il sistema 19 di controllo comprende, inoltre, una pluralità di sensori 21, i quali sono collegati alla unità 20 di controllo. I sensori 21 che sovraintendono al funzionamento del motore 1 a combustione interna, comprendono un numero di sensori 21 acustici (microfoni 21), ciascuno dei quali è disposto in prossimità di e affacciato ai condotti 8 di scarico che collegano ciascun cilindro 3 con il sistema di scarico.
Viene di seguito descritta la modalità per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna che è implementata dalla unità 20 di controllo elettronica oppure da ulteriore unità di controllo dedicata che comunica con la unità 20 di controllo elettronica.
La modalità per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna che è implementata dalla unità 20 di controllo elettronica prevede di riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione attraverso un opportuno trattamento del segnale proveniente dai sensori 21 acustici connessi all'unità 20 di controllo elettronica.
Come noto, il ciclo completo di combustione è realizzato dalla successione di quattro fasi al termine delle quali sono stati completati due giri dell'albero 4 motore esplorando un angolo pari a 720°. Con riferimento ad un sistema ad iniezione diretta, durante la fase di aspirazione e/o la successiva fase di compressione e/o la successiva fase di espansione viene iniettato combustibile nella camera di combustione del cilindro 3 e nella fase di espansione o nella parte finale della precedente fase di compressione, gli elettrodi di una candela provocano una scintilla che accende la miscela di aria e combustibile all'interno del cilindro 3 dando inizio alla combustione vera e propria che produce un aumento di temperatura e pressione.
Nella fase di aspirazione, il movimento del pistone 14 genera una depressione all'interno del cilindro 3 che, a mano a mano che la rispettiva valvola 6 di aspirazione si apre, richiama l'aria dal condotto 5 di aspirazione.
Durante la fase di aspirazione e/o la successiva fase di compressione (ed eventualmente la successiva fase di espansione) viene iniettato combustibile nella camera di combustione del cilindro 3. Nella fase di compressione, il movimento di risalita del pistone 14 all'interno della camera di combustione comprime la miscela di aria e combustibile che si trova all'interno del cilindro 3 provocando un aumento di pressione e di temperatura. Nella fase di espansione o nella parte finale della precedente fase di compressione gli elettrodi della candela 13 provocano una scintilla che accende la miscela di aria e combustibile all'interno del cilindro 3 dando inizio alla combustione vera e propria che produce un aumento di temperatura e pressione.
Infine, nella fase di scarico il movimento del pistone 14 consente di espellere attraverso la rispettiva valvola 9 di scarico i gas combusti che vengono immessi nel condotto 8 di scarico. Nel caso di una corretta combustione (vedere figura 3a), all'apertura della valvola 9 di scarico, si genera un rumore caratteristico (uno "sbuffo") ad alta frequenza dovuto alla differenza di pressione fra la pressione presente all'interno della camera di combustione del cilindro 3 (pressione maggiore della pressione atmosferica) e la leggera depressione presente nei condotti 8 di scarico che collegano ciascun cilindro 3 con il collettore 7 di scarico immediatamente a valle delle valvole 9 di scarico. Nel caso di una mancata combustione (vedere figura 3b), il rumore caratteristico che si genera all'apertura della valvola 9 di scarico è decisamente inferiore al rumore che si genera in caso di una corretta combustione dal momento che la pressione presente all'interno della camera di combustione del cilindro 3 ha valori simili alla pressione presente nei condotti 8 di scarico che collegano ciascun cilindro 3 con il collettore 7 di scarico immediatamente a valle delle valvole 9 di scarico.
Il rumore caratteristico ad alta frequenza che si genera all'apertura della valvola 9 di scarico dei cilindri 3 viene rilevato dai sensori 21 acustici.
Ciascun sensore 21 acustico può rilevare il rumore caratteristico ad alta frequenza che si genera all'apertura della valvola 9 di scarico di uno o più cilindri.
Secondo una preferita variante, è previsto un sensore 21 acustico per ogni bancata di cilindri 3.
Il segnale rilevato dai sensori 21 acustici connessi all'unità 20 di controllo elettronica viene quindi opportunamente trattato per costruire un indice che fornisce indicazioni circa il verificarsi o meno di mancate combustioni.
In primo luogo, il segnale rilevato dai sensori 21 acustici viene finestrato all'interno di finestre angolari del ciclo completo di combustione realizzato attraverso due giri dell'albero 4 motore esplorando un angolo pari a 720° che sono memorizzate all'interno della unità 20 di controllo elettronica; ciascuna finestra angolare è espressa in gradi di angolo motore ed è associata ad un cilindro 3 per il riconoscimento di eventuali fenomeni di mancata combustione. Ciascuna finestra angolare è riconosciuta attraverso il segnale del sensore di ruota fonica calettato ad una estremità dell'albero 15 motore di cui rileva la velocità di rotazione.
In particolare, all'interno della unità 20 di controllo elettronica sono memorizzati il valore iniziale e la durata della finestra angolare associata a ciascuno dei quattro cilindri 3 in cui riconoscere eventuali mancate combustioni. Il valore iniziale e la durata della finestra angolare associata a ciascuno dei quattro cilindri 3 sono variabili in funzione del numero di giri e del carico.
Secondo quanto illustrato nella figura 4, il segnale acquisito dai sensori 21 acustici e finestrato viene poi campionato ed elaborato per dare origine attraverso l'algoritmo noto della trasformata FFT di Fourier ( Fast Fourier Trans form) ad una trasformata DFT discreta di Fourier ( Discrete Fourier Trans form) che fornisce una versione campionata dello spettro dei segnali sonori rilevati dai sensore 21 acustici, ossia restituisce i valori in termini di modulo (cioè ampiezza) e fase che lo spettro dei segnali sonori rilevati dai sensore 21 acustici assume in corrispondenza di determinate frequenze equispaziate. In altre parole ancora, la trasformata DFT discreta di Fourier rappresenta un campionamento in frequenza dello spettro dei segnali sonori rilevati dai sensore 21 acustici. In particolare, dal momento che nel caso di una corretta combustione, il rumore caratteristico (uno "sbuffo") che si genera all'apertura della valvola 9 di scarico è avvertibile ad alta frequenza il segnale acquisito dai sensori 21 acustici viene campionato fra 100 kHz e 200 kHz.
All'interno della unità 20 di controllo elettronica è quindi memorizzato un vettore, che comprende un numero N di elementi (chiamati anche bin) che rappresentano il campionamento in frequenza dello spettro del segnale sonoro rilevato dai sensori 21 acustici. In altre parole, un bin rappresenta il passo di discretizzazione frequenziale della trasformata DFT discreta di Fourier.
Una volta ottenuta la trasformata DFT discreta di Fourier del segnale sonoro rilevato dai sensori 21 acustici, l'unità 20 di controllo elettronica è configurata per calcolare un indice SMIi di avvenuta combustione attraverso la formula che segue:
[2]
m cui:
SMIi indice di avvenuta combustione dell'i-esimo ciclo di combustione;
N numero di elementi o bin che rappresentano il campionamento in frequenza dello spettro del segnale sonoro rilevato dai sensori 21 acustici e rappresentano una porzione del buffer memorizzato nella unità 20 di controllo elettronica;
Sfjvalore del modulo della trasformata DFT discreta di Fourier del j-esimo elemento o bin.
E' importante evidenziare che non vengono considerati tutti gli elementi o bin del buffer, ma solamente quelli relativi alle frequenze di interesse per il fenomeno (ad esempio con riferimento alla figura 4 solamente gli elementi o bin compresi tra 20 kHz e 60 kHz contengono una informazione sul misfire) quindi il numero di elementi o bin da considerare non è pari alla intera lunghezza del buffer ma ad un suo sottoinsieme.
E' possibile mettere a confronto nella figura 5 l'andamento della pressione media indicata IMEP (normalmente utilizzato per rilevare l'insorgere di fenomeni di mancate combustioni ed espresso nella formula [1]) e l'indice SMIi di avvenuta combustione per un cilindro 3 di un motoveicolo e con una velocità pari a 3000 rpm; è possibile verificare che per i cicli di combustione in cui il valore di IMEP risulta negativo (ovvero in cui non si è verificata la combustione) sono gli stessi cicli di combustione in cui l'indice SMIi di avvenuta combustione subisce un crollo verso valori prossimi allo zero.
La figura 6 mette in relazione i valori dell'indice SMIi di avvenuta combustione con i valori della pressione media indicata IMEP della figura 5 per un cilindro 3 di un motoveicolo e con una velocità pari a 3000 rpm; è possibile verificare che si creano due nuvole di punti delle quali una prima nuvola di valori identifica i cicli di combustione regolari (in cui cioè si è verificata la combustione) caratterizzata da valori positivi sia dell'indice SMIi di avvenuta combustione sia della pressione media indicata IMEP ed una seconda nuvola di valori che identifica i cicli di combustione non regolari (in cui cioè non si è verificata la combustione) caratterizzata sia da valori bassi dell'indice SMIi di avvenuta combustione sia da valori negativi della pressione media indicata IMEP.
Attraverso la figura 6, per verificare se, ed eventualmente in che misura, si è verificata una mancata combustione per il cilindro 3 in esame, in una fase sperimentale di messa a punto, è possibile identificare un valore THR di soglia dell'indice SMIi di avvenuta combustione, il quale valore THR di soglia è variabile in funzione del punto motore identificato univocamente dall'indice di carico e dal numero di giri (rpm).
Una volta ottenuto l'indice SMIi di avvenuta combustione, l'unità 20 di controllo elettronica è configurata per riconoscere l'insorgere del fenomeno di mancata combustione nel caso in cui il detto indice SMIi di avvenuta combustione sia minore di oppure uguale al valore THR di soglia; viceversa, nel caso in cui il detto indice SMIi di avvenuta combustione sia maggiore del valore THR di soglia si è verificato un ciclo di combustione regolare.
Secondo una forma di realizzazione alternativa, il segnale acquisito dai sensori 21 acustici e finestrato viene poi filtrato mediante un filtraggio di tipo passa-banda, con una banda passante tipicamente compresa tra 5 Hz e 80 kHz, per escludere le componenti indesiderate legate a fenomeni diversi dal rumore caratteristico ("sbuffo") che si genera all'apertura della valvola 9 di scarico del cilindro in esame.
Una volta filtrato il segnale sonoro rilevato dai sensori 21 acustici, l'unità 20 di controllo elettronica è configurata per calcolare un indice SMI di avvenuta combustione. Secondo una prima forma di attuazione, l'indice SMI di avvenuta combustione è la media dell'intensità filtrata delle onde di pressione acustiche rilevate nella finestra angolare di rilevazione. Alternativamente, l'indice SMI di avvenuta combustione è la somma dell'intensità filtrata delle onde di pressione acustiche rilevate nella finestra angolare di rilevazione.
Secondo una ulteriore variante, l'indice SMI di avvenuta combustione è il massimo valore assoluto dell'intensità filtrata delle onde di pressione acustiche rilevate nella finestra angolare di rilevazione. Per il calcolo dell'indice SMI di avvenuta combustione possono venire utilizzate anche formulazioni più complesse che consentono, da un lato, di aumentare la confidenza e l'affidabilità dell'indice SMI di avvenuta combustione stesso, ma dall'altro lato comportano un aggravio dell'onere computazionale a carico della unità 20 di controllo elettronica.
Anche in questo caso, per verificare se, ed eventualmente in che misura, si è verificata una mancata combustione per il cilindro 3 in esame, in una fase sperimentale di messa a punto, viene identificato un valore THR di soglia dell'indice SMI di avvenuta combustione, il quale valore THR di soglia è variabile in funzione del punto motore identificato univocamente dal carico e dal numero di giri (rpm).
Una volta ottenuto l'indice SMI di avvenuta combustione, l'unità 20 di controllo elettronica è configurata per riconoscere l'insorgere del fenomeno di mancata combustione nel caso in cui il detto indice SMI di avvenuta combustione sia minore di oppure uguale al valore THR di soglia; viceversa, nel caso in cui il detto indice SMI di mancata combustione sia maggiore del valore THR di soglia si è verificato un ciclo di combustione regolare.
Per evitare di danneggiare un catalizzatore (non illustrato e posto a valle della valvola 9 di scarico) ed evitare, al contempo, un incremento negli inquinanti prodotti (principalmente idrocarburi incombusti), se l'unità 20 di controllo elettronica rileva un determinato numero di eventi di mancate accensioni viene accesa la spia MIL sul cruscotto per segnalare al conducente il malfunzionamento così come previsto dalla normativa internazionale OBD.
Il metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore a combustione interna sopra descritto presenta numerosi vantaggi in quanto è facilmente implementabile dal momento che non richiede un elevato onere computazionale, è robusto, non risente delle condizioni ambientali (come ad esempio, quando motociclo procede su strada sterrata o con fondo irregolare) e soprattutto permette di riconoscere con una precisione ed una confidenza molto elevate sia ad alte, sia a basse velocità del motore durante il normale funzionamento del veicolo e per ogni ciclo di combustione e per ogni cilindro 3 l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) .

Claims (1)

  1. R IV E N D I C A Z IO N I 1.- Metodo per riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) in un motore (1) a combustione interna provvisto di almeno un cilindro (3) in cui è definita una camera di combustione a volume variabile; in cui il cilindro (3) è collegato ad un condotto (8) di scarico regolato da almeno una valvola (9) di scarico; il motore (1) a combustione interna comprende inoltre almeno un sensore (21) acustico disposto in corrispondenza del condotto (8) di scarico, in una posizione prossima alla valvola (9) di scarico per rilevare il segnale sonoro prodotto dalla apertura della valvola (9) di scarico; il metodo comprende le fasi di: rilevare il segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico attraverso il sensore (21) acustico; determinare una finestra di rilevazione espressa in gradi di angolo motore in cui rilevare, ad ogni ciclo di combustione, l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) per il cilindro (3); stimare ad ogni ciclo di combustione il valore di un indice (SMIi) di avvenuta combustione per il cilindro (3) attraverso il contributo del segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico nella rispettiva finestra di rilevazione in una banda di frequenza; definire un valore (THR) di soglia per l'indice (SMIi) di avvenuta combustione; e riconoscere l'insorgere di fenomeni di mancata combustione ( misfire ) per il cilindro (3) in funzione del confronto fra il valore (THR) di soglia e l'indice (SMIi) di avvenuta combustione. 2.- Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la finestra di rilevazione espressa in gradi di angolo motore di ciascun cilindro è compresa tra l'apertura e la chiusura della valvola di scarico del rispettivo cilindro. 3.- Metodo secondo la rivendicazione 1 oppure 2 e comprendente le ulteriori fasi di operare una trasformata di Fourier veloce del segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico; e calcolare l'indice (SMIi) di avvenuta combustione attraverso la formula che segue: m cui : SMIi indice di avvenuta combustione dell'i-esimo ciclo di combustione; N numero di elementi o bin che rappresentano il campionamento in frequenza dello spettro del segnale sonoro rilevato dal sensore (21) acustico ; Sfjmodulo della trasformata di Fourier veloce del segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico del j-esimo elemento o bin. 4.- Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi filtrare mediante un filtraggio di tipo passa-banda il segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico; e calcolare l'indice (SMIi) di avvenuta combustione attraverso la somma oppure la media dell'intensità filtrata del segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico. 5.- Metodo secondo la rivendicazione 1 e comprendente le ulteriori fasi di filtrare mediante un filtraggio di tipo passa-banda il segnale sonoro generato dalla apertura della valvola (9) di scarico; e calcolare l'indice (SMIi) di avvenuta combustione attraverso il contributo del segnale sonoro filtrato e generato dalla apertura della valvola (9) di scarico nella rispettiva finestra di rilevazione in una banda di frequenza. 6.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il valore (THR) di soglia è variabile in funzione del punto motore esplorato identificato dal numero giri (rpm) e dal carico. 7.- Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il motore (1) a combustione interna comprende un sensore (21) acustico per ogni bancata di cilindri (3).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2597966B (en) * 2020-08-12 2022-11-30 Caterpillar Energy Solutions Gmbh Method and control unit for identifying misfire subjected cylinders of an internal combustion engine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4083234A (en) * 1975-12-25 1978-04-11 Nissan Motor Company, Limited Method of and system for detecting misfire in internal combustion engine
US20040003651A1 (en) * 2002-04-29 2004-01-08 Rauchfuss Mark S. Misfire detection using acoustic sensors
DE102006054603A1 (de) * 2006-11-20 2008-05-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine
EP2180178A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-28 Magneti Marelli Powertrain S.p.A. Method of detecting knock in an internal combustion engine
WO2010060445A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-03 Fev Motorentechnik Gmbh Verfahren zur erkennung von verbrennungsaussetzern in einer verbrennungskraftmaschine, steuergerät für eine verbrennungskraftmaschine und verbrennungskraftmaschine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5243010A (en) * 1975-10-03 1977-04-04 Hitachi Ltd Misfire detecting system for multicylinder internal combustion engine
DE3903566A1 (de) * 1989-02-07 1990-08-09 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur erkennung von zuendaussetzern
US7222607B2 (en) * 2005-08-05 2007-05-29 Gm Global Technology Operations, Inc. DSP-based engine knock detection including knock sensor and circuit diagnostics
US8256278B2 (en) * 2010-04-29 2012-09-04 GM Global Technology Operations LLC Engine misfire detection systems and methods using discrete fourier transform approximation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4083234A (en) * 1975-12-25 1978-04-11 Nissan Motor Company, Limited Method of and system for detecting misfire in internal combustion engine
US20040003651A1 (en) * 2002-04-29 2004-01-08 Rauchfuss Mark S. Misfire detection using acoustic sensors
DE102006054603A1 (de) * 2006-11-20 2008-05-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Diagnose einer Brennkraftmaschine
EP2180178A1 (en) * 2008-10-21 2010-04-28 Magneti Marelli Powertrain S.p.A. Method of detecting knock in an internal combustion engine
WO2010060445A1 (de) * 2008-11-27 2010-06-03 Fev Motorentechnik Gmbh Verfahren zur erkennung von verbrennungsaussetzern in einer verbrennungskraftmaschine, steuergerät für eine verbrennungskraftmaschine und verbrennungskraftmaschine

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