JP2003510502A - 燃焼ミスファイヤ検出方法およびそのための電子式診断装置 - Google Patents

燃焼ミスファイヤ検出方法およびそのための電子式診断装置

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JP2003510502A
JP2003510502A JP2001527094A JP2001527094A JP2003510502A JP 2003510502 A JP2003510502 A JP 2003510502A JP 2001527094 A JP2001527094 A JP 2001527094A JP 2001527094 A JP2001527094 A JP 2001527094A JP 2003510502 A JP2003510502 A JP 2003510502A
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エールテル，ハイコ
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出精度ノ改善された、内燃機関における燃焼ミスファイヤ検出方法が提供される。 【解決手段】 内燃機関の回転不規則性に対する尺度が形成され且つ内燃機関の負荷の関数であるしきい値と比較され、およびしきい値を超えたことがミスファイヤとして評価される。前記しきい値が、負荷の関数であることに追加して、点火角および／またはλ値の関数でもある。または、前記回転不規則性に対する尺度の形成が、点火角および／またはλ値の関数としても行われる。および／または、ミスファイヤ検出の作動化／非作動化が、少なくとも点火角および／またはλ値の関数である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 ドイツ特許公開第１９６２７５４０号から、内燃機関の回転不規則性に対する
尺度が形成され且つ内燃機関の負荷の関数であるしきい値と比較され、またしき
い値を超えたことがミスファイヤとして評価される、燃焼ミスファイヤの検出方
法が既知である。負荷、即ち本質的にはシリンダの空気充填量は、回転不規則性
に本質的に影響を与える。負荷が上昇したときに上昇するトルクにより、クラン
ク軸に作用する加速力が上昇し、したがってこの加速力が回転不規則性を増加さ
せるように作用する。
【０００２】 燃焼ミスファイヤ検出の検出精度をさらに改善することが本発明の課題である
。 この課題は独立請求項の特徴により解決される。
【０００３】 この方法は、定常燃焼における機関の回転不規則性が機関のトルクの関数であ
ることを考慮している。本質的にシリンダの空気充填量により定義される負荷の
ほかに、点火角およびシリンダを充填する燃料／空気混合物もまたシリンダ充填
物の燃焼から形成されるトルクに影響を与え、したがって正常な条件下で期待さ
れる回転不規則性に影響を与える。
【０００４】 発明の利点 しきい値の決定において、または内燃機関の回転不規則性に対する尺度の形成
において、および／またはミスファイヤ検出の作動化／非作動化において、本発
明により点火角および／またはシリンダを充填する燃料／空気混合物を考慮する
ことは、正常な条件下においてしきい値と回転不規則値との間の間隔を低減し、
したがって、非正常条件、即ち特にミスファイヤの感度のよい検出を可能にする
。
【０００５】 要求トルクを形成するための操作量としてシリンダ充填量のほかに点火角もま
た使用する最新の内燃機関制御においては、本発明により点火角を考慮すること
が特に有利である。
【０００６】 他の内燃機関制御とは異なり、この最新式の機関制御においては、点火角と負
荷および回転速度との間の比較的密な結合は考慮されない。点火角とこれらの変
数との間の関数関係を小さくすることは、点火角のトルクへの自発的影響を増大
させ、したがって本発明の有利な作用を増大させる。
【０００７】 さらに、燃料／空気混合物組成がトルクに影響を与える。したがって、燃料／
空気混合物組成を考慮することにより精度がさらに上昇される。 ガソリン直接噴射機関においては、所定の空気充填量および固定された最適点
火角において、燃料／空気混合物の品質を介して、即ちそのλ値を介して、希望
トルクが調節される運転状態が考えられる。
【０００８】 したがって、このような運転状態においては、点火角ではなく、燃料／空気混
合物組成が本発明により考慮される決定的変数である。 さらに、自動変速機を有する車両においては、トルク・コンバータのバイパス
・クラッチの状態を補足的に考慮することが有利である。
【０００９】 駆動系は振動可能な系を示す。クラッチが開いているか閉じているかに応じて
それぞれ、減衰作用または励振作用により、内燃機関の回転不規則値に異なる影
響が与えられる。これにより、Ｓ／Ｎ比、即ちミスファイヤの影響下での回転不
規則値と正常な燃焼における回転不規則値との間隔が影響されることがある。
【００１０】 ここで、コンバータ・バイパス・クラッチの状態を補足的に考慮することはＳ
／Ｎ比の最適化を可能にする。 ミスファイヤ検出の作動化／非作動化において点火角を考慮することは、ミス
ファイヤ検出の信頼性をさらに上昇させる。
【００１１】 実施例 図１は、マーキング３を有する角度計測車２を備えた内燃機関１、並びに角度
センサ４、内燃機関内に流入する空気量ｍｌの測定手段５または熱膜空気質量流
量計、出力調節要素６または電子制御絞り弁、点火装置７、および制御装置８、
並びにエラー・ランプ１０、排気ガス・センサ９、およびドライバにより希望さ
れたトルクの測定手段ＦＷを示す。
【００１２】 測定運転データおよび制御装置に記憶されている特性曲線群および特性曲線か
ら、機関のトルクｍｄｉｓｔが決定される。熱膜空気質量流量計の信号は、内燃
機関内に流入する空気量に関する信号を提供する。定常条件下において、これか
ら、回転速度およびシリンダ数で除算することにより個々のシリンダの空気充填
量ｒｌが決定される。制御装置内の特性曲線群内に、理論混合物（λ＝１）にお
ける最適点火角値ＺＷＯＰＴに対するトルクｍｄｉｓｔと、充填量ｒｌおよび回
転速度ｎとの関数関係が記憶されている。
【００１３】 したがって、測定手段５およびセンサ４の信号から決定された運転データｒｌ
、ｎを用いて、原理的にトルクｍｄｉｓｔが決定される。実際点火角ＺＷと値Ｚ
ＷＯＰＴとの偏差、およびセンサ９により提供される実際λの偏差がトルクに影
響を与える。この影響が、ｍｄｉｓｔの計算において所定の補正係数により考慮
される。
【００１４】 最適点火角ＺＷＯＰＴは、同様に特性曲線群内にｒｌおよびｎの関数として記
憶されている。 内燃機関のクランク軸と結合されている角度計測車の回転運動は、誘導センサ
として形成されている角度センサ４により電気信号に変換され、この電気信号の
周期性は、マーキング３の角度センサ４の前を周期的に通過する状況を示してい
る。したがって、信号レベルの立ち上がりと立ち下がりとの間の時間間隔は、ク
ランク軸がマーキングの目盛に対応する角度範囲を回転した時間に対応する。こ
の時間間隔は、コンピュータとして形成されている制御装置５で処理されて、内
燃機関の回転不規則性に対する尺度ＬＵＴに変換される。
【００１５】 ＬＵＴ計算の一例を後に説明する。 センサ４の信号からさらに、内燃機関のクランク軸の回転速度ｎが決定される
。回転速度ｎ、内燃機関のシリンダ充填量ｒｌに対する尺度としての吸込空気量
ｍｌ並びにシリンダ充填物の燃料空気混合物組成Ｌａｍｂｄａ、および点火角Ｚ
Ｗが、燃焼から発生されたトルクを標準的に決定する。
【００１６】 希望トルクを調節するために、制御装置は、図示のセンサおよび場合によりそ
の他のセンサの信号を処理し、且つこれから、特に出力調節要素６を介して充填
量を制御し、且つ点火装置を操作する点火角ＺＷを介して補足的にトルクを調節
するための操作信号を形成する。
【００１７】 図１ｂは、内燃機関１および制御装置８のほかに、流体式トルク・コンバータ
１３、コンバータ・バイパス・クラッチ１２、および変速機出力側回転速度ｎＧ
Ａを測定するためのセンサ１４を示す。
【００１８】 コンバータ・バイパス・クラッチは、流体式トルク・コンバータを機械式にバ
イパスするために使用される。バイパス状態において、流体式トルク・コンバー
タの滑りが排除され、したがって力伝達効率が改善される。コンバータ・クラッ
チの操作は、制御装置８により、信号ＰＷＫを用いて、機関トルクｍｄｉｓｔま
たは充填量ｒｌ、および変速機出力側回転速度ｎＧＡの関数として行われる。以
下において、ＰＷＫ＝１は、閉じられたコンバータ・バイパス・クラッチに対応
するものとする。
【００１９】 図２ａは角度計測車の４セグメントへの分割を示し、この場合、各セグメント
は所定数のマーキングを有している。マーキングＯＴｋは、この実施例における
８気筒内燃機関のｋ番目のシリンダにおけるピストン運動の上死点に割り当てら
れ、この上死点はこのシリンダの燃焼サイクル内に存在している。この点の周り
に回転角度範囲ψｋが定義され、回転角度範囲ψｋは、この実施例においては角
度計測車のマーキングの１／４の範囲に及んでいる。同様に、残りのシリンダの
燃焼サイクルに角度範囲ψ１ないしψ８が割り当てられ、ここでは１つの完全動
作サイクルに対して、クランク軸が２回転する４サイクル原理から出発している
。したがって、例えば、第１のシリンダの範囲ψ１は第５のシリンダの範囲ψ５
に対応している、等である。クランク軸の１回転に関連する角度範囲は、相互に
分離されていても、相互に接続されていても、または相互に重ね合わされていて
もよい。第１のケースにおいては、いかなる角度範囲にも関連されないマーキン
グが存在し、第２のケースにおいては、各マーキングは正確に１つの角度範囲に
関連し、第３のケースにおいては、種々の角度範囲に同じマーキングが関連され
ている。したがって、角度範囲の任意の長さおよび位置が可能である。
【００２０】 図２ｂに、クランク軸の回転運動により角度範囲が通過される時間ｔｓが目盛
られている。この場合、シリンダｋにおいてミスファイヤが検出されている。ミ
スファイヤが発生するとトルクが出力されないので、それに関連の通過時間ｔｓ
またはその次の通過時間（ｔｓ＋１）は上昇することになる。したがって、通過
時間ｔｓは回転不規則性に対する尺度を既に示しており、この原理はミスファイ
ヤの検出のために適している。通過時間ｔｓの適切な処理により、特に隣接する
通過時間の差を形成し、且つこの差を指数ｉを有する点火サイクルにおける通過
時間ｔｓｉの３乗で正規化することにより、回転不規則値は加速度の次元を含み
、実験から明らかにされたように、回転不規則値は改善されたＳ／Ｎ比を有して
いる。
【００２１】 回転不規則値は他の規則により形成されてもよい。 ミスファイヤ検出の過程が図３ａに示され、図３ａは本発明による方法の一実
施態様の流れ図を示す。
【００２２】 この実施態様は、周期的に上位の機関制御プログラムまたはメイン・プログラ
ムから呼び出される。 ミスファイヤ検出方法はステップ３．１から開始され、ステップ３．１におい
て、点火に同期してセグメント時間が測定され、且つ場合により、処理されて回
転不規則値に変換される。
【００２３】 ステップ３．２において、しきい値ＬＵＲが特性曲線群ＬＵＲ（ｙ）から読み
込まれる。特性曲線群の入力パラメータｙとして、少なくとも点火角ＺＷが使用
される。他の入力パラメータとして、混合物組成Ｌａｍｂｄａ、充填量ｒｌ、回
転速度ｎ、およびコンバータ・バイパス・クラッチの状態ＰＷＫが、個々にまた
は任意の組み合わせで使用される。ここで、傾向として、閉じられているコンバ
ータ・バイパス・クラッチ（ＰＷＫ＝１）には、高いしきい値が結合されている
であろう。同様のことが、ｒｌの高い値に対しても適用される。点火角ＺＷのそ
の最適値からの偏差は、より小さいトルクを形成させる。それに対応して、ＺＷ
のＺＷＯＰＴからの間隔の増加と共に、しきい値は低下するであろう。同様のこ
とが、Ｌａｍｂｄａ＝１ から偏差を有するλ値に対しても適用される。
【００２４】 しきい値ＬＵＲを読み込んだ後に、ステップ３．３において、回転不規則値と
しきい値との比較が行われる。しきい値と回転不規則値との交差が、ステップ３
．４においてミスファイヤとして評価される。ステップ３．５がそれに続き、ス
テップ３．５において、場合により、即ち、例えばミスファイヤが所定の回数発
生したとき、エラー・ランプＭＩＬが点灯される。
【００２５】 図３ｂは、しきい値を変更するための代替態様を示す。この代替態様の範囲内
においては、しきい値を変更する代わりに、回転不規則値の変更が行われる。こ
のために、ステップ３．１．１において、特性曲線群から補正値Ｋが読み込まれ
、またステップ３．１．２において、未補正の回転不規則値ＬＵＴと結合されて
補正回転不規則値ＬＵＴ２が形成される。この結合は、加算で行われてもまたは
乗算で行われてもよい。コンバータ・バイパス・クラッチが閉じられているとき
（ＰＷＫ＝１）、傾向として、この補正は回転不規則値を小さくするように作用
する。これにより、ミスファイヤ検出の駆動系振動に対する感度は、より低下す
る。同様のことが、（未補正）上昇回転不規則性がミスファイヤによることなし
に、トルクしたがって回転不規則性を上昇させるｒｌのより高い値に対して適用
される。点火角ＺＷのその最適値からの偏差はトルクをより小さくさせる。それ
に対応して、この場合に、ＺＷのＺＷＯＰＴからの間隔の増大と共に補正は大き
くなるように作用するであろう。同様のことが、Ｌａｍｂｄａ＝１ から偏差を
有するλ値に対しても適用される。
【００２６】 ステップ３．２において読み込まれるしきい値は、この実施態様において一定
であってもよいので、図３ａに示した特性曲線群は、このとき１つのメモリ・セ
ルに低減される。
【００２７】 図４は、ミスファイヤ検出の信頼性をさらに向上させる他の実施態様を示す。 図４ａは、トルクｍｄｉｓｔおよび回転速度ｎの値により目盛られた特性曲線
を示し、この特性曲線において範囲ＡおよびＢが区別される。
【００２８】 図４ｂは、ステップ４．１により図３によるミスファイヤ検出の上流側に設け
られた追加の問い合わせを示す。 ステップ４．１において、その時点における値の対 ｍｄｉｓｔ（ＺＷ）、ｎ
が範囲Ａ内に存在するかどうかが検査される。これが肯定されたとき、図３によ
るミスファイヤ検出が行われる。これに対して、問い合わせが否定された場合、
ミスファイヤ検出が作動化されることなく、分岐してメイン・プログラムに戻さ
れる。
【００２９】 トルクおよび回転速度の関数としての、ミスファイヤ検出が作動化しているこ
の作業範囲Ａにより、特に充填量が大きく、同時に点火角ＺＷの、その最適値Ｚ
ＷＯＰＴからの間隔が大きい運転点においては、ミスファイヤ検出は非作動とさ
れる。
【００３０】 この運転点は、典型的には触媒の加熱のために設定される。最適でない点火時
期に基づいて、機関効率は低下される。低い効率に基づいて機関内でトルクとな
らないシリンダ充填量のエネルギーは、下流側に設けられている触媒を加熱する
。低い効率は上昇充填量により補償される。
【００３１】 上昇充填量そのものは、十分なＳ／Ｎ比に対する指標と解釈されてもよい。そ
の理由は、上昇充填量は、他の運転点においては上昇トルクを伴うからである。
しかしながら、低い効率での特定の運転点においては、この相関関係は成立しな
い。トルクは、より低い効率に基づいてより小さくなる。本発明による点火角お
よび、場合により、混合物組成の考慮は、限界運転点の確実な排除、したがって
ミスファイヤ検出の信頼性の向上を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１ａおよび図１ｂは、本発明の技術的周辺図を示す。
【図２】 図２ａおよび図２ｂは、回転速度の測定に基づき、回転不規則性に対する尺度
の基準としてのセグメント時間を形成する既知の原理を示す。
【図３】 図３ａおよび図３ｂは、本発明による方法の一実施例としての流れ図を示す。
【図４】 図４ａおよび図４ｂは、本発明による方法の他の実施例としての流れ図を示す
。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年５月２９日（２００１．５．２９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローマン，アンドレア ドイツ連邦共和国デー−70195 シュトゥ ットガルト，ヒンメルライヒシュトラーセ 37 Ｆターム(参考） 3G084 BA03 BA04 BA05 BA09 BA17 BA32 DA04 DA11 EA11 EB12 FA06 FA07 FA10 FA24 FA29 FA33 FA34 FA38 【要約の続き】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の回転不規則性に対する尺度が形成され且つ前記内
    燃機関の負荷の関数であるしきい値と比較され、前記しきい値を超えたことがミ
    スファイヤとして評価される、内燃機関における燃焼ミスファイヤ検出方法にお
    いて、 前記しきい値が、前記負荷の関数であることに追加して、内燃機関の点火角お
    よび／または燃料／空気混合物組成の関数でもあること、 または、前記回転不規則性に対する尺度の形成が、内燃機関の点火角および／
    または燃料／空気混合物組成の関数としても行われること、 および／または、ミスファイヤ検出の作動化／非作動化が、少なくとも内燃機
    関の点火角および／または燃料／空気混合物組成の関数であること、 を特徴とする内燃機関における燃焼ミスファイヤの検出方法。
  2. 【請求項２】 負荷、点火角、および、場合により、燃料／空気混合物組成
    も考慮して、内燃機関から出力されるトルクに対する値ｍｄｉｓｔが決定される
    こと、および 前記しきい値、または、前記回転不規則性に対する尺度の形成が、内燃機関か
    ら出力されるトルクに対する値ｍｄｉｓｔの関数として行われること、 を特徴とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 回転速度および負荷の関数として、 または、回転速度、負荷、および点火角の関数として、 または、回転速度、負荷、および燃料／空気混合物組成の関数として、 前記燃焼ミスファイヤ検出方法が作動化されるかまたは非作動化されるかが決定
    されること、 を特徴とする請求項１または２の方法。
  4. 【請求項４】 自動変速機を備え、且つその上流側に設けられた、コンバー
    タ・バイパス・クラッチを有する流体式トルク・コンバータを備えた車両におい
    て、 前記しきい値を形成するとき、 または、前記回転不規則性に対する尺度を形成するとき、 前記コンバータ・バイパス・クラッチのスイッチング状態が考慮されること、 を特徴とする請求項１ないし３のいずれかの方法。
  5. 【請求項５】 内燃機関の回転不規則性に対する尺度を形成するための手段
    （３、４、８）と、この尺度を内燃機関の負荷の関数であるしきい値と比較する
    ための手段（８）とを備え、前記しきい値を超えたことがミスファイヤとして評
    価される、内燃機関における燃焼ミスファイヤを検出するための電子式診断装置
    において、 前記しきい値を、負荷の関数として形成することに追加して、内燃機関の点火
    角および／または燃料／空気混合物組成の関数としても形成する手段（３、４、
    ８）、 または、前記回転不規則性に対する尺度の形成を、内燃機関の点火角および／
    または燃料／空気混合物組成の関数としても形成する手段（８、９）、 および／または、ミスファイヤ検出の作動化／非作動化を、少なくとも内燃機
    関の点火角および／または燃料／空気混合物組成の関数として形成する手段（８
    、９）、 を備えたことを特徴とする内燃機関における燃焼ミスファイヤを検出するための
    電子式診断装置。
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