JP4039706B2 - 燃焼ミスファイヤの検出方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば自動車の駆動に使用される内燃機関における燃焼ミスファイヤ（不点火）の検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼ミスファイヤは内燃機関の運転中に放出される有害物質を増大させ、さらに排気管内の触媒を損傷させることがある。排気関係機能のオンボードモニタリングに関する法令上の要求を満たすために、全回転速度範囲および全負荷範囲にわたりミスファイヤを検出することが必要である。これに関して、燃焼ミスファイヤがある運転においては、ミスファイヤのない正常運転に対して内燃機関の回転速度曲線に特徴的な変化が現れることがわかっている。この回転速度曲線を比較することにより、ミスファイヤのない正常運転とミスファイヤがある運転とを区別することが可能である。
【０００３】
燃焼ミスファイヤの検出システムは、センサ装置ならびに信号処理および分類という機能ブロックで構成されている。センサ装置は、たとえばセグメント時間、すなわちクランク軸が所定の回転角度範囲を通過する時間を測定する。信号処理ブロックにおいて、セグメント時間から回転不規則値が形成され、この回転不規則値から、たとえばしきい値との比較により、または神経回路の使用により、あるいは既知の他の方法により燃焼ミスファイヤが検出される。
【０００４】
しきい値との比較に基づいて作動するシステムが、ドイツ特許公開第４１３８７６５号から既知である。
【０００５】
この既知の方法によれば、典型的には、各シリンダのピストン運動の特定範囲に、セグメントとして規定されたクランク軸の角度範囲が設定されている。セグメントはたとえば、クランク軸と結合されている伝送車上のマーキングにより形成される。クランク軸がこの角度範囲を通過するセグメント時間はとくに、燃焼サイクルにおいて変換されるエネルギーの関数である。ミスファイヤは、点火に同期して測定されるセグメント時間を上昇させる。既知の方法によれば、相前後するセグメント時間の差からエンジンの回転不規則性の尺度が計算され、ここでさらにゆっくり現れる動的過程、たとえば走行加速時におけるエンジン回転速度の上昇が計算により修正される。このように点火ごとに計算された回転不規則値が、同様に点火に同期して所定のしきい値と比較される。場合により負荷および回転速度のような運転パラメータの関数でもあるこのしきい値を超えたとき、それがミスファイヤとして評価される。
【０００６】
それに応じて、既知の方法の信頼度はセグメント時間の測定に依存し、したがって製作時に伝送車上にマーキングが形成される精度に依存する。この機械的不正確は計算により排除することができる。これに関しては、ドイツ特許公開第４１３３６７９号からスラスト運転においてたとえば異なる３つの伝送車セグメントのセグメント時間を測定することが既知である。３つのセグメントのうちの１つが基準セグメントとみなされる。残りの２つのセグメントのセグメント時間の、基準セグメントのセグメント時間に対する偏差が求められる。この偏差から修正値が形成されるが、修正値と結合された、スラスト運転において求められたセグメント時間が相互に等しくなるように形成される。
【０００７】
したがって、この方法はまず、車両の運転時において、制御装置のプログラミングに対するある程度の費用および計算費用を必要とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
伝送車の機械的不正確の影響を受けない、燃焼ミスファイヤの簡単な検出方法を提供することが本発明の課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
回転不規則値の絶対値の代わりに、フィルタリングされた回転不規則値の変化を評価することが本発明の本質的要素である。この方法は、とくに１つ以上のシリンダにおける連続ミスファイヤが回転不規則性の急速かつ特徴的な変化を形成することが基礎になっている。
【００１０】
内燃機関のミスファイヤの検出方法は、
ａ）内燃機関の回転特性を示す第１の値を形成すること、
ｂ）第１の値が特定のクランク角度範囲を通過するために内燃機関のクランク軸によって必要とされる測定された時間間隔に基づいて形成されること、
ｃ）内燃機関の回転特性の変化を示す第２の値を形成すること、
ｄ）第１の値を第１のしきい値と比較すること、
ｅ）第２の値を第２のしきい値と比較すること、および
ｆ）第２の値が第２のしきい値を上回ったときに、いずれのミスファイヤが発生しているかにしたがって、推定をセットすること、
ｇ）前記推定がセットされている間に、第１の値が第１のしきい値を上回っている場合に、ミスファイヤを検出すること、
を含み、
ｈ）第１の値が、低域フィルタによって個々のシリンダ回転不規則値をフィルタリングすることによって形成されること、
ｉ）第２の値が、フィルタリングされた個々のシリンダ回転不規則値の差によって形成されること、
を特徴としている。
【００１１】
回転不規則値の絶対値の変化のみが評価されるので、評価のときに対称的なノイズ成分は除外される。したがって、本発明による方法はとくに伝送車の不正確の影響を受けることがない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、マーキング３を有する角度伝送車２および角度センサ４からなるセンサ装置と、ならびに信号処理ブロック５と、および内燃機関のミスファイヤの発生を表示するための手段６とを備えた内燃機関１を示す。内燃機関のクランク軸と結合されている角度伝送車の回転運動は、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、電気信号の周期性は、マーキング３が角度センサ４を周期的に通過する状況を示している。したがって、信号レベルの立上りと立下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だけ回転された時間に対応している。
【００１３】
セグメント時間は次のステップでさらに処理される。
この処理のために使用されるコンピュータはたとえば図２に示すように構成してもよい。これによると、計算ユニット２．１は入力ブロック２．２と出力ブロック２．３とを接続しかつメモリ２．４内に記憶されているプログラムおよびデータを利用する。
【００１４】
図３ａは角度伝送車の４セグメントへの分割を示し、ここで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４シリンダ内燃機関（ｚ＝４）のｋ番目のシリンダの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ωｋが定義され、回転角度範囲ωｋはこの実施例においては角度伝送車のマーキングの１／２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ω１ないしω４が割り当てられ、ここでは１つの完全作業サイクルに対しクランク軸が２回転する４サイクル原理から出発している。したがってたとえば、第１のシリンダの範囲ω１は第３のシリンダの範囲ω３に対応している等である。セグメントの位置、長さおよび数は使用事例ごとに変更してもよい。したがって、カム軸１回転当たりｚセグメント以上重なり合うセグメントないしはシリンダの上死点とは異なるセグメント位置もまた可能である。したがって、特徴抽出ステップに対する入力信号としてセグメント時間信号を利用することは、エンジン制御において既に存在する信号からそれが計算可能なので有利である。
【００１５】
セグメント時間の代わりに、入力信号として個々のクランク軸角度範囲に割り当てられた平均回転速度線図を利用してもよい。
【００１６】
たとえば、次の実施態様に対しては、カム軸１回転当たりｚセグメントへの上記の分割が利用される。
【００１７】
特徴抽出ステップの他の入力信号は、エンジン回転速度ｎ、負荷ｔｌ、温度Ｔおよび第１のシリンダを識別するための信号ｂである。
【００１８】
図３ｂ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。この場合まず、１つ置きのセグメント時間を伸長させる角度伝送車の機械的不正確がわかる。実線はミスファイヤのない運転においてこのとき形成されるセグメント時間経過を示している。図３ｂの左側半分には、そのセグメント時間が既に角度伝送車の影響によりさらに比較的長くなつているシリンダ内のミスファイヤが点線で示されているのがわかる。これに対し右側半分は、そのセグメント時間が角度伝送車の影響により比較的短く測定されたシリンダにおいてミスファイヤが発生した例を示している。ミスファイヤに伴うトルク低下は場合により時間間隔ｔｓを上昇させることになる。比較的長いセグメント時間ｄ２およびｄ４は同じであることがわかる。
【００１９】
種々のシリンダの相前後するセグメント時間の差により回転不規則値が形成される場合、左側部分におけるミスファイヤに対しては比較的大きい差ｄ１が与えられ、この差ｄ１は角度伝送車の影響による変動幅ｄ５を明らかに上回っている。これに対し、右側の部分に対しては変動幅ｄ５とは場合によりきわめて区別しがたい差ｄ３が与えられる。
【００２０】
本発明の実施態様が図４に機能ブロックの形で示されている。センサ装置から供給されたセグメント時間は既知のように個々のシリンダごとの回転不規則値ｌｕｔ（ｉ）に変換され、ここで指数ｉは１つのシリンダにおいて相前後して行われる点火数のカウントである。ｌｕｔ（ｉ）は低域フィルタ１０によりフィルタリングされて値ｆｌｕｔ（ｉ）となる。このフィルタリングは連続ミスファイヤの信号に比較して個別ミスファイヤ信号を著しく減衰させる。この場合、ほぼ一続きの個別ミスファイヤが連続ミスファイヤとして現れ、この場合連続してまたはたとえ一時的であってもミスファイヤを発生している燃焼数は正常な燃焼数を上回っている。
【００２１】
差分器１２において、たとえば数式
ｄｆｌｕｔ（ｉ）＝ｆｌｕｔ（ｉ）−ｆｌｕｔ（ｉ−ｋ）
により出力値ｆｌｕｔ（ｉ）の差ｄｆｌｕｔ（ｉ）が形成され、ここでｋは整数を与えている。シリンダｆｌｕｔ（ｉ）値に影響を与える系統的なノイズ影響は指数ｉを有する点火においてのみでなく指数ｉ−ｋを有する点火においても発生する。したがって、このノイズ影響は差を形成したときに排除され、これにより差ｄｆｌｕｔ（ｉ）はたとえば角度伝送車の不正確の系統的影響を受けることはない。
【００２２】
比較器１３において、このように形成された差がしきい値ｆｌｕｒと比較される。変化ｄｆｌｕｔがこの正のしきい値を上回ったとき、このことは本発明の範囲内では、連続ミスファイヤの発生に対して確かに必要条件ではあるが、必ずしも十分条件ではない。したがってまず、このしきい値超過がミスファイヤの発生に対する単なる指標とみなされる。言い換えると、ミスファイヤはまず推定されるにすぎない。この場合、この推定は差ｄｆｌｕｔが負のしきい値を下回るまで保持される（比較器１５）。このことは典型的には、仮に発生した連続ミスファイヤが消滅したときに起きる。推定の発生および消滅はたとえばフリップフロップ１４またはそれに対応するプログラムフラッグのセット（Ｓ）およびリセット（Ｒ）により行わせることができる。本来のミスファイヤ検出はフラッグがセットされしかも推定が存在するときにのみ行われる。比較器１６において、フィルタリングされた回転不規則値ｆｌｕｔが推定の存在下で他のしきい値ｌｕｒを上回ったとき、このことはミスファイヤの発生のための十分条件とみなされる。したがって、このようなしきい値超過はミスファイヤとして評価される。この場合、しきい値ｌｕｒは、推定がセットされていないとき、フィルタ１７、オフセット発生器１８、加算器１９により回転不規則値それ自身から連続的に形成される。図示の実施態様においては、連続的に形成されるしきい値は、フィルタ１７によりあらかじめ作成されるフィルタリングされた回転不規則値ｆｌｕｔおよびオフセット発生器１８によりあらかじめ作成されたオフセットｌｕｒｋｆの加算で形成される（加算器１９）。この場合、フィルタ１７は制御可能なフィルタとして形成され、このフィルタは推定の関数として調節可能である。したがって、推定がセットされていないときにはフィルタリングされた回転不規則値はしきい値ｌｕｒからオフセットｌｕｒｋｆだけ下回っている。したがって、推定がセットされていないとき、しきい値ｌｕｒは常にフィルタリングされた回転不規則値と共に供給され、これによりミスファイヤ検出はある程度感受されないようになっている。これに対し推定がセットされているときは、本発明によりミスファイヤ検出の感度が調節され、これによりこのときはミスファイヤの評価を行うことができる。図示の実施態様においては、これは、推定のセットがフィルタ出力値ｆｌｕｔの出現を停止することにより行われる。これにより基準値ｌｕｒは、推定がセットされているとき、フィルタリングされた回転不規則値ｆｌｕｔとの結合から外され、たとえば凍結される。この場合、ｆｌｕｔの変化は、凍結されたしきい値に対するその距離がオフセットｌｕｒｋｆを上回ったときにミスファイヤとして評価される。言い換えると、本発明による方法は、第１ステップにおいて回転不規則値の変化からミスファイヤの発生の確率を決定する。変化が所定の帯域幅内に入っている限り、これはミスファイヤの発生の確率が低いことを示唆しているので、しきい値は回転不規則値から連続的に形成される。この場合、本来のミスファイヤ検出は可能化されず、したがってミスファイヤ検出は任意に感受不能とされる。これに対し、回転不規則値変化が帯域から外れたとき、ミスファイヤ検出の感度は、連続ミスファイヤの確実な検出が可能となるように調節される。
【００２３】
これが図６に示され、図６は時間ないし点火サイクル指数ｉに対する種々の信号線図を示している。図６ａの高い信号レベルは、燃焼ミスファイヤが刺激された時間範囲を示している。図６ｂはこれにより得られた回転不規則値を示す。
【００２４】
図６ｃはしきい値ｆｌｕｒおよび−ｆｌｕｒにより定義される帯域幅および信号ｄｆｌｕｔを示し、信号ｄｆｌｕｔは図６ａからミスファイヤ線図の結果として形成される。図６ｄは、ｆｌｕｒを上回ったときに推定がセットされまた−ｆｌｕｒを下回ったときに推定がリセットされる様子を示している。したがって、図６ｄの高い信号レベルは、推定がセットされている時間範囲を示している。
【００２５】
図６ｅはフィルタリングされた回転不規則値ｆｌｕｔを示し、ｆｌｕｔは推定がセットされた範囲以外ではしきい値ｌｕｒからオフセットｌｕｒｋｆだけ下回っている。図６ｅはさらに、推定がセットされているときはしきい値が凍結されている様子を示しまた図６ｆは推定がセットされているときしきい値超過がミスファイヤとして評価される様子を示している。
【００２６】
図５ａおよびｂは信号ｄｆｌｕｔの形成の代替態様を示している。図５ａによりｄｆｌｕｔはフィルタリングされたｌｕｔとフィルタリングされていないｌｕｔとの差として形成される。図５ｂにより種々の速度の低域フィルタの出力信号の差が形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の技術的周辺図である。
【図２】本発明による方法を実行するのに適したコンピュータである。
【図３】回転速度に基づき、回転の不規則性の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であり、および伝送車の影響により回転不規則性が誤って検出されうる様子を示す。
【図４】本発明の一実施態様の機能ブロック線図である。
【図５】図４の代替態様の機能ブロック線図である。
【図６】本発明を実行するときに発生する、時間に対する信号線図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関
２ 角度伝送車
３ マーキング
４ センサ
５ 信号処理ブロック
６ 表示手段
２．１ 計算ユニット
２．２ 入力ブロック
２．３ 出力ブロック
２．４ メモリ
１０ 低域フィルタ
１２ 差分器
１３、１５、１６ 比較器
１７ フィルタ
１８ オフセット発生器
１９ 加算器
ｂ シリンダの識別信号
ｄｆｌｕｔ ｆｌｕｔ（ｉ）−ｆｌｕｔ（ｉ−ｋ）
ｆｌｕｒ ｄｆｌｕｔに対するしきい値（第２の基準値）
−ｆｌｕｒ 第３のしきい値
ｆｌｕｔ フィルタリングされたｌｕｔ
ｉ 点火サイクル指数
ｋ 整数
ｌｕｒ ｆｌｕｔに対するしきい値（第１の基準値）
ｌｕｒｋｆ オフセット
ｌｕｔ 回転不規則値
ｎ エンジン回転速度
ＯＴｋ マーキング（ｋ番目のシリンダの上死点）
Ｔ 温度
ｔｌ 負荷
ｔｓ センサ信号

Claims (2)

1. ａ）内燃機関の回転特性（ｌｕｔ）を示す第１の値（ｆｌｕｔ）を形成すること、
   ｂ）第１の値（ｆｌｕｔ）が特定のクランク角度範囲を通過するために内燃機関のクランク軸によって必要とされる測定された時間間隔（ｔｓ）に基づいて形成されること、
   ｃ）内燃機関の回転特性（ｌｕｔ）の変化を示す第２の値（ｄｆｌｕｔ（ｉ）；ｄｆｌｕｔ）を形成すること、
   ｄ）第１の値（ｆｌｕｔ）を第１のしきい値（ｌｕｒ）と比較すること、
   ｅ）第２の値（ｄｆｌｕｔ（ｉ）；ｄｆｌｕｔ）を第２のしきい値（ｆｌｕｒ）と比較すること、および
   ｆ）第２の値（ｄｆｌｕｔ（ｉ）；ｄｆｌｕｔ）が第２のしきい値（ｆｌｕｒ）を上回ったときに、いずれのミスファイヤが発生しているかにしたがって、推定をセットすること、
   ｇ）前記推定がセットされている間に、第１の値（ｆｌｕｔ）が第１のしきい値（ｌｕｒ）を上回っている場合に、ミスファイヤを検出すること、
   を含む、内燃機関のミスファイヤの検出方法において、
   ｈ）第１の値（ｆｌｕｔ）が、低域フィルタによって個々のシリンダ回転不規則値（ｌｕｔ）をフィルタリングすることによって形成されること、
   ｉ）第２の値（ｄｆｌｕｔ）が、フィルタリングされた個々のシリンダ回転不規則値の差によって形成されること、
   を特徴とする内燃機関のミスファイヤの検出方法。
2. 前記第２の値が、第３のしきい値（−ｆｌｕｒ）を下回ったときに前記推定が不能化されることを特徴とする請求項１の方法

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