JPH09112336A - 燃焼ミスファイヤを検出する方法 - Google Patents

燃焼ミスファイヤを検出する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転速度が大きく、シリンダ数が多く、負荷
が小さいクリティカルな範囲において、燃焼ミスファイ
ヤの確実な検出および該当シリンダの確実な識別を可能
にする方法を提供する。 【解決手段】 第１の複素入力特徴信号（ｑ（ｎ））内
に１次の範囲における内燃機関の回転運動の不均一性が
（回転速度またはセグメント時間に基づいて）形成され
る前記第１の複素入力特徴信号に基づいて、燃焼ミスフ
ァイヤ（不点火）が検出される。第１の複素入力特徴信
号が連続ミスファイヤを検出するための特徴信号とし
て、また個別ミスファイヤを検出するための特徴信号と
して使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、個別ミスファイヤ
および連続ミスファイヤの別々の分類により回転速度変
化を評価することによ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、信号処理および特徴抽出ならびに分類という機
能ブロックで構成されている（図１）。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。特徴抽出ブロ
ックにおいて、セグメント時間から特徴信号が形成さ
れ、次の分類ブロックにおいて、この特徴信号から、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、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、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。したがって、この方法は結局、時間範囲
内での特徴抽出を基礎にしている。
【０００６】米国特許第５２００８９９号および第５２
３９４７３号から他の方法が既知であり、この方法は、
特徴抽出のために、周波数領域内の回転速度信号の離散
型フーリェ変換による変換を利用している。ブロック単
位で回転速度に変換することを利用して結果が表示され
るが、ここで１ブロックはたとえばカム軸の１回転の間
に得られる回転速度信号ｍから形成してもよい。しかし
ながら、この方法によっては個々のミスファイヤを検出
するのには最適ではない。これに対し、変換をスライド
させて行った場合、すなわち回転速度信号ｍからなる評
価ブロックを、カム軸の１回転より少ない方向にシフト
した場合、連続ミスファイヤの検出が不利となる。
【０００７】この方法は周波数領域における明らかにブ
ロック単位での分析結果を表示しているが、得られた特
徴をさらに利用することは行っていない。
【０００８】これに対し本発明は、燃焼ミスファイヤに
対する完全な分類システムを含んでいる。これは、信号
変調を用いて回転速度変化を評価することにより得られ
た特徴信号に基づいている。このような特徴信号の形成
はドイツ特許出願第１９５３１８４５．５号に記載され
ており、このドイツ特許出願は以下において全範囲にわ
たり明らかに前提として参照されている。要約すると、
第１の信号内に内燃機関のクランク軸の回転運動の不均
一性が形成される前記第１の信号に基づいて作動する燃
焼ミスファイヤの検出方法が記載され、この方法におい
て第２の信号が発生され、第２の信号は周期性があり、
またその周期間隔は内燃機関の作業サイクル間の周期間
隔に対応するかまたは整数ｋにより割算されたこの周期
間隔に対応し、またこの第２の信号はクランク軸の回転
運動に対し固定の位相関係を有し、ここで第２の信号
が、第１の信号をベースとした信号により変調されかつ
フィルタリングされ、変調およびフィルタリングにより
形成された第３の信号が、燃焼ミスファイヤの検出のた
めにおよび該当シリンダの特定のために使用される。し
たがって、第３の信号はそれに続く分類段に対する入力
信号を示し、この特徴信号内にｋ次における内燃機関の
クランク軸の回転運動の不均一性が形成される。以下に
おいてはｋ＝１とし、したがって第３の信号は、ミスフ
ァイヤを特徴づける第１の信号における、カム軸の周波
数と共に発生する部分を示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の本質は分類に
関し、すなわち燃焼ミスファイヤの検出ならびに該当シ
リンダの識別に関するものである。この場合、とくに回
転速度が大きくかつシリンダ数が多くしかも負荷が小さ
いクリティカルな範囲において燃焼ミスファイヤの確実
な検出を可能にすることが本発明の課題である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】回転速度が大きく、シリ
ンダ数が多く、負荷が小さいクリティカルな範囲におい
て、燃焼ミスファイヤの確実な検出および該当シリンダ
の確実な識別を可能にするために、第１の複素入力特徴
信号内に１次の範囲における内燃機関の回転運動の不均
一性が回転速度またはセグメント時間に基づいて形成さ
れる前記第１の複素入力特徴信号に基づいて、燃焼ミス
ファイヤ（不点火）が検出される。第１の複素入力特徴
信号が連続ミスファイヤを検出するための特徴信号とし
て、また個別ミスファイヤを検出するための特徴信号と
して使用される。
【００１１】
【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、
特徴抽出ブロック５と、分類ブロック６と、内燃機関の
ミスファイヤの発生を表示するための手段７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。
【００１２】セグメント時間は以後の段においてさらに
処理される。図２において、センサ信号ｔｓ（ｎ）は信
号処理および特徴抽出段の入力端に入力される。この段
の内部で、動的修正により信号形成が行われる。信号変
調段は１次に割り当てられた特徴信号ｑ１１（ｎ）の抽
出を行う。
【００１３】図３および４はそれぞれ、５６００ｒｐｍ
および３２％負荷の１２シリンダエンジンにおいて連続
ミスファイヤおよび個別ミスファイヤを有する典型的な
入力信号ｔｓ（ｎ）を示す。信号のＳ／Ｎ比が低いこと
がわかる。
【００１４】図５および６は例として、連続ミスファイ
ヤないし個別ミスファイヤにおける特徴信号ｑ１１
（ｎ）の状況を、本発明による方法を実行したときに測
定される測定曲線により示す。それぞれ、大きさおよび
位相角を有する極座標における特徴信号ｑ１１の軌道す
なわち時間曲線が示されている。この場合、特徴点は主
として中心点付近において移動し（正常クラス）、すな
わち大きさが小さくかつたまたま割り当てられた位相角
を有し、これはミスファイヤのない運転に対応してい
る。個別ミスファイヤにおいては点はある程度他の領域
（クラス）内に突出し、この点は中心点からある大きさ
だけ離れかつ比較的シャープに形成された位相を有して
いる。この図から、本発明を用いて個別ミスファイヤが
検出されかつそれがあるシリンダに特定できることがわ
かる。これに対し図６は、種々のシリンダにおいて連続
ミスファイヤがあるときの状況を示す。種々のシリンダ
におけるミスファイヤの特徴点は相互に明らかに異なる
極座標の領域（クラス）内に集中し、したがって区別可
能であることがわかる。
【００１５】キーワードで表現すると、特徴信号ｑ１１
（ｎ）は以下の特性を有している。 ・連続ミスファイヤに対する集中クラス空間、 ・種々のシリンダの個別ミスファイヤに対する異なる直
交切線（トラジェクトリ）、 ・あるシリンダにおける個別ミスファイヤおよび連続ミ
スファイヤの異なる振幅および位相位置、 ・ねじり振動による極座標原点と正常クラスとの間の距
離、 ・個別ミスファイヤは図示のように正常クラス上のみな
らず連続ミスファイヤクラス上にも重ねることができ、 ・正常クラスから連続ミスファイヤクラスへの移行およ
びその逆への移行はそれぞれ個別ミスファイヤの信号曲
線の半分に対応している。
【００１６】特徴信号ｑ１１（ｎ）は本発明の本質であ
る基準信号発生器を通過する。基準信号発生器は、入力
特徴信号の信号変化が小さいとき、基準信号が低域フィ
ルタでフィルタリングされた入力信号に対応すること、
および信号変化が大きいとき、小さい信号変化が再び発
生するまで基準信号が凍結されることを特徴としてい
る。
【００１７】図７は基準信号ｑｒ（ｎ）を示している。
低域フィルタの作用により、クラス空間は実質的により
コンパクトに表示されている。基準信号発生器の非線形
関係はクラス間のシャープな移行を形成している。
【００１８】基準信号は連続ミスファイヤのための分類
段に接続されている。基準信号の大きさ（絶対値）の線
図（図８）はしきい値との比較により連続ミスファイヤ
の検出に使用される。位相から、ミスファイヤを発生し
ているシリンダが特定される。大きさのしきい値および
位相のしきい値は特性曲線群の関数であってもよい。
【００１９】図９は特徴信号ｑ１２（ｎ）を示す。基準
信号の減算により、基準クラス（ミスファイヤのない正
常クラスまたは連続ミスファイヤクラス）は常に極座標
原点内に存在する。
【００２０】個別ミスファイヤを検出するための特徴信
号の経路内にプレフィルタが存在する。プレフィルタ
は、移動画面内における平均値の形成により個別ミスフ
ァイヤの検出のための派生信号ｑｒｓ（ｎ）が形成され
ること、および信号値が画面の範囲内において平均値か
ら特定距離以上離れたときにこの派生信号が０にセット
されることとを特徴としている。この信号の特性（図１
０）は図９との比較から導くことができる。低域フィル
タの作用により、連続ミスファイヤの間の信号値の分散
および位相領域はより小さくなっている。プレフィルタ
の非線形関係が基準クラスと個別ミスファイヤとの間の
急傾斜の移行を形成している。
【００２１】ｑｒｓ（ｎ）の大きさ（絶対値）の線図
（図１１）から、平均的に既に良好なＳ／Ｎ比が得られ
ることがわかる。
【００２２】この信号は個別ミスファイヤの分類ブロッ
クにおいて位相分離される。特徴信号は、その位相が実
際に点火しているシリンダに割り当てられた領域を超え
ないときにのみ個別ミスファイヤを示すことができるの
で、逆の場合には０にセットされる。この信号の特性
（図１２）は図１１との比較から導くことができる。そ
の他のノイズ成分が著しく低減されていることが明らか
であり、この場合、幾つかのミスファイヤもまた低減さ
れている。
【００２３】個別ミスファイヤの分類ブロック内におい
てさらに、特徴信号の大きさから個別ミスファイヤの発
生が検出され、また位相から該当シリンダが特定され
る。大きさの表示および位相の表示は特性曲線群の関数
であってもよい。
【００２４】信号特性から、正常クラスと連続ミスファ
イヤクラスとの間での状態切換えにおける特徴ｑ１１
（ｎ）の信号曲線は個別ミスファイヤにきわめて類似し
ていることがわかる。したがって、状態切換えのとき、
連続ミスファイヤの検出ブロック内においてトリガビッ
トＦ ｍｏｃが発生される。このビットは、個別ミスフ
ァイヤの検出ブロック内で、この領域内で既に検出され
た個別ミスファイヤを後で消去する。
【００２５】検出された連続ミスファイヤおよび個別ミ
スファイヤに関する情報を含む決定信号ｅｃ（ｎ）およ
びｅｒｓ（ｎ）を評価するためのブロックにおいて、エ
ラーランプを作動させるための信号を発生してもよい。
【００２６】図２においてさらに、角度時計ブロックが
設けられている。このブロックは同期サイクルおよびシ
リンダ１ビットから位相信号ωｌ（ｎ）を発生し、位相
信号ωｌ（ｎ）は作業空間３６０°当たり１回発生され
る。この信号は分類ブロックにおいて位相分離およびシ
リンダ特定のために使用される。
【００２７】
【効果】評価のために使用される特徴信号内に存在する
周波数範囲情報および時間範囲情報が評価され、これに
よりＳ／Ｎ比が実質的に向上されることが本発明の利点
である。
【００２８】連続ミスファイヤおよび個別ミスファイヤ
の評価を分離することは、 ・基準信号による減算、 ・異なるフィルタリング程度、 ・異なるフィルタ長さ、および ・個別ミスファイヤにおける追加の位相区別、 により検出信頼度の著しい向上を可能にする。
【００２９】その他の一般的な利点は、 ・回転速度が大きく、 ・負荷が小さく、 ・シリンダ数が多い、 ときにおける燃焼ミスファイヤの確実な検出、 ・確実なシリンダ識別、 である。
【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】本発明の実施態様の機能ブロック線図である。
【図３】１２シリンダエンジンにおいて連続ミスファイ
ヤを有する特徴抽出段の典型的な入力信号ｔｓ（ｎ）の
線図である。
【図４】１２シリンダエンジンにおいて個別ミスファイ
ヤを有する特徴抽出段の典型的な入力信号ｔｓ（ｎ）の
線図である。
【図５】連続ミスファイヤにおいて分類段に供給される
特徴信号の例示的線図である。
【図６】個別ミスファイヤにおいて分類段に供給される
特徴信号の例示的線図である。
【図７】基準信号ｑｒ（ｎ）の線図である。
【図８】基準信号の大きさ（｜ｑｒ（ｎ）｜）の線図で
ある。
【図９】本発明により個別ミスファイヤの検出のための
経路上で使用される信号の線図である。
【図１０】図９からの信号をさらに処理した信号の線図
である。
【図１１】図１０からの信号の大きさ（｜ｑｒｓ（ｎ）
｜）の線図である。
【図１２】図１１の信号から位相分離により得られた信
号の線図である。
【符号の説明】
１ 内燃機関 ２ 角度伝送車 ３ マーキング ４ 角度センサ ５ 特徴抽出ブロック ６ 分類ブロック ７ 表示手段 ｅ（ｎ） ミスファイヤの決定信号 ｅｃ（ｎ） 連続ミスファイヤの決定信号 ｅｒｓ（ｎ） 個別ミスファイヤの決定信号 Ｆ ｍｏｃ トリガビット ｎ 点火数 ｑ１１（ｎ） １次に割り当てられた特徴信号（第１の
複素入力特徴信号） ｑ１２（ｎ） ｑ１１（ｎ）からｑｒ（ｎ）を減算した
特徴信号 ｑｒ（ｎ） 連続ミスファイヤの分類段への入力特徴信
号（基準信号） ｑｒｓ（ｎ） 個別ミスファイヤの分類段への入力特徴
信号（派生信号） ｔｓ（ｎ） センサ信号 ωｌ（ｎ） 位相信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス・リース−ミューラー ドイツ連邦共和国 74906 バート・ラッ ペナオ，ハインスハイマー・シュトラーセ 47 (72)発明者 ユールゲン・フェルスター ドイツ連邦共和国 09123 ヒェムニッツ, フラオ−フィルテル−シュトラーセ 90

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の複素入力特徴信号内に１次の範囲
    における内燃機関の回転運動の不均一性が回転速度また
    はセグメント時間に基づいて形成される前記第１の複素
    入力特徴信号に基づいて、燃焼ミスファイヤを検出する
    方法において、 前記第１の複素入力特徴信号が連続ミスファイヤを検出
    するための特徴信号として、また個別ミスファイヤを検
    出するための特徴信号として使用されることを特徴とす
    る燃焼ミスファイヤを検出する方法。
  2. 【請求項２】 第１の複素入力特徴信号内に１次の範囲
    における内燃機関の回転運動の不均一性が回転速度また
    はセグメント時間に基づいて形成される前記第１の複素
    入力特徴信号に基づいて、燃焼ミスファイヤを検出する
    方法において、 低域フィルタでフィルタリングすることにより基準信号
    が形成され、この基準信号が連続ミスファイヤを検出す
    るための特徴信号として使用され、また入力特徴信号と
    前記基準信号との差が個別ミスファイヤを検出するため
    の特徴の形成に使用されることを特徴とする燃焼ミスフ
    ァイヤを検出する方法。
  3. 【請求項３】 第１の複素入力特徴信号内に１次の範囲
    における内燃機関の回転運動の不均一性が回転速度また
    はセグメント時間に基づいて形成される前記第１の複素
    入力特徴信号に基づいて、燃焼ミスファイヤを検出する
    方法において、 非線形低域フィルタでフィルタリングすることにより基
    準信号が形成され、この基準信号が連続ミスファイヤを
    検出するための特徴信号として使用され、また入力特徴
    信号と前記基準信号との差が個別ミスファイヤを検出す
    るための特徴の形成に使用されることを特徴とする燃焼
    ミスファイヤを検出する方法。
  4. 【請求項４】 前記入力特徴信号の信号変化が小さいと
    き、前記基準信号が前記低域フィルタでフィルタリング
    された入力信号に対応すること、および前記信号変化が
    大きいとき、小さい信号変化が再び発生するまで前記基
    準信号が凍結されること、を特徴とする請求項３の方
    法。
  5. 【請求項５】 連続ミスファイヤを検出するための特徴
    信号の大きさから連続ミスファイヤの発生が検出され、
    かつ位相から該当シリンダが特定されることを特徴とす
    る請求項３または４の方法。
  6. 【請求項６】 個別ミスファイヤを検出するための信号
    から移動画面内における平均値の形成により個別ミスフ
    ァイヤを検出するための派生信号が形成されること、お
    よび信号値が画面の範囲内において平均値から特定距離
    以上離れたときにこの派生信号が０にセットされるこ
    と、を特徴とする請求項３または４の方法。
  7. 【請求項７】 個別ミスファイヤのための特徴信号また
    はそれから派生された信号が、その位相が実際に点火す
    るシリンダに付属の領域を超えない（位相分離）ときに
    のみ個別ミスファイヤを示すことができることを特徴と
    する請求項３、４、６のいずれかの方法。
  8. 【請求項８】 個別ミスファイヤを検出するための特徴
    信号またはそれから派生された信号の大きさから燃焼ミ
    スファイヤの発生が検出され、また位相から該当シリン
    ダが特定されることを特徴とする請求項３、４、６、７
    のいずれかの方法。
  9. 【請求項９】 正常クラスと連続ミスファイヤとの間で
    移行があったとき、検出された個別ミスファイヤが遅れ
    て再び消去されることを特徴とする請求項３ないし８の
    いずれかの方法。
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