JPH09126042A - 燃焼ミスファイヤを検出する方法 - Google Patents

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
小さい範囲で、１つ以上のシリンダの連続ミスファイヤ
の検出を可能にする方法を提供する。 【解決手段】 １次の範囲における内燃機関の回転運動
の不均一性が形成される第１の入力特徴信号の大きさが
第１のしきい値を上回ると、１つのシリンダの連続ミス
ファイヤが検出される。その他の次数の範囲における内
燃機関の回転運動の不均一性が形成されるその他の入力
特徴信号の大きさが少なくとも１つのしきい値を上回る
と、または第１の特徴信号の大きさが第２のしきい値を
上回ると、複数のシリンダの連続ミスファイヤに対する
検出信号が可能化される。複数のシリンダの連続ミスフ
ァイヤに対する検出信号の可能化で１つのシリンダの連
続ミスファイヤに対する検出信号が不能化される。複数
のシリンダの連続ミスファイヤに対する検出信号の不能
化で１つのシリンダの連続ミスファイヤに対するセット
された検出信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続してミスファ
イヤを発生している１つ以上のシリンダにおける燃焼ミ
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、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、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。

【０００９】このように得られた特徴信号は周波数範囲
情報のみでなく時間範囲情報をも含み、これによりそれ
に続く分類段に対するＳ／Ｎ比は実質的に向上される。

【００１０】特徴抽出において１次すなわちｋ＝１に限
定した場合、たとえば点火順序において対称的に配置さ
れたシリンダの連続ミスファイヤは検出することができ
ない。

【００１１】さらに複数のシリンダの連続ミスファイヤ
のいくつかの組合せ（多重ミスファイヤ）は１次成分を
有し、これが１つのシリンダの連続ミスファイヤとして
誤った検出を行ったりまた誤ったシリンダ識別に導いた
りする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】この背景に基づき、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１つ以上のシリン
ダにおける連続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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の本質は分類に関
するものである。その他の次数が割り当てられた追加の
特徴信号を使用することにより、ここに提案されている
本発明は複数のシリンダにおける連続ミスファイヤの検
出を可能にし、したがって１つのシリンダにおける連続
ミスファイヤの検出およびシリンダの識別を可能にす
る。

【００１４】第１の入力特徴信号内に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）形成される第１の入力特徴信
号であって、第１の入力特徴信号の大きさが第１のしき
い値およびそれより大きい第２のしきい値と比較される
第１の入力特徴信号に基づき、ならびにその他の入力特
徴信号内のその他の次数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）形成されるその他の入力特徴信号であって、そ
の他の入力特徴信号の数が内燃機関のシリンダ数の関数
でありかつその他の入力特徴信号の大きさがそれぞれの
次数に割り当てられたしきい値と比較されるその他の入
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。

【００１５】第１の入力特徴信号の大きさが第１のしき
い値を上回ったとき、当面１つのシリンダにおける連続
ミスファイヤが検出される。

【００１６】その他の入力特徴信号の大きさが少なくと
も１つのしきい値を上回ったとき、または第１の特徴信
号の大きさが第２のしきい値を上回ったとき、複数のシ
リンダにおける連続ミスファイヤに対する検出信号が可
能化される。

【００１７】複数のシリンダにおける連続ミスファイヤ
に対する検出信号が可能化されたときには１つのシリン
ダにおける連続ミスファイヤに対する検出信号が常に不
能化される。

【００１８】複数のシリンダにおける連続ミスファイヤ
に対する検出信号が不能化されたときには１つのシリン
ダにおける連続ミスファイヤに対する当面セットされた
検出信号が出力される。

【００１９】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。

【００２０】

【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。

【００２１】セグメント時間は、図２の実施態様に示す
ように、以後の段においてさらに処理される。

【００２２】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（ここで、ｎは点火数
を示す）。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次ないしｋ次に割り当てられ
た特徴信号ｑ１１（ｎ）ないしｑｋ１（ｎ）の抽出を行
う。特徴信号の形成はドイツ特許出願第１９５３１８４
５．５号に記載のように行うことができる。

【００２３】必要な次数はシリンダ数の関数であり、次
のとおりである。 シリンダ数＝３に対しては、 ｋ＝１ シリンダ数＝４に対しては、 ｋ＝１、２ シリンダ数＝５に対しては、 ｋ＝１、３ シリンダ数＝６に対しては、 ｋ＝１、２、３ シリンダ数＝８に対しては、 ｋ＝１、２、４ シリンダ数＝１２に対しては、ｋ＝１、２、３、４、６

【００２４】次数に固有の特徴信号は、それぞれの基準
信号発生器に入力され、続いてそれぞれの大きさ（絶対
値）形成器に入力される。

【００２５】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。

【００２６】続いて特徴信号は、大きさ形成後にしきい
値と比較される。しきい値は特性曲線群の関数であって
もよい。

【００２７】図３は、２０００ｒｐｍおよび３２％負荷
の１２シリンダエンジンにおいて１つ以上のシリンダが
連続ミスファイヤを有する典型的な入力信号ｔｓ（ｎ）
を示す。１つ置きのシリンダがミスファイヤを発生して
いるグループミスファイヤにおいてはＳ／Ｎ比が低いこ
とが明らかである。点火順序は次のとおりである。 １−１２−５−８−３−１０−６−７−２−１１−４−
９

【００２８】図４、５および６は例として、種々の次
数、それぞれ１次、２次、６次が割り当てられている特
徴信号の大きさの範囲におけるミスファイヤ組合せの状
況を示す。

【００２９】特徴信号は次の特性を有している。１次に
対する特徴信号においては、１つのシリンダの連続ミス
ファイヤが明確に形成される。シリンダに対し非対称に
分配された多重ミスファイヤは、少なくとも約１．５倍
大きい振幅を形成していることがわかる。シリンダに対
し部分的に対称に分配された多重ミスファイヤおよびグ
ループミスファイヤは成分を発生しない。シリンダ１＋
６における短い成分は、両方のシリンダの時間的にオフ
セットされた停止によるものである。

【００３０】２次に対する特徴信号においては、１つの
シリンダにおける連続ミスファイヤの成分を少なくとも
２倍超える、シリンダに対し部分的に対称に分配された
ミスファイヤ成分が形成されていることがわかる。シリ
ンダに対し非対称に分配された多重ミスファイヤはこの
次数においても同様に成分を有し、一方グループミスフ
ァイヤは検出できない。

【００３１】ほとんどすべての連続ミスファイヤタイプ
は多かれ少なかれ６次の表示成分を発生する。グループ
ミスファイヤの成分は、１つのシリンダにおける連続ミ
スファイヤの成分を、少なくとも５倍だけ上回ってい
る。

【００３２】この特性は、図２における特徴信号のその
他の評価に対する基礎となっている。特徴信号は、大き
さ形成後にしきい値と比較される。しきい値は特性曲線
群の関数であってもよい。

【００３３】１次に割り当てられた第１の特徴信号の大
きさが第１のしきい値を上回ったとき、当面１つのシリ
ンダにおける連続ミスファイヤが検出される。

【００３４】より高次のその他の入力特徴信号の大きさ
が少なくとも１つのしきい値を上回ったとき、または第
１の特徴信号の大きさがより大きい第２のしきい値を上
回ったとき、複数のシリンダにおける連続ミスファイヤ
に対する検出信号ｅｃｍ（ｎ）が可能化される。

【００３５】他の論理結合により、複数のシリンダにお
ける連続ミスファイヤに対する検出信号が可能化された
ときには１つのシリンダにおける連続ミスファイヤに対
する検出信号ｅｃｓ（ｎ）は常に不能化され、また複数
のシリンダにおける連続ミスファイヤに対する検出信号
が不能化されたときには１つのシリンダにおける連続ミ
スファイヤに対する当面セットされた検出信号が出力さ
れることが確実に行われる。

【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シリンダエンジンの１つ以上のシリンダに
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】１次の特徴信号の大きさの範囲におけるミスフ
ァイヤ組合せの状況の例示的線図である。

【図５】２次の特徴信号の大きさの範囲におけるミスフ
ァイヤ組合せ状況の例示的線図である。

【図６】６次の特徴信号の大きさの範囲におけるミスフ
ァイヤ組合せ状況の例示的線図である。

【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 ｅｃｍ（ｎ） 複数のシリンダにおける連続ミスファイ
ヤに対する検出信号 ｅｃｓ（ｎ） １つのシリンダにおける連続ミスファイ
ヤに対する検出信号 ｋｊ１ｄ（ｎ）、ｋｊ１ｍ（ｎ）、ｋｊｋｍ（ｎ） し
きい値信号 ｎ 点火数 ｑ１１（ｎ）、ｑ１ｒ（ｎ） １次に割り当てられた特
徴信号 ｑｋ１（ｎ）、ｑｋｒ（ｎ） ｋ次に割り当てられた特
徴信号 ｔｓ（ｎ） センサ信号

───────────────────────────────────────────────────── 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の入力特徴信号内に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の入力特徴
   信号であって、前記第１の入力特徴信号の大きさが第１
   のしきい値およびそれより大きい第２のしきい値と比較
   される前記第１の入力特徴信号に基づき、ならびにその
   他の入力特徴信号内のその他の次数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その他の入力特徴信号で
   あって、前記その他の入力特徴信号の数が内燃機関のシ
   リンダ数の関数でありかつ前記その他の入力特徴信号の
   大きさがそれぞれの次数に割り当てられたしきい値と比
   較される前記その他の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の入力特徴信号の大きさが第１のしきい値を上
   回ったとき、当面１つのシリンダにおける連続ミスファ
   イヤが検出されること、 前記その他の入力特徴信号の大きさが少なくとも１つの
   しきい値を上回ったとき、または前記第１の入力特徴信
   号の大きさが第２のしきい値を上回ったとき、複数のシ
   リンダにおける連続ミスファイヤに対する検出信号が可
   能化されること、 複数のシリンダにおける連続ミスファイヤに対する検出
   信号が可能化されたときには１つのシリンダにおける連
   続ミスファイヤに対する検出信号が常に不能化されるこ
   と、および複数のシリンダにおける連続ミスファイヤに
   対する検出信号が不能化されたときには１つのシリンダ
   における連続ミスファイヤに対する当面セットされた検
   出信号が出力されること、を特徴とする燃焼ミスファイ
   ヤの検出方法。
2. 【請求項２】 個々の入力特徴信号の信号経路内におい
   て、しきい値との比較のための絶対値の形成前または形
   成後に基準信号発生器が挿入されていること、およびこ
   の基準信号発生器内において、線形または非線形低域フ
   ィルタによるフィルタリングにより信号平滑化が行われ
   ること、を特徴とする請求項１の方法。
3. 【請求項３】 複数のシリンダにおける連続ミスファイ
   ヤのための検出信号が不能化されたとき、および１つの
   シリンダにおける連続ミスファイヤのための検出信号が
   可能化されたとき、ミスファイヤを発生したシリンダの
   識別が行われ、その識別が出力されることを特徴とする
   請求項１の方法。
4. 【請求項４】 複数のシリンダにおける連続ミスファイ
   ヤのための検出信号が可能化されたとき、前記入力特徴
   信号から、連続してミスファイヤを発生している少なく
   とも２つのシリンダの識別が行われることを特徴とする
   請求項１の方法。