(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次の範囲における内燃機関の回転運動の不均一性を示す第１の入力特徴信号を生成することを含む、内燃機関の燃焼ミスファイヤを検出する方法において、
（ａ）内燃機関の回転運動の不均一性を示す信号とともに、内燃機関の作業サイクルと同じ周期を有する周期信号を変調し、変調された信号をフィルタリングすることによって、第１の複素入力特徴信号として、第１の入力特徴信号を生成すること、
（ｂ）第１の複素入力特徴信号を低域フィルタでフィルタリングすることによって基準信号を形成すること、
（ｃ）連続ミスファイヤを検出するための特徴信号として基準信号を使用し、且つ基準信号の位相に基づき、該当シリンダを特定すること、
（ｄ）基準信号と第１の複素入力特徴信号との差を使用し、個別ミスファイヤを検出するための特徴信号を形成し、且つこの特徴信号の位相に基づき、該当シリンダを特定すること、
を特徴とする内燃機関の燃焼ミスファイヤを検出する方法。
【請求項２】
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１の方法。
【請求項３】
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１または２の方法。
【請求項４】
個別ミスファイヤを検出するための信号から移動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
信号値が移動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１または２の方法。
【請求項５】
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割り当てられた領域を超えない（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１、２、４のいずれかの方法。
【請求項６】
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１、２、４、５のいずれかの方法。
【請求項７】
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１ないし６のいずれかの方法。
【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５２３９４７３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任意の位相角を有し、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して判別可能な軌道（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、移動窓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、および信号値が移動窓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１０）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
【図１】
0004039705.tif 000002
【図２】
0004039705.tif 000003
【図３】
0004039705.tif 000004
【図４】
0004039705.tif 000005
【図５】
0004039705.tif 000006
【図６】
0004039705.tif 000007
【図７】
0004039705.tif 000008
【図８】
0004039705.tif 000009
【図９】
0004039705.tif 000010
【図１０】
0004039705.tif 000011
【図１１】
0004039705.tif 000012
【図１２】
0004039705.tif 000013