(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４気筒、５気筒、６気筒または８気筒内燃機関（１）の点火不良を検出するための方法で、該内燃機関のトルクを該内燃機関のクランクシャフト（３）に配置したトルクセンサ（２）を使って測定し、センサ（４）を使ってトルク信号を速度に同期してサンプリングする方法に於いて、
前記トルク信号の重み付平均化を、前記内燃機関の速度を整数倍した周波数および／または半整数倍した周波数から選択した周波数のトルク信号の変動を阻止または減衰する、重み関数によって行い、前記選択が前記内燃機関の気筒数に依存し、点火不良の検出が前記平均化に基づいており、
前記内燃機関が４気筒の場合には、前記内燃機関の速度の２倍およびその倍数の周波数に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が５気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の２倍、２．５倍および３倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が６気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の３倍および４．５倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が８気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の４倍、５倍および６倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され
ることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１による方法に於いて、前記選択が実験測定に基づいていることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２による方法に於いて、前記平均化が各気筒の仕事サイクル中に１度行われることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１または請求項３による方法に於いて、前記重み関数が所与の長さの矩形関数であり、考慮すべき全サンプルに同じ重みを与えることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れかによる方法に於いて、前記重み関数が異なる長さの二つ以上の矩形関数の畳み込みによって得られることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から請求項３の何れかによる方法に於いて、前記平均化が前記トルク信号のサンプル点の選択を追加することによって達成され、これらのサンプル点は、前記平均化が前記速度を整数倍した周波数又は半整数倍した周波数の一つまたは複数を阻止または減衰させるようにクランク角上に分布されていることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかによる方法に於いて、前記平均化によって得た、ある気筒の図示平均有効トルクの隣接する点火の図示平均有効トルクの重み付き平均からの偏差が、この図示平均有効トルクに依存する閾値を超えるとき、点火不良が表示されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１および請求項７の方法に於いて、前記閾値が、先行する多数の点火の連続的に作られた標準偏差によって部分的に決められることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８の何れかによる方法に於いて、各気筒に対して、多数の点火中の前記図示平均有効トルクの平均値が作られ、それが連続点火不良の検出に使われることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項９の何れかによる方法に於いて、前記トルクセンサが前記クランクシャフトとフライホイールの間に配置されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れかによる方法に於いて、点火プラグの電圧およびその持続時間も測定されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
４気筒、５気筒、６気筒または８気筒内燃機関（１）の点火不良を検出するための装置で、該内燃機関のトルクを測定するために該内燃機関のクランクシャフト（３）に配置したトルクセンサ（２）を有し、該トルクセンサからのトルク信号を、センサ（４）を使って速度に同期してサンプリングする装置に於いて、
前記トルク信号の重み付平均化を、前記内燃機関の速度を整数倍して周波数および／または半整数倍した周波数から選択した周波数のトルク信号の変動を阻止または減衰する、重み関数によって行い、前記選択が前記内燃機関の気筒数に依存し、点火不良の検出が前記平均化に基づいており、
前記内燃機関が４気筒の場合には、前記内燃機関の速度の２倍およびその倍数の周波数に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が５気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の２倍、２．５倍および３倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が６気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の３倍および４．５倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され、
前記内燃機関が８気筒の場合には、少なくとも前記内燃機関の速度の４倍、５倍および６倍に等しい周波数の前記トルク信号の変動が前記重み関数によって阻止又は減衰され
ることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２による装置に於いて、前記選択が実験測定に基づいていることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３による装置に於いて、前記装置が各気筒の仕事サイクル中に前記平均化を１度行うことを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４の何れかによる装置に於いて、前記重み関数が所与の長さの矩形関数であり、考慮すべき全サンプルに同じ重みを与えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１２または請求項１３による装置に於いて、前記重み関数が異なる長さの二つ以上の矩形関数の畳み込みによって得られることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１２から請求項１４の何れかによる装置に於いて、前記装置が前記トルク信号のサンプル点の選択を追加することによって前記平均化を行い、これらのサンプル点は、前記平均化が前記速度を整数倍した周波数又は半整数倍した周波数の一つまたは複数を阻止または減衰させるようにクランク角上に分布されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１２から請求項１７の何れかによる装置に於いて、前記平均化によって得た、ある気筒の図示平均有効トルクの隣接する点火の図示平均有効トルクの重み付き平均からの偏差が、この図示平均有効トルクに依存する閾値を超えるとき、点火不良が表示されることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１２から請求項１８による装置に於いて、前記閾値が、先行する多数の点火の連続的に作られる標準偏差によって部分的に決められることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１２から請求項１９の何れかによる装置に於いて、該装置が、連続点火不良の検出のために、各気筒に対して、多数の点火中の前記図示平均有効トルクの平均値を作ることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１２から請求項２０の何れかによる装置に於いて、前記トルクセンサが前記クランクシャフトと変速装置の間に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項１２から請求項２０の何れかによる装置に於いて、前記トルクセンサが前記クランクシャフトとフライホイールの間に配置されることを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１２から請求項２２の何れかによる装置に於いて、前記トルクセンサが磁気弾性変換器であることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１２から請求項２３の何れかによる装置に於いて、該装置が、点火プラグの電圧およびその持続時間を測定するための手段も含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、内燃機関の点火不良を検出するための方法および装置で、内燃機関のトルクをクランクシャフトに配置したトルクセンサによって測定し、トルク信号を速度に同期してサンプリングする方法および装置に関する。
背景技術
内燃機関の点火不良は、気筒の中で圧縮した混合気が、例えば、点火火花の失敗（オットー機関）または噴射中の障害（ディーゼル機関）のために、不完全燃焼し、または全く燃焼しなかったことを意味する、作動障害である。従って、その結果、内燃機関の出力低下、関連する部品の摩耗増加になり、その上、例えば、未燃焼炭化水素混合物のような、環境に有害な物質の排出増加を伴う。点火不良は、内燃機関の排気ガス触媒コンバータの有効寿命縮減の一因にもなる。従って、点火不良を検出し、表示することは、内燃機関の有効寿命を延ばすために非常に重要である。点火不良を検出することは、環境への影響の軽減、および内燃機関からの種々の汚染物質の排出についての法律による益々厳しい要求に対してより良い方法での対応の可能性も許す。
点火不良を定義する一つの方法は、普通の４サイクルオットー機関またはディーゼル機関の場合、クランクシャフト２回転（７２０°）から成る、仕事サイクル中に各気筒内で行われる仕事に基づいている。もし、ある気筒の仕事が、その気筒の中に存在する燃料の量に対してわずかであれば、定義により、点火不良が起きたと言うことができる。この仕事の尺度として、実測した仕事を気筒のピストン排出量で割って得た、所謂図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）をしばしば使う。
点火不良は、複数の異なる方法で検出することができる。
勿論、個々の気筒内の気筒圧力の直接測定を使って、点火不良を検出することもできる。必要な圧力センサの作動すべき環境が厳しいために、この方法は、高価で、非常に大きな内燃機関でしか実質的に使われてない。この方法は、幾つかの異なるセンサからの出力の比較に基づくので、センサ間の老化のばらつきが、長期間後のこの方法の信頼性に問題を生ずることがある。その上、行われた仕事の計算を確実にするために、各気筒のクランク角に非常に高精度でアクセスすることが必要である。
点火不良を検出するもう一つの方法は、内燃機関の気筒に存在するガスの電気伝導度を測定することである。この測定は、それぞれの気筒の点火プラグを測定電極として使って行ってもよい。そのような方法は、とりわけ、米国特許第５，２０７，２００号に記載されている。点火不良のとき、気筒内のガスが点火に成功した時よりも冷たくなる、従って、点火不良のときは、ガスの伝導度が低い。この方法の利点は、電気的量を、別のセンサにアクセスする必要なく、直接測定できることである。しかし、この方法は、内燃機関の点火システムの設計に特別の要求を出す。例として、各気筒に別の点火コイルは勿論、特別な点火プラグが必要であると言うことができる。問題は、これらの点火プラグの老化のばらつきにより生ずるかも知れず、無負荷運転、加速および制動中の信頼性が良くない。その他、この方法は、非常に高い計算能力を要求する。
点火不良を検出するさらなる方法は、機関速度の測定に基づいている。例えば、米国特許第５，２１６，９１５及び第５，２７８，７６０号参照。内燃機関の正常トルク出力の変動を均等化するために、内燃機関は、通常、速度変動を均等化するフライホイールを備える。これは、点火不良のために内燃機関の速度に生ずる変化も減少することを意味する。従って、これらの速度変化に対応して、種々の方法で得ることができる信号は低レベルである。これに、この信号がこのベースおよび完全には釣合の取ってないフライホイールの不規則性による外乱に影響されるという事実を加えるべきである。外乱は、更に、加速、変速、クラッチの解放等のような、異なる運転状況で生ずるかも知れない。高速と低負荷の組合せは、主としてコンロッドとピストンの運動によって発生する周期的慣性力が、完全な点火のときに気筒のピストンに発生し且つそれに影響する力に対して優勢であるので、扱いにくい問題を伴う運転状況である。概して、信号レベルが低いことと外乱源が多いことは、機関速度の測定に基づく方法が計算集約的評価方法を要し、信頼性が限られることを意味する。
発明の概要
本発明は、内燃機関の点火不良を検出するための方法および装置で、内燃機関のトルクをクランクシャフトに配置したトルクセンサを使って測定し、トルク信号を速度に同期してサンプリングする方法および装置に関する。
トルク信号は、内燃機関の速度の整数倍した周波数または半整数倍した周波数から選択した周波数を大きく阻止または減衰する、有限インパルス応答をするディジタル・フィルタによってフィルタリングされ、該選択は内燃機関の気筒数に応じて決められる。
トルクセンサでクランクシャフト上のトルクを測定することによって、原理上は、個々の点火の結果を見、気筒間および同じ気筒内の次の点火とのばらつきを検出することが可能である。ある気筒の点火が完全に失敗すると、その圧縮および膨張行程中にその気筒によっては正味仕事が何も発生せず、それも測定したトルクに何らかの方法で現れるに違いない。
機関が発生したトルクを出来るだけ正確に測定するためには、トルクをクランクシャフトに出来るだけ近くで、好ましくはクランクシャフトとフライホイールの間で測定するのが適当である。この様にして、ドライビングロープ上の捻り振動および自動車が凸凹の路面を走行するときの振動の影響を軽減する。
難点は、トルク信号から、上述のサイクル中にそれぞれの気筒が行った仕事とよく関連し、それによって点火不良の定義に従った検出を可能にする、気筒および仕事サイクル当たりの基準を抽出することである。その上、この方法は、好ましくは、実行するのが安価であるべきである。
しかし、トルクセンサの出力信号の瞬時値は、それ自体、おそらくは共振振動の影響が小さいときの非常に低速を除いて、点火不良を検出するための良い道具ではない。共振中は、共振振動の振幅が点火失敗によるトルクの変化を１０倍も超えるかも知れない。
本発明による、点火不良の基準を得るための方法は、各気筒に対する点火時前後のある区間内のトルク信号の重み付き平均を作ることを含む。重み関数を適当に選ぶことによって、共振振動と関係なく、気筒が行った仕事とよく関連する、図示平均有効トルク（ＩＭＥＴ）が作れる。これは、この重み付き平均をこの信号のはっきりした周期性を伴う周期的変動から無関係にするような方法で、重み関数を決めることによって達成される。
上記の重み関数を作る方法、およびこの方法の機能の仕方の更に詳しい説明は、有限インパルス応答フィルタ、すなわちＦＩＲフィルタであるディジタル・フィルタの特性に基づく。これらは、この主題についての多数の本に詳しく書いてあり、とりわけ、ディジタル信号処理、ダグラスＦ．エリオット編、アカデミックプレス１９８７、第２章、５５ページ以下参照。
ディジタルＦＩＲフィルタでフィルタリングすると、入力信号が、個々の時点でサンプリングされる。次に、フィルタからの出力信号は、入力信号からフィルタへの多数のサンプルの重み付き平均で構成される。重み関数は、フィルタの所謂インパルス応答を構成する。出力信号における各新サンプル点に対して、入力信号の平均値形成は、１サンプル点だけずらして実行される。この様にして、入力信号からの新しい値が絶えず出力信号を生じさせる。数学的には、この方法は、入力信号がＦＩＲフィルタのインパルス応答に畳み込まれることを意味する。このインパルス応答が完全にこのフィルタの特性を決める。
矩形インパルス応答をするフィルタ、所謂櫛形フィルタは、例えば、インパルス応答の持続時間の逆数の倍数である周波数が全て完全に除去され、隣接する周波数が特有の方法で減衰される特徴を有している。そのようなフィルタでのフィルタリングは、ある期間の入力信号の移動平均値、すなわちインパルス応答の持続時間に対応するあるサンプル数の移動平均値が、ある期間中絶えず作られていることを意味する。
点火不良検出中に使うためには、爆発行程の最初にそれぞれの気筒の上死点に対してたった一つの決まったクランク角でＦＩＲフィルタリングを行うことで十分である。但し、適当なクランク角は、最もはっきりした読みを得るために経験に従って選択される。これは、実際の計算がクランクシャフトの２回転に付き、Ｎ回行うだけでよいことを意味し、ここでＮは、この機関の気筒数である。
内燃機関のクランクシャフトの動的挙動は、非常に複雑で、多数の異なるパートプロセスと考えることができ、それらがまとまって出力軸の速度に重畳された特有の振動挙動を生ずる。異なる負荷および速度に対してこの振動挙動を表現する一つの方法は、速度に応じてその異なる調和成分に分けられた振動振幅を示す、所謂トラッキング曲線を使うことである。
エンジンブロックの中の気筒の数および位置に依って、各内燃機関に対して特有の振動挙動が生ずる。
５気筒直列機関の捻り振動挙動は、速度に対して第２．５調波およびその高調波を構成する燃焼励起振動を含む。これは、内燃機関が２回転当たり５回点火するという事実による。この励起は、種々の高調波が種々の速度で種々の程度に到達し、高調波の振動数が内燃機関の共振振動に相当する周波数でそれらが最大になる、共振振動を結果として生ずる。ある速度では、速度の２倍および３倍に等しい周波数の振動も重要で、種々の結果をもたらす。
４気筒直列機関では、例えば、速度の第２調波とその高調波が完全に優勢である。
同様に、他の気筒数の機関およびその他の気筒装置に対する捻り振動挙動が理論的に誘導され、または実験的に測定されてもよい。この理論的誘導は、等間隔点火の直列機関に最も適し、実験測定は、更に複雑な構造の機関、例えば、Ｖ形機関に最も適する。
図示平均有効トルクをその捻り振動と関係なく得るためには、本発明によれば、これらの周波数での振動を除去する重み関数（インパルス応答）が選択される。
ディジタル・フィルタリングの最も普通の形は、一定の時間間隔、所謂サンプル期間によって分離された有限時間で濾波すべき信号をサンプリングすることを伴う。この方法は、信号を有限周波数内容で濾波したい場合に適している。
同じフィルタ機能を機関の速度と関係なく点火不良を検出するために使えるようにするために、本発明によれば、共振による妨害捻り振動は、共振周波数が機関によって励起された周波数に相当する周波数に対してだけ起こるという事実を使用する。上述のように、これらの励起周波数が機関の速度に結びつけられる。
クランクシャフトのある回転に基づく区間によって分離された時間でトルク信号をサンプリングするのではなくて、所謂速度同期サンプリングによって、次のディジタル・フィルタの伝達関数の特性が得られ、それらの特性は、絶対周波数にではなく、機関の速度に直接結び付けられる。従って、そのような方法は、点火不良の検出に適する。
４気筒機関に対しては、機関の速度の２倍の倍数に等しい周波数で振動が励起される。半回転に相当する持続時間を有する、矩形インパルス応答をし、速度同期してサンプリングした信号に作用するフィルタが、機関の速度と関係なく、これらの周波数そのものを除去する。その上、それは、実行が非常に簡単且つ計算上効果的である。
５気筒機関に対しては、機関の速度の２倍、２．５倍および３倍に等しい周波数を除去するフィルタが必要である。
気筒間のクロストーク、およびそれに関連する精度問題を少なくするためには、使用するフィルタのインパルス応答が出来るだけ短いことが重要である。その上、短いインパルス応答はフィルタリング中に必要な乗算および加算の数を減らす。
５気筒４サイクル機関の点火不良検出に適した最少長さのフィルタは、本発明によれば、クランクシャフトの１８０°、１４４°および１２０°回転に対応する、矩形インパルス応答をするフィルタ、即ち櫛形フィルタを組み合わせることによって得られる。各サンプル点に対する連続サンプリング中、計算上最も効果的な方法は、これら三つの矩形フィルタを信号に次々適用することである。１回転当たり選択したわずかなサンプル点だけでしかフィルタリングしないことに対しては、フィルタリングを、その代わりに、既知の技術による各櫛形フィルタに対するインパルス応答を互いに畳み込んだ、これらのフィルタに対するインパルス応答の組合せを作ることによって行う。この様にして得たインパルス応答を図２に示す。そのようなフィルタの伝達関数のスペクトルを図３に示す。これらの図の更に詳しい説明は、好適実施例の説明で行う。
対応する方法で、６気筒４サイクル機関に適するフィルタは、それぞれ、１２０°および８０°に相当する櫛形フィルタを組み合わせることによって得られる。これは、機関速度の３倍および４．５倍に等しい周波数を除去する。８気筒４サイクル機関に対しては、適当なフィルタが、９０°、７２°および６０°に相当する櫛形フィルタを組み合わせることによって得られる。これは、機関速度の４倍、５倍および６倍に等しい周波数を除去する。
上述の技術による平均値作成の欠点は、クランクシャフト２回転当たりのフィルタリングの数が少ないにも拘わらず、必要な多数の乗算および加算を行うことを必要とする、比較的大規模な計算能力である。しかし、従来のフィルタ技術によって重み付き平均を作成する代わりに、本発明による方法を使えば、必要な乗算の数を完全に無くし、加算の数を大きく減らすことが出来る。
この方法によれば、ある角度区間内に置いた、定まったパターン、例えば、１６または３２の値に従って、ある収集値が選択され、次にそれらが合計される。この角度区間内のこれらのサンプルの分布がこのフィルタの伝達関数を決める。一般的に、零値を有したフィルタが、その伝達関数の多数の周波数に対して得られ、同様に、高い周波数で適度の減衰が得られる。この高い周波数に対する適度な減衰は、このフィルタが出力信号の急速な変化を可能にすることを意味し、それは点火不良を検出するとき望ましい。これらの零値は、フィルタがこれらの周波数での入力信号の変動を完全に除去するが、他の周波数の信号は通過させることを意味する。零値が抑制すべき周波数、即ち、問題の機関型式によって励起される周波数にあるようにサンプル点の選択を選別することによって、所望の伝達関数が得られる。
それで、本発明によれば、図示平均有効トルクの計算を、異なる機関型式に対して幾つかの異なる方法で実行できる。同じ機関に対して、機関速度に応じて異なる方法を使うことも可能であろう。
図示平均有効トルクは、時おり起こる点火不良を検出するための量として非常によく機能する。点火不良を検出するための最も困難な運転事例である、高速低負荷に対して、図示平均有効トルクの通常の運転中と点火不良の場合との差は、一般的ノイズレベルより６倍も大きい。
図示平均有効トルクに基づいて点火不良を如何に正確に検出するかは、ある程度、点火不良検出の目的に応じて、各個々の事例で決めなければならない、純粋に定義の問題である。
これは、低速無負荷運転中に点火不良を検出するようになったとき、内燃機関が勿論気筒当たりに行われる仕事において非常に大きな変動を示すとき、および図示平均有効圧力において同様なときに特に明らかである。
点火不良は、間欠点火不良および連続点火不良の両方で起こるかも知れない。これらの場合に点火不良と分類されずに許容されるべき正常な図示平均有効圧力からの偏差がどれ程大きいかの決定は、ある場合には、法律の要件に基づいて、またはこの機関に含まれる部品の寸法決定をするときの機関製造業者の仕様に依ってなさなければならない。
時おり起こる点火不良を検出するために用いる、本発明による方法は、ある気筒の図示平均有効トルクを隣接する点火の図示平均有効トルクの重み付き平均と比較することを含む。もし、この偏差が十分大きければ、その点火を点火不良と考える。
上記方法の変形を本発明の一部として含める。この変形によれば、先行する点火の標準偏差が連続的に形成され、閾値が多数の標準偏差で表される。この差は、トルク信号が、運転事例そのものにおけるトルク信号に存在するバックグラウンドノイズから逸脱しなければならない程度の基準である。
しかし、本発明の範囲内で、適当なサイクル数に亘る図示平均有効トルクの平均値形成を用いて、気筒当たりの図示平均有効トルクの非常に小さな差の検出可能性が得られる。連続点火不良を検出できるために十分な差は、４サイクルに亘る平均値形成によって得られることをテストが示している。この方法は、正常運転中の気筒間のアンバランスの検出に特に適する。この様にして、例えば、気筒の中への燃料噴射量を個々に制御することによって、このアンバランスを補正することが可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、内燃機関の点火不良を検出するための、本発明による装置の説明見取図を示す。
図２は、５気筒機関用重み関数として適した、第２、第２．５および第３調波のためのＦＩＲフィルタ用の、畳み込みによって得た、インパルス応答を示す。
図３は、図２によるＦＩＲフィルタ用伝達関数を示す。
図４は、図２からのＦＩＲフィルタに相当する、１６サンプルに基づく単純化されたＦＩＲフィルタのためのサンプリング点を示す。
図５は、図４による単純化されたＦＩＲフィルタ用伝達関数を示す。
図６は、１０サイクル中４回点火不良で、図２によるＦＩＲフィルタによってフィルタリングした、５気筒機関からのトルク信号を示す。
図７は、図４による単純化されたＦＩＲフィルタによってフィルタリングした、図６と同じ状況からのトルク信号を示す。
図８は、３２サンプルに基づく、５気筒機関用単純化されたＦＩＲフィルタの伝達関数を示す。
図９は、４気筒機関用単純化されたＦＩＲフィルタのための等距離の１６サンプル点を示す。
図１０は、図９による単純化されたＦＩＲフィルタの伝達関数を示す。
実施例の説明
図１は、内燃機関１の点火不良を検出するための、本発明による方法を実施するための装置の説明見取図を示す。内燃機関のトルクを、クランクシャフト３に取り付けたトルクセンサ２によって測定し、センサ４を使ってトルク信号を速度に同期してサンプリングする。トルク信号のフィルタリングは、内燃機関の速度の整数倍または半整数倍の周波数から選択した周波数を阻止または減衰する、有限インパルス応答のディジタル・フィルタ５によって行う。但し、どの周波数を選択するかは内燃機関の気筒数によって実質的に決まる。
図示平均有効トルクにおいて可能な最高精度を得るために、トルクセンサをクランクシャフトとフライホイールの間に置く。
もし、計算能力に何も制限がなければ、ＦＩＲフィルタリングを普通の方法で行ってもよい。トルク信号を各点火パルスの前後の角度区間で速度に同期してサンプリングし、その平均値を、５気筒機関の場合には、第２、第２．５および第３調波およびそれらの高調波のためのフィルタのインパルス応答に相当する重み関数を使って作る。そのようなフィルタ関数は、第２、第２．５および第３調波フィルタを互いに畳み込むことによって得られる。畳み込み積分は、サンプリング・ステップに相当するステップによって近似され、インパルス応答の長さに相当するサンプルの数と同数の乗算および加算を必要とする。
第２調波フィルタは、１８０°の区間に対し値１で、仕事サイクル（２回転、７２０°）の残りの部分に対し値０の矩形である。同様に、値１が１４４°の区間は、第２．５調波のフィルタに対応し、値１が１２０°の区間は、第３調波のフィルタに対応する。位相位置、即ち、爆発行程の最初の上死点から測定した角度の前後のこれらの区間のセンタリングは、結果を最適化するように選んでもよい。
５気筒機関用に、第２、第２．５および第３調波で、既に述べた畳み込み演算によって得た、このフィルタの重み関数を図２に示す。但し、この重み関数は、爆発行程の最初の上死点に対する角度の関数として任意の単位で示す。図３は、このフィルタの伝達関数、即ち、速度単位の周波数に応じて減衰をデシベルで示す。
フィルタは、４気筒直列機関用には特に単純になる。何故なら、それは、各気筒の適当にセンタリングした１８０°の区間中にトルク信号の平均値しか含まないからである。
結果は従来の方法に等しいが、計算能力が非常に少ししか要らないＦＩＲフィルタは、サンプル値の幾つか、例えば１６または３２の値しか選ばず、次にそれらを合計することによって好都合に得ることができる。これらのサンプルの分布が、先に示した様に、フィルタの周波数特性を決める。
１６のサンプルに基づく、４気筒機関用のそのようなフィルタの実施例を図４に示し、そこでは選択したサンプルの位置を爆発行程の最初の上死点に対する角度で示す。このフィルタを実現するために必要なサンプリング頻度は、ちょうど１回転あたり６０サンプルに等しい。このフィルタの伝達関数を図５に示す。このフィルタの伝達関数は、第２、第２．５および第３調波並びにそれらの奇数高調波で零値であり、第５調波でさらに零値である。図６および図７は、５気筒機関用のフィルタリングした、１０サイクル中４回点火不良のトルク信号を示す。図６では、先に説明した、畳み込みによって得た、従来のＦＩＲフィルタを使い、図７では、図４に示す１６サンプルに基づくフィルタを使用した。これら二つの場合のフィルタは、点火不良の気筒が同じであることを示すために、運転フィルタとして適用した。本発明による方法では、各気筒に対して、点火不良がフィルタリング後最もはっきりした読みを示す、仕事サイクル中の適当な時間を選択した。点火不良を表示する目的で、両フィルタからの信号は同等である。修正したフィルタの結果がより高周波のノイズを含むという事実は、計算の範囲をかなり縮減することによってバランスを取った。サンプル数を増やすことによって、このフィルタは更に改善できるだろう。図８は、３２サンプルに基づく、５気筒機関用フィルタの伝達関数を示す。４気筒直列機関用には、図９に従って、１６の等距離のサンプルに基づくフィルタが非常に簡単で、従って、計算の観点から、実行が効率的である。図１０による、対応する伝達関数から、第２調波およびその高調波が除かれることが明らかである。
フィルタリング後のトルク信号は、従来の方法でも、上記による修正したＦＩＲ法でも、仕事サイクル中の各気筒の値を提供する。次に、この値を、先に述べたように、仕事サイクルの数に基づき、適当な統計的基準と比較する。
点火不良検出の実行は、リアルタイムで作動するマイクロコンピュータシステムの中で起こる。フィルタリングは、ソフトウェア中でディジタル的に行われる。
オットー機関に対しては、点火不良検出装置を、点火プラグの電圧の測定と組合せ、その持続時間が、この点火不良が点火システムの欠陥によって生じたかどうかを決定できてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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