DE69423095T2

DE69423095T2 - System zur bestimmung von fehlzündungen bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69423095T2
Application number: DE69423095T
Authority: DE
Inventors: L. Lynch; A. Mcclish; L. Plee; J. Remboski
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1993-09-07
Filing date: 1994-08-01
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2014-08-02
Also published as: JPH08503782A; DE69423095D1; JP3526870B2; EP0677165A1; EP0677165B1; US5804711A; EP0677165A4; ES2142955T3; WO1995007450A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Erfassung von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor (Brennkraftmaschine) und insbesondere auf ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Bestimmen von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor durch Interpretieren der Beschleunigung der Motorkurbelwelle.

Hintergrund der Erfindung

In modernen elektronischen Motorsteuerungen werden Systeme zum Erfassen von Fehlzündungen verwendet, um in einem Hubkolbenmotor eine Fehlzündung der Verbrennungszylinder zu erfassen. Fehlzündungen verursachen einen Leistungsverlust, pumpen unverbrannten Brennstoff in einen katalytischen Wandler, wodurch dessen Lebensdauer verkürzt wird, und verursachen einen höheren Pegel gefährlicher Emissionen. Die Notwendigkeit zur Bestimmung, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist, ist eine strenge, auf schärferen staatlichen Vorschriften basierende Auflage.
Einige Schemen des Standes der Technik zur Erfassung von Fehlzündungen beinhalten das Erfassen des Motordrehmoments auf der Grundlage der Messung der Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle. Dieses auf der Geschwindigkeit basierende Schema ermittelt eine Fehlzündungsbedingung, wenn eine bedeutende Veränderung der durchschnittlichen Geschwindigkeit auftritt. Dieses Schema ist aufgrund vieler Fehlerquellen im Drehmomentverlauf und somit im Geschwindigkeitsverlauf der Motorkurbelwelle ungenau und unzuverlässig. Die verschiedenen Drehmomentverläufe sind weitestgehend periodischer Natur.
In einem Bereich des Spektrums, in dem Fehlzündung auftreten kann, können zahlreiche Quellen eines unerwünschten Drehmomentverlaufs vorhanden sein und sind somit ohne einen Verlust von Drehmomentinformationen, die sich auf Fehlzündung beziehen, nicht herausfilterbar. Von besonderem Interesse sind insbesondere solche Drehmomentverläufe, die mit Perioden auftreten, die gleich oder kleiner sind als eine sich auf eine mögliche Fehlzündungsrate des Motors beziehende Periode.
Eine mögliche Fehlzündungsrate eines Motors kann wie folgt dargestellt werden. In einem Viertaktmotor wird eine vollständige Zündung aller Zylinder während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle oder während einer Kurbelwellendrehung von 720º ausgeführt. Wegen dieser Beziehung zwischen der Periodizität der Zylinderzündungen und der Kurbelwellendrehung tauchen gewöhnlich zwei unterschiedliche Fehlzündungssignale auf. Ein erstes Signal wird durch einen Zylinder verursacht, der ständig Fehlzündungen aufweist. Da der fehlzündende Zylinder nach jeweils 720º Kurbelwellendrehung aktiv ist, tritt ein mit diesem Fall verbundener Drehmomentverlauf einmal pro zwei Zyklen der Kurbelwellendrehung auf, somit mit einem halben Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung. Dies wird gewöhnlich als ein Verlauf oder Effekt mit halber Ordnung bezeichnet. Ein zweites gängiges Verhalten besteht im Fehlzünden zweier Zylinder. Dies wird typischerweise durch einen Fehler in der Zündschaltung verursacht, die oftmals Zylinder in einer gemeinsamen Schaltung paarweise zusammenfaßt, um kostengünstig zu sein. Wenn zwei Zylinder fehlzünden, beträgt die Fehlzündungsrate zwei pro 720º oder ein Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung. Dies wird gewöhnlich als ein Verlauf oder Effekt erster Ordnung bezeichnet.
Ein unerwünschter Drehmomentverlauf, der möglicherweise innerhalb dieses Spektrums von einem halben bis einem Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung auftritt, beinhaltet einen Effekt der Kurbelwellentorsion erster Ordnung, der durch das Trägheitsmoment des Hubkolbens induziert wird. Kurbelwellentorsion wird durch ein Moment aufgrund einer Hubkolbenmasse des Motors verursacht, wenn sich die Motorkurbelwelle dreht. Bei den wesentlichen Beträgen der Anregung, die durch die Hubkolbenmassen verursacht werden, ist die Kurbelwelle verhältnismäßig flexibel. Meistens erfolgt eine Kurbelwellentorsion aufgrund einer Drehmomentunwucht zwischen Vorder- und Rückseite eines Motors und der relativen Flexibilität der Kurbelwelle. Die absolute Frequenz, bei der die resultierende Torsion auftritt, ist von der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle abhängig. Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle ist das Drehmoment, das diese Kurbelwellentorsion verursacht, wesentlich größer als das Verbrennungsdrehmoment. Dies wird bei diesen hohen Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle eine Hauptquelle des Drehmomentfehlers.
Effekte erster Ordnung beinhalten Unwuchten der Kolbenmasse. Unwuchten der Kolbenmasse werden dadurch verursacht, daß die einzelnen Zylinder unterschiedliche Massen aufweisen. Unwuchten der Kolbenmasse sind am besten durch ein kleines Beispiel verständlich. Wenn alle Zylinder außer einem Zylinder die gleiche Masse aufweisen, wird bei jeder Kurbelwellenumdrehung eine Drehmomentkomponente vorhanden sein, wenn der Kolben mit der unterschiedlichen Masse das Trägheitsmoment der Kurbelwelle, also das Drehmoment beeinflußt. Da dies bei jeder Drehung der Kurbelwelle auftritt, wird der Verlauf eine Periodizität von einem Zyklus/Umdrehung aufweisen, also ein Verhalten erster Ordnung sein.
Effekte mit halber Ordnung beinhalten Verbrennungsunregelmäßigkeiten zwischen den Zylindern. Eine Verbrennungsunregelmäßigkeit offenbart sich, wenn von einzelnen Zylindern Unterschiede im Drehmomentbeitrag durch Verbrennung existieren. Das Ergebnis ist ein Verlauf, der in großem Maße dem Effekt der Kolbenunwucht gleicht.
Deswegen werden Schemen, die versuchen, die Bedingung einer Fehlzündung auf der Grundlage der Messung eines Parameters zu erfassen, der vom Drehmoment der Motorkurbelwelle abhängt, ohne den zuvor erwähnten Drehmomentverlauf in Betracht zu ziehen, der gleichzeitig mit einem wesentlichen Einfluß im gleichen Spektrum wie der Verlauf der Fehlzündung vorhanden ist, nicht unter allen Motorbetriebszuständen genau und zuverlässig arbeiten.
Es besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Verfahren und einem entsprechenden System zum Erfassen von Fehlzündungen in Hubkolbenmotoren, das zuverlässiger und genauer ist, und das anpassungsfähig ist, um verschiedene spektrale Effekte halber Ordnung und erster Ordnung zu berücksichtigen, wie etwa Kurbelwellentorsion, Kolbenmassenunwuchten und Verbrennungsunwuchten.
Die Konferenzunterlage "Methods of On-board Misfire Detection" von G. Plapp u. a., Feb./März 1990 beschreibt ein Fehlzündungserfassungsschema für Verbrennungsmotoren, bei dem die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle gemessen wird, um ein Beschleunigungssignal abzuleiten, das gefiltert wird, bevor es zum Bestimmen der Fehlzündung mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird.
US-A-5.239.473 beschreibt ein gemischt elektronisches Verfahren zum Bestimmen der Fehlzündung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der Winkelgeschwindigkeit durch Abtasten eines gefilterten Winkelgeschwindigkeitssignals von einer Kurbelwelle.
US-A-5.200.899 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen der Fehlzündung eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der Messung der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle in Verbindung mit gemischt elektronischer Signalverarbeitung.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, wie es in Anspruch 1 beansprucht ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein System geschaffen, wie es in Anspruch 12 beansprucht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung zeigt, das aus einem laufenden Motor durch Messung der Drehung einer Motorkurbelwelle ausgeblendet wird;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein gefiltertes Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung erläutert;
Fig. 3 ist ein Blockschaltplan des Systems in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das verschiedene Verfahrensschritte zur Erlangung der Motorkurbelwellenbeschleunigung in Übereinstimmung mit der Erfindung erläutert;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Ablaufdiagramm zeigt, welches verschiedene Verfahrensschritte zum Erfassen schwerer Fehlzündungen und zum Verbessern eines Störabstands zum Erfassen leichter Fehlzündungen in Übereinstimmung mit der Erfindung erläutert;
Fig. 6 ist eine Darstellung, die eine gefilterte Beschleunigungssignalform mit ausgelöschter Struktur in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt; und
Fig. 7 ist eine Darstellung, die verschiedene Beschleunigungssignalformen in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführung

Ein Verfahren und ein entsprechendes System zum Bestimmen von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor mißt die Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle und liefert ein Winkelgeschwindigkeitssignal, das an der Motorkurbelwelle gemessen wird. Das Winkelgeschwindigkeitssignal wird in Reaktion auf die Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle gefiltert, um alle Informationen zu entfernen, die sich auf normale Verbrennungseffekte und weitere Effekte höherer Ordnung beziehen. Diese Filterung wird vorzugsweise durch ein Tiefpaßfilter realisiert. In Reaktion auf das gefilterte Geschwindigkeitssignal wird ein gefiltertes Beschleunigungssignal geschaffen. Wenn zumindest zwei Datenpunkte, die aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet werden, in Kombination einen Schwellenwert überschreiten, der mindestens von Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung oder Motortemperatur abhängt, ist eine Fehlzündung angezeigt. Das gefilterte Beschleunigungssignal wird vorzugsweise vor der Bestimmung der Fehlzündung während einer ersten Periode der Motorkurbelwellendrehung abgetastet, um einen ersten Datenpunkt zu schaffen, während einer zweiten Periode der Motorkurbelwellendrehung, um einen zweiten Datenpunkt zu schaffen, und während einer dritten Periode der Motorkurbelwellendrehung, um einen dritten Datenpunkt zu schaffen. Nachfolgend wird ein Durchschnittswert der ersten und dritten Datenpunkte vom zweiten Datenpunkt subtrahiert und ein kombiniertes Beschleunigungssignal geschaffen. Somit ist eine Fehlzündung angezeigt, wenn das kombinierte Beschleunigungssignal den Schwellenwert übersteigt. Diese Abtastung des gefilterten Beschleunigungssignals erfolgt vorzugsweise kontinuierlich und die Abtastung der ersten, zweiten und dritten Datenpunkte ist durch zwei Motorkurbelwellendrehungen getrennt. Ein Verständnis der Einzelheiten der vorliegenden Erfindung wird durch eine Beschreibung der angefügten Figuren unterstützt.
Fig. 1 zeigt ein Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung, das aus einem laufenden Motor durch Messung der Drehung einer Motorkurbelwelle ausgeblendet wird. In diesem Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung enthalten die Daten ständige Fehlzündungen. Dieses Signal ist vorzugsweise von einer Messung der Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle abgeleitet. Ohne weitere Verarbeitung sind die Fehlzündungsinformationen in diesem Signal aufgrund des wesentlichen Einflusses verloren, der mit dem Zündungsdrehmoment und weiteren Drehmomentverläufen mit hoher Ordnung verbunden ist.
Fig. 2 erläutert ein gefiltertes Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung, das von einem Signal der Geschwindigkeit der Motorkurbelwelle abgeleitet ist. Im wesentlichen sind in diesem gefilterten Signal alle Beschleunigungsinformationen, die sich auf die normale Verbrennung beziehen, herausgefiltert worden. Außerdem sind alle weiteren Beschleunigungseffekte mit hoher Ordnung wie etwa Torsionsvibrationen, die bei der Resonanzfrequenz des Kurbelwellensystems auftreten und das Moment aufgrund der Hubkolbenmasse in diesem Signal gefiltert. Die Bezugszahlen 201 und 203 zeigen Verzögerungen an, die durch verschiedene Fehlzündungsverläufe verursacht sind. Es sei angemerkt, daß der Störabstand nicht vorhersehbar ist. Dies ist so, in erster Linie wegen des unerwünschten Drehmomentverlaufs, der Effekten halber und erster Ordnung entspricht, die sich nicht auf Fehlzündung beziehen und im Abschnitt Hintergrund beschrieben sind. Um eine Fehlzündungsbedingung aus dem in Fig. 2 gezeigten Signal zuverlässig zu bestimmen, muß vorzugsweise der Störabstand verbessert werden, insbesondere im Fall der Bedingung einer schwachen oder intermittierenden Fehlzündung.
Der Störabstand kann verbessert werden, indem Effekte halber und erster Ordnung, die sich nicht auf Fehlzündung beziehen, ausgelöscht werden. Typischerweise offenbaren sich schwere oder andauernde Fehlzündungen abhängig von der Ursache des Fehlzündungsverlaufs entweder in einem Verlauf halber Ordnung oder erster Ordnung aus. Wie im Abschnitt Hintergrund beschrieben ist, wird eine erste Fehlzündungsbeschleunigung durch einen Zylinder verursacht, der ständig fehlzündet. Da der fehlzündende Zylinder nach jeweils 720º Kurbelwellendrehung aktiv ist, tritt ein mit diesem Fall verbundener Drehmomentverlauf einmal pro zwei Zyklen der Kurbelwellendrehung auf, somit mit einem halben Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung. Dies wird gewöhnlich als ein Verlauf oder Effekt halber Ordnung bezeichnet. Ein zweiter gängiger Verlauf besteht darin, daß zwei Zylinder fehlzünden. Dies wird typischerweise durch einen Fehler in der Zündschaltung verursacht, die oftmals Zylinder in einer gemeinsamen Schaltung paarweise zusammenfaßt, um kostengünstig zu sein. Wenn zwei Zylinder fehlzünden, beträgt die Fehlzündungsrate zwei pro 720º oder ein Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung. Dies wird gewöhnlich als ein Verlauf oder Effekt erster Ordnung bezeichnet.
Eine Technik zur Verbesserung des Störabstands kann die Wahrnehmung dieser schweren Fehlzündungen löschen. Dies erfolgt, weil das Rauschen oder die unerwünschte Beschleunigung, die z. B. auf der Kurbelwellentorsion basiert, am gleichen Verlauf halber oder erster Ordnung teilhaben wie die schwere Fehlzündung. Deswegen müssen für diese Möglichkeit Vorkehrungen getroffen werden. Als nächstes wird ein Blockschaltbild des Systems vorgestellt.
Fig. 3 zeigt einen 8-Zylinder-Motor 301 mit einer Kurbelwelle 302. Eine zugehörige Motorsteuerung 303 weist einen Eingang zum Empfangen eines TDC-Signals 305 von einem Kurbelwellendrehsensor 307 auf, der einen oberen Totpunkt oder TDC des Zylinders Nr. 1 309 der 8 Zylinder 320 des Motors 301 anzeigt. Dieses TDC-Signal 305 wird in Reaktion auf das Messen eines Nockens 311 am Ende einer Kurbelwelle geschaffen. Dieser Kurbelwellendrehsensor 307 liefert das TDC-Signal 305 an die Motorsteuerung 303 nach jeweils 720º Winkeldrehung der Kurbelwelle 302. Das TDC-Signal 305 wird durch das Motorsteuersystem 303 verwendet, um einen Anfangspunkt für die Messung, welcher der Zylinder 320 momentan zündet und somit die Beschleunigung der Motorkurbelwelle verursacht, zu bestimmen.
Ein weiterer Eingang in die Motorsteuerung wird durch einen Motorwinkelverschiebungssensor 315 geschaffen, der die Motorwinkelverschiebung durch Abtasten eines Zahnrads 317 mißt, das an der Kurbelwelle 302 des Motors angebracht ist. Dieser Motorwinkelverschiebungssensor 315 liefert nach jeweils 10º Drehung der Motorkurbelwelle 302 ein Motorwinkelverschiebungssignal 319 an das Motorsteuersystem 303 basierend auf einem Zahnabstandsmuster des Zahnrads 317. Das Motorwinkelverschiebungssignal 319 wird von der Motorsteuerung 303 verwendet, um die Winkelgeschwindigkeit des Motors und die Kurbelwellenbeschleunigung zu messen und außerdem, um im Fall einer Fehlzündung den aktiven Zylinder zu identifizieren.
Die Motorsteuerung 303 enthält eine Mikrosteuereinheit. In diesem Fall ist die Mikrosteuereinheit ein Motorola MC68HC16Z1. Fachmänner werden weitere gleichwertige Plattformen von Mikrosteuereinheiten erkennen, die zur Ausführung des unten beschriebenen bevorzugten Verfahrens fähig sind. Die Mikrosteuereinheit 303 wandelt die Signale 305 und 319 geeigneterweise von Impulsen in digitale Informationen um, die eine Darstellung der in den Impulsen enthaltenen Informationen sind, zur späteren Verwendung in den ausgeführten Verfahrensschritten. Als nächstes werden die Verfahrensschritte genau erläutert.
Fig. 4 erläutert einen Teil eines bevorzugten Verfahrens zur Fehlzündungserfassung in Ablaufdiagrammform. Zunächst gewinnt es für spätere Berechnungen die Informationen der Beschleunigung der Motorkurbelwelle. Es enthält Vorkehrungen zur Ausfilterung unerwünschter Drehmomentinformationen, die das Drehmoment enthalten, das sich auf die normale Verbrennung bezieht. Außerdem enthält es Vorkehrungen zur Verbesserung des Störabstands der Informationen der Motorkurbelwellenbeschleunigung und Vorrichtungen zum Erfassen sowohl schwerer als auch leichter Fehlzündungen. Dieses Verfahren kann geeigneterweise für die Ausführung in der Mikrosteuereinheit Motorola MC68HC16Z1 der Motorsteuerung in einer Firmware verschlüsselt sein.
Die Schritte des verbesserten Verfahrens werden ständig ausgeführt und beginnen mit Schritt 401.
Danach wird im Schritt 403 eine Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle bestimmt. Dies wird durch die Überwachung des Motorwinkelverschiebungssignals 319 realisiert. Die Mikrosteuereinheit MC68HC16Z1 der Motorsteuerung bestimmt die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle des Motors durch die Messung der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen des Musters Zahn-Zwischenraum auf dem Zahnrad 317. Das Ergebnis von Schritt 403 besteht darin, einen diskreten Wert zu schaffen, der die Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle darstellt. Da dieser Schritt 403 ständig wiederholt wird, bildet dieser diskrete Wert ein Signal der Winkelgeschwindigkeit.
Nachfolgend filtert das Verfahren im Schritt 405 das Signal der Winkelgeschwindigkeit, um aus den Informationen der Winkelgeschwindigkeit unerwünschte Drehmomentinformationen zu entfernen. Dieser Filterschritt wird hauptsächlich mit einem digitalen Tiefpaßfilteralgorithmus realisiert, der in der Mikrosteuereinheit Motorola MC68HC16Z1 der Motorsteuerung 303 ausgeführt wird. Es wird vorzugsweise ein digitales Filter vom Typ FIR (Finite Impulse Response) mit 32 Abgriffen angewendet. Dieses Filter ist entsprechend der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle abgestimmt. Der Abschaltwert des Filters ist auf einen Zyklus pro Umdrehung der Motorkurbelwelle eingestellt. Somit kann das Filter als Filter mit einem Verlauf erster Ordnung betrachtet werden und es ist deswegen auf ungefähr einen Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung abgestimmt. Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle ändert, verschiebt sich die Abschaltfrequenz des Filters zu einem anderen Abschaltpunkt, der einem Zyklus pro Kurbelwellenumdrehung bei der neuen Kurbelwellengeschwindigkeit entspricht. Die Kurbelwellengeschwindigkeit wird durch Interpretieren des Signals 319 der Motorwinkelverschiebung bestimmt.
Wie oben erwähnt ist, weist das Filter hauptsächlich eine Tiefpaßcharakteristik auf, um das Drehmoment der normalen Verbrennung sowie weitere Beschleunigungseffekte mit hoher Ordnung zu entfernen, wie etwa Torsionsvibrationen, die bei der Resonanzfrequenz des Kurbelwellensystems auftreten, und Drehmomente aufgrund der Hubkolbenmasse sowie weitere Geschwindigkeitsverläufe, die nicht mit dem Drehmoment unterhalb erster Ordnung verbunden sind. Es können natürlich weitere Filtercharakteristiken verwendet werden, um verschiedene Quellen des Drehmomentfehlers zu eliminieren.
Kurbelwellentorsionseffekte sind weitestgehend voraussehbar und beziehen sich auf eine Resonanz der Motorkurbelwelle. Glücklicherweise treten diese Resonanzen bei einer feststehenden Frequenz auf, während der Motor bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben wird. Vorteilhafterweise besitzt diese Resonanz eine Ordnung, die hoch genug ist, um durch das Filter erster Ordnung ausgefiltert zu werden, selbst bei hohen Winkelgeschwindigkeiten der Motorkurbelwelle.
Als nächstes wird im Schritt 407 eine Kurbelwellenwinkelgeschwindigkeit als eine Funktion des gefilterten Signals der Motorwinkelgeschwindigkeit bestimmt, das durch den Schritt 405 geschaffen wird, und ein gefiltertes Beschleunigungssignal wird geschaffen. Dies entspricht dem Signal, das in Fig. 2 gezeigt ist.
Danach werden im Schritt 409 das gefilterte Beschleunigungssignal und eine Zylinder-ID (Kennung) in einem Speicherpuffer abgelegt, der in der Motorsteuerung 303 enthalten ist. Die Zylinder-ID identifiziert den aktiven Zylinder, der eine Beschleunigung der Motorkurbelwelle verursacht.
Als nächstes wartet im Schritt 411 die Routine 400, bis eine momentane Abtastperiode abläuft. Die Abtastperiode basiert auf der Motorwinkelverschiebung. In der vorliegenden Ausführung werden pro Umdrehung der Motorkurbelwelle 18 Abtastperioden verwendet, somit 36 Abtastungen pro Motorzyklus von 720º. Dann wiederholt sich die Routine 400 beim Schritt 403 beginnend.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte zeigt, die mit der Verbesserung des zuvor erwähnten Störabstands und mit dem Erfassen der Bedingungen sowohl schwerer als auch leichter Fehlzündungen verbunden sind. Diese Verfahrensschritte 500 werden gleichzeitig mit den in Fig. 4 gezeigten Verfahrensschritten 400 ausgeführt. Die Routine 500 beginnt im Schritt 501. Dann werden im Schritt 503 drei separate Abtastungen aus dem Speicherpuffer ausgeblendet. Diese enthalten vorzugsweise einen ersten Datenpunkt, das momentane gefilterte Beschleunigungssignal, einen zweiten Datenpunkt αn-36, das zweite gefilterte Beschleunigungssignal, das 36 Abtastperioden vor der momentanen Abtastung zurückliegt, und einen dritten Datenpunkt, das zweite gefilterte Beschleunigungssignal, das 72 Abtastperioden vor der momentanen Abtastung zurückliegt. Da es pro Motorkurbelwellenumdrehung 18 Abtastungen gibt, stellen diese abtastungen die Motorkurbelwellenbeschleunigung aus drei separaten Motorzyklen dar und weisen deswegen Informationen auf, die mit dem Verlauf der Kurbelwellenbeschleunigung halber Ordnung und erster Ordnung verbunden sind.
Danach wird im Schritt 505 aus dem ersten Datenpunkt αn und dem dritten Datenpunkt αn-72 ein gemeinsamer Mittelwert αx bestimmt. Dies wird unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt: Gleichung 1
Dann wird im Schritt 507 das resultierende kombinierte Beschleunigungssignal αx mit einem Schwellenwert verglichen, der von zumindest einem aus dem folgenden abhängig ist: Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung oder Motortemperatur. Dieser Schwellenwert wird empirisch bestimmt und kann für unterschiedliche Motorfamilien unterschiedlich sein. Für geringe Motorgeschwindigkeiten und für hohe Motorgeschwindigkeiten wird vorzugsweise ein unterschiedicher Schwellenwert verwendet. Außerdem können bestimmte weitere Bereiche der Motorgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Motorcharakteristiken, die mit einem speziellen Mooraufbau verbunden sind, unterschiedliche Schwellenwerte aufweisen. Der Schwellenwert kann außerdem von der Motorbelastung abhängig sein, wenn dies ein spezieller Motoraufbau erfordert. Zusätzlich kann die Motortemperatur die Bestimmung des Schwellenwerts ebenfalls beeinflussen. Die Bestimmung von Fehlzündungen kann insbesondere nur dann möglich sein, wenn die Motorbetriebstemperatur einen bestimmten Pegel erreicht. Dieser Pegel kann durch einen Temperatursensor gemessen werden, der die Temperatur eines Wassermantels oder wahlweise eine Krümmertemperatur mißt. Die Freigabe der Erfassung von Fehlzündungen kann dadurch beeinflußt werden, daß ein Schwellenwert bereitgestellt wird, der zu hoch eingestellt ist, um Fehlzündungen zu erfassen, bis die Motortemperatur über dem vorgegebenen Pegel ist. Dann kann der Schwellenwert gesenkt werden, um das Erfassen von Fehlzündungen zu ermöglichen. Wenn das kombinierte Beschleunigungssignal αx den Schwellenwert überschreitet, wird der Schritt 509 ausgeführt.
Im Schritt 509 erfolgt eine Anzeige schwerer Fehlzündungen. Wenn das kombinierte Beschleunigungssignal αx den Schwellenwert nicht überschreitet, wird der Schritt 511 ausgeführt. Im Schritt 511 wird eine Strukturauslöschung am gefilterten Beschleunigungssignal zur Verbesserung des Störabstands durchgeführt, um alle Effekte halber und erster Ordnung, die sich nicht auf Fehlzündung beziehen, durch die Mittelwertbildung zu eliminieren und somit ihre Wichtigkeit herabzusetzen.
Dies erfolgt durch die folgende Gleichung: Gleichung 2
Fig. 6 ist eine Darstellung, die eine Signalform einer ständigen Beschleunigung zeigt nach dem Schritt 511 der Strukturauslöschung in der Routine 500. Es wird auf die Beständigkeit der auf Fehlzündungen beruhenden Verzögerungen im Vergleich mit Fig. 2 hingewiesen. Dies wird durch den verbesserten Störabstand verursacht.
Als nächstes wird im Schritt 513 das resultierende kombinierte Beschleunigungssignal mit einem weiteren Schwellenwert verglichen, der von zumindest einem aus dem folgenden abhängig ist: Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung oder Motortemperatur. Dieser weitere Schwellenwert wird empirisch bestimmt und kann für unterschiedliche Motorfamilien unterschiedlich sein. Wenn das kombinierte Beschleunigungssignal αx den weiteren Schwellenwert übersteigt, wird der Schritt 515 ausgeführt. Wenn das kombinierte Beschleunigungssignal αx den weiteren Schwellenwert nicht übersteigt, ist keine Fehlzündung aufgetreten und die Routine 500 wird, mit Schritt 503 beginnend, wiederholt.
Im Schritt 515 erfolgt eine Anzeige schwacher Fehlzündungen. Als nächstes wird im Schritt 517 die Fehlzündungsanzeige zusammen mit ihrem Typ angezeigt. In diesem Fall wird sie einfach in den Speicher eingetragen. Alternativ kann die Fehlzündung an ein weiteres System mitgeteilt werden. Dann wird die Routine 500, mit Schritt 503 beginnend, wiederholt.
Ein Beispiel der Ergebnisse der Schritte in den Routinen 400 und 500 ist in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 7 zeigt eine Beschleunigungssignalform. Obwohl dies als eine kontinuierliche Signalform gezeigt ist, um die kontinuierliche Natur der bevorzugten Technik zu erläutern, erfordert und verarbeitet die Mikrosteuereinheit Motorola MC68HC16Z1 der Motorsteuerung 303 tatsächlich diskrete Beschleunigungsmessungen, die in der oben erwähnten Routine 400 bereitgestellt werden. Die Bezugszahl 701 zeigt die Beschleunigungssignalform, die ein Profil der Kurbelwellenbeschleunigung darstellt, das sich über 6 Umdrehungen der Motorkurbelwelle oder 3 Motorzyklen ~1, ~2 und ~3 erstreckt und im allgemeinen eine Darstellung eines Abschnitts der Signalformfolge ist, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die Bezugszahlen 703, 705 und 707 zeigen drei diskrete Messungen des Profils der Kurbelwellenbeschleunigung, die jeweils durch einen Motorzyklus getrennt sind. Diese werden von der Routine 400 im Schritt 409 bereitgestellt. Die Signalform 701, die das Profil der Kurbelwellenbeschleunigung darstellt, erläutert allgemein einen Verlauf der Kurbelwellenbeschleunigung erster Ordnung, der sich über die 3 Motorzyklen erstreckt. Dieser Beschleunigungsverlauf ist für Kurbelwellentorsion kennzeichnend. Jede dieser diskreten Messungen, die durch die Bezugszahlen 703 und 705 gezeigt sind, weisen diesen unerwünschten Beschleunigungs- und somit Drehmomentverlauf halber Ordnung und erster Ordnung auf. Außerdem ist während des zweiten Motorzyklus eine intermittierende oder schwache Fehlzündung aufgetreten und ist zusammen mit der Kurbelwellentorsion durch die Bezugszahl 707 dargestellt.
Nach der oben gelehrten Erkennung der kontinuierlichen Struktur, prinzipiell im Schritt 511, übersteigt 709 die resultierende Signalform αx den Schwellenwert, wodurch eine Fehlzündung angezeigt ist. Da die Kennung des aktiven Zylinders im Schritt 409 abgelegt wurde, kann die Mikrosteuereinheit Motorola MC68HC16Z1 der Motorsteuerung 303 auch anzeigen, welcher Zylinder die bestimmte Fehlzündung verursachte.
Obwohl in dem Beispiel der Strukturauslöschung nur drei Motorzyklen gezeigt sind, kann eine Vielzahl von Zyklen verwendet werden, um den Störabstand weiter zu verbessern. Beispielsweise hat das Anlegen von zwei Motorzyklen auf jeder Seite des obenerwähnten Motorzyklus ~2 verbesserte Ergebnisse gezeigt. Dies erfolgt, da die Verläufe erster und halber Ordnung über mehr Zyklen gemittelt werden, wodurch sich vor der Bestimmung der Fehlzündung der Störabstand der Messung verbessert. In diesem Fall werden Abtastungen von zwei benachbarten Vorzyklen und von zwei benachbarten Nachzyklen zusammen gemittelt, bevor durch Subtraktion des gemeinsamen Mittelwerts vom mittleren Motorzyklus die Strukturauslöschung erreicht wird. Zum Beispiel: Gleichung 3
Obwohl das obige Beispiel die Anwendung auf einen Viertaktmotor zeigt, werden Fachmänner diese leicht auf Zweitaktmotoren erweitern. Obwohl das verbesserte Verfahren und System außerdem die Filterung des Signals der Motorwinkelgeschwindigkeit lehrt, kann alternativ ein Signal der Motorkurbelwellenbeschleunigung, das vom ungefilterten Signal der Motorwinkelgeschwindigkeit abgeleitet wird, gefiltert werden, um alle Informationen der normalen Verbrennung zu entfernen.
Zusammenfassend mißt ein Verfahren und ein entsprechendes System zum Bestimmen von Fehlzündungen in einem Hubkolben motor die Beschleunigung der Motorkurbelwelle und schafft ein Beschleunigungssignal. Das Beschleunigungssignal wird gefiltert, um alle Beschleunigungsinformationen zu entfernen, die sich auf die normale Verbrennung beziehen. Wenn das gefilterte Beschleunigungssignal einen Schwellenwert überschreitet, wird eine Fehlzündung angezeigt. Das verbesserte Verfahren und System bestimmen sowohl schwere als auch leichte Fehlzündungen. Außerdem enthält diese Technik für die Bestimmung schwacher Fehlzündungen die Strukturauslöschung zum Verbessern des Störabstands. Die verbesserte Technik erfaßt außerdem Fehlzündungen zuverlässiger und genauer als Schemen nach dem Stand der Technik und ist anpaßbar, um die verschiedenen Spektraleffekte halber und erster Ordnung zu berücksichtigen, wie etwa Kurbelwellentorsion, die Unwucht der Kolbenmasse und Unregelmäßigkeiten der Verbrennung.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor mit dem Schritt des Messens der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle und des Schaffens eines zugehörigen Winkelgeschwindigkeitssignals; durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:

- Filtern des Winkelgeschwindigkeitssignals, um im wesentlichen Informationen zu entfernen, die sich auf normale Verbrennung beziehen, um ein gefiltertes Beschleunigungssignal zu schaffen, das von der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle abhängt;

- Ausblenden eines ersten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal;

- Ausblenden eines zweiten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal;

- Kombinieren des ersten Datenpunkts und des zweiten Datenpunkts und Schaffen eines kombinierten Beschleunigungssignals; und

- Vergleichen des kombinierten Beschleunigungssignals mit einem Schwellenwert, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängt, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält, und Schaffen einer Fehlzündungsanzeige, wenn eine Amplitude des kombinierten Beschleunigungssignals den Schwellenwert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Datenpunkt während einer ersten Periode der Motorkurbelwellendrehung ausgeblendet wird und der zweite Datenpunkt während einer zweiten Periode der Motorkurbelwellendrehung ausgeblendet wird, wobei die zweite Periode mit einem anderen Motorzyklus verbunden ist als die erste Periode.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Datenpunkte aus dem gefilterten Beschleunigungssignal in benachbarten Motorzyklen für einen gleichen Zylinder ausgeblendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer ersten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer ersten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer ersten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden, und wobei der zweite Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer zweiten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer zweiten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer zweiten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden.

5. Verfahren nach. Anspruch 4, wobei die zweite Vielzahl von Motorzyklen direkt auf die erste Vielzahl von Motorzyklen folgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit einem Schritt des Identifizierens eines einer Motorwinkelposition zugehörigen Zylinders, wenn das Beschleunigungssignal der Motorkurbelwelle den Schwellenwert überschreitet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter die folgenden Schritte umfassend:

- Ausblenden eines dritten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal; und

- Mittelwertbildung aus dem ersten Datenpunkt und dem dritten Datenpunkt und Schaffen eines durchschnittlichen Beschleunigungssignals,

- Subtrahieren des durchschnittlichen Beschleunigungssignals vom zweiten Datenpunkt und Schaffen eines kombinierten Beschleunigungssignals; und

- Vergleichen des kombinierten Beschleunigungssignals mit einem Schwellenwert, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängt, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält, und Schaffen einer Fehlzündungsanzeige, wenn eine Amplitude des kombinierten Beschleunigungssignals den Schwellenwert übersteigt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der dritte Datenpunkt nach dem zweiten Datenpunkt aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet wird und der zweite Datenpunkt nach dem ersten Datenpunkt aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der dritte Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer dritten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer dritten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer dritten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Vielzahl von Motorzyklen direkt nach der ersten Vielzahl von Motorzyklen folgt und die dritte Vielzahl von Motorzyklen direkt nach der zweiten Vielzahl von Motorzyklen folgt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter mit

- dem Schritt des Schaffens einer vierten Folge von Datenpunkten, wobei jeder dieser Datenpunkte in der vierten Folge von Datenpunkten einem Mittelwert aus jedem der Datenpunkte in den ersten und dritten Folgen von Datenpunkten entspricht; und

- dem Schritt des Schaffens einer Fehlzündungsanzeige, wenn ein Mittelwert der vierten Datenpunkte, der von der zweiten Folge von Datenpunkten subtrahiert wird, einen Schwellenwert übersteigt, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängig ist, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält.

12. System zum Bestimmen von Fehlzündungen in einem Hubkolbenmotor, wobei dieses System eine Einrichtung zum Messen der Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle und zum Schaffen eines zugehörigen Winkelgeschwindigkeitssignals umfaßt, gekennzeichnet durch:

- ein Filter zum Filtern des Winkelgeschwindigkeitssignals, um im wesentlichen Informationen zu entfernen, die sich auf die normale Verbrennung beziehen, zum Schaffen eines gefilterten Beschleunigungssignals, das von dem Winkelgeschwindigkeitssignal der Motorkurbelwelle abhängig und von Informationen der normalen Verbrennung unabhängig ist;

- eine Einrichtung zum Ausblenden eines ersten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal und eines zweiten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal; und

- eine Einrichtung zum Kombinieren des ersten Datenpunkts und des zweiten Datenpunkts und zum Schaffen eines kombinierten Beschleunigungssignals und zum Vergleichen des kombinierten Beschleunigungssignals mit einem Schwellenwert, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängig ist, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält, und zum Schaffen einer Fehlzündungsanzeige, wenn eine Amplitude des kombinierten Beschleunigungssignals den Schwellenwert übersteigt.

13. System nach Anspruch 12, wobei der erste Datenpunkt während einer ersten Periode der Motorkurbelwellendrehung ausgeblendet wird und der zweite Datenpunkt während einer zweiten Periode der Motorkurbelwellendrehung ausgeblendet wird, wobei die zweite Periode mit einem anderen Motorzyklus verbunden ist als die erste Periode.

14. System nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die ersten und zweiten Datenpunkte in benachbarten Zyklen für einen gleichen Zylinder aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet werden.

15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der erste Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer ersten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer ersten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer ersten Vielzahl Von Motorzyklen gewonnen werden, und der zweite Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer zweiten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer zweiten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer zweiten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden.

16. System nach Anspruch 15, wobei die zweite Vielzahl von Motorzyklen der ersten Vielzahl von Motorzyklen direkt folgt.

17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, weiter mit einer Einrichtung zum Identifizieren eines Zylinders, der einer Motorwinkelposition zugeordnet ist, wenn das Beschleunigungssignal der Motorkurbelwelle den Schwellenwert übersteigt.

18. System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, weiter mit

- einer Einrichtung zum Ausblenden eines dritten Datenpunkts aus dem gefilterten Beschleunigungssignal und zur Mittelwertbildung des ersten Datenpunkts und des dritten Datenpunkts und zum Schaffen eines durchschnittlichen Beschleunigungssignals;

und wobei die Einrichtung zum Kombinieren das durchschnittliche Beschleunigungssignal vom zweiten Datenpunkt subtrahiert und ein kombiniertes Beschleunigungssignal schafft und nachfolgend das kombinierte Beschleunigungssignal mit einem Schwellenwert vergleicht, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängt, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält, und eine Fehlzündungsanzeige schafft, wenn eine Amplitude des kombinierten Beschleunigungssignals den Schwellenwert übersteigt.

19. System nach Anspruch 18, wobei der dritte Datenpunkt nach dem zweiten Datenpunkt aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet wird und der zweite Datenpunkt nach dem ersten Datenpunkt aus dem gefilterten Beschleunigungssignal ausgeblendet wird.

20. System nach Anspruch 18 oder 19, wobei der erste Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer ersten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer ersten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer ersten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden, der zweite Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer zweiten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer zweiten Vielzahl gefilterter Beschleunigungssignale während einer zweiten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden, und der dritte Datenpunkt ein gemeinsamer Mittelwert aus einer dritten Vielzahl von Datenpunkten ist, die aus einer dritten Vielzahl gefilterter Beschleunigungs Signale während einer dritten Vielzahl von Motorzyklen gewonnen werden.

21. System nach Anspruch 20, soweit dieser von Anspruch 15 abhängig ist, wobei die zweite Vielzahl von Motorzyklen der ersten Vielzahl von Motorzyklen direkt folgt und die dritte Vielzahl von Motorzyklen der zweiten Vielzahl von Motorzyklen direkt folgt.

22. System nach Anspruch 21, weiter mit

- einer Einrichtung zum Bestimmen einer vierten Folge von Datenpunkten, wobei jeder der Datenpunkte in der vierten Folge von Datenpunkten einem Mittelwert aus allen Datenpunkten in den ersten und dritten Folgen von Datenpunkten entspricht, und

- einer Einrichtung zum Schaffen einer Fehlzündungsanzeige, wenn ein Mittelwert der vierten Datenpunkte, der von der zweiten Folge von Datenpunkten subtrahiert wird, einen Schwellenwert übersteigt, der zumindest von einer Motorcharakteristik abhängig ist, die aus einer Gruppe von Motorcharakteristiken gewählt ist, die Motorgeschwindigkeit, Motorbelastung und Motortemperatur enthält.