JPH08338299A - ミスファイア検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダ数の多い内燃機関において回転数が
高くても負荷が小さくてもミスファイアをいっそう確実
に検出する。 【解決手段】 内燃機関の走行不安定特性に対する尺度
を各シリンダごとに形成して所定の基準値と比較する。
この尺度は、クランクシャフトが所定の角度範囲を通過
する時間に基づき形成される。そしてこの尺度が閾値を
超えたならばミスファイアとして評価する。その際、ミ
スファイアのない動作時にシリンダ固有の走行不安定特
性値から各シリンダごとの補正値を形成し、これは補正
値と結合された各シリンダ固有の走行不安定特性値が互
いに等しくなるようにして行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の走行不
安定特性に対する尺度を各シリンダごとに形成して所定
の基準値と比較し、走行不安定特性に対する前記の尺度
を、内燃機関のクランクシャフトが所定の角度範囲を通
過する時間に基づいて形成する、多シリンダ式内燃機関
におけるミスファイア検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ミスファイアにより、内燃機関の動作中
に放出される有害物質が高まり、しかもエンジンの排気
ガス管中の触媒装置が損傷してしまう可能性がある。排
気ガス関連機能のための車載監視部に対し法律上規定さ
れている要求を満たすためには、すべての回転数領域な
らびに負荷領域におけるミスファイアの検出が必要であ
る。この関連で知られているのは、ミスファイアのない
正常な動作とは異なり、ミスファイアを伴う動作時には
内燃機関のエンジン回転数経過特性において特徴的な変
化が生じることである。このような回転数経過特性を比
較することで、ミスファイアのない正常な動作とミスフ
ァイアを伴う動作とを区別できる。

【０００３】この方式に基づき動作する方法は、ドイツ
連邦共和国特許出願公開第４１３８７６５号公報からす
でに公知である。

【０００４】この公知の方法によれば、各シリンダのピ
ストン運動の所定の領域に対しセグメントと称するクラ
ンクシャフト角度領域が対応づけられている。セグメン
トはたとえば、クランクシャフトと結合された発信器ホ
イール上にマーキングすることで実現される。クランク
シャフトが上述の角度領域を通過しているセグメント時
間はとりわけ、燃焼サイクルにおいて変換されるエネル
ギーに依存している。そしてミスファイアによって、点
火と同期して捕捉されるセグメント時間の増加が生じ
る。この公知の方法によれば、セグメント時間の差から
エンジンの走行不安定特性に対する尺度が算出され、そ
の際、たとえば車両加速時のエンジン回転数の上昇のよ
うなゆっくりとしたダイナミックな事象が計算により付
加的に補償される。このように各点火ごとに算出される
走行不安定特性値はやはり点火に同期して、まえもって
定められた閾値と比較される。場合によって負荷や回転
数のような動作パラメータに依存するこのような閾値を
上述の特性値が上回れば、ミスファイアとして評価され
る。

【０００５】この方法の信頼性はセグメント時間の検出
に決定的に依存しており、つまりは製造時に発信器ホイ
ール上にマーキングを形成する精度に依存している。こ
のような機械的な不正確さは計算によって排除できる。
この目的でドイツ連邦共和国特許出願第４１３３６７９
号明細書から、エンジンブレーキ動作中、クランクシャ
フトの回転ごとにたとえば３つのセグメント時間を形成
することが知られている。これら３つのセグメント時間
のうちの１つは基準セグメントとみなされる。この場
合、残りの２つのセグメントのセグメント時間と基準セ
グメントのセグメント時間との偏差が求められる。そし
てこれらの偏差から補正値が次のようにして形成され
る。すなわち、エンジンブレーキ動作中に求め補正値と
結合した各セグメント時間が互いに等しくなるように形
成される。

【０００６】したがって、エンジンブレーキ動作以外の
通常動作時に求められ補正値と結合された各セグメント
時間の偏差は、発信器ホイールの製造時の不正確さとは
無関係であり、別の原因があることを示唆するものであ
る。

【０００７】別の原因の１つは、クランクシャフトの回
転運動に重畳されているねじれ振動である。これは主と
して燃焼動作中の高回転数時に生じ、これによって個々
のシリンダのセグメント時間がシステマティックに長く
なったりあるいは短くなったりすることになり、その結
果、ミスファイア検出が困難になる。この理由で、さら
には磨耗または製造時の不精確さによるエンジン固有の
差異により、発信器ホイールを適合調整した後でもセグ
メント時間の分散幅の形で、ミスファイアには由来しな
い可能性のある基本的なノイズが含まれたままになる。
この基本的なノイズによって、個々のミスファイアがク
ランクシャフトの回転数に僅かにしか作用を及ぼさなく
なればなるほと、本当のミスファイアの判別がいっそう
困難になる。したがって内燃機関のシリンダ数が多くな
るにつれて、および回転数が増加するにつれて、ならび
に負荷が小さくなるにつれて、ミスファイア検出の信頼
性が低下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、シリンダ数の多い内燃機関において回転数が高く
ても負荷が小さくてもミスファイア検出の確実性をいっ
そう改善することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および利点】本発明によれ
ばこの課題は、ミスファイアのない動作中、各シリンダ
固有の走行不安定特性値から各シリンダごとの補正値
を、該補正値と結合された各シリンダ固有の走行不安定
特性値が互いに等しくなるように形成することにより解
決される。

【００１０】この解決手法の重要な要素は、燃焼動作時
つまりエンジンブレーキ動作以外の通常動作時に補正値
を求めることである。

【００１１】高分解能による回転数の捕捉検出を必要と
する場合、ミスファイア検出とは切り離してもこの方法
を常に有利に用いることができる。

【００１２】１つの実施例によれば、特定のエンジン形
式のための補正値がいくつかのテストエンジンの特性か
ら経験的に求められ、それらの補正値が当該形式のすべ
てのエンジンに対して転用される。

【００１３】本発明の１つの有利な実施例によれば、こ
れらの補正値は各エンジンごとに求められる。本発明に
よる方法の基本は正常な動作状態にあることであり、つ
まりミスファイアのない動作状態にあることである。そ
うではなくてミスファイア動作状態にあると、ミスファ
イアが補正値の算出に影響を及ぼすおそれがある。その
結果、後に生じるミスファイアの作用が計算的には抑圧
されてしまい、このため場合によってはミスファイアが
もはや検出されなくなってしまう。

【００１４】本発明の１つの実施例によれば、制御装置
により噴射ミスファイアを誘発させて、生じた各走行不
安定特性値を比較することができる。このことにより、
ミスファイア動作と正常動作とを区別することができ
る。ミスファイア動作であれば、補正値はもはや更新さ
れない。

【００１５】次に、図面を参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１には、マーク３を有する角度
発信器ホイール２、角度センサ４および制御装置５を備
えた内燃機関が示されている。内燃機関のクランクシャ
フトと結合されている角度発信器ホイール２の回転運動
は、誘導センサとして実現される角度センサ４により電
気信号に変換され、この電気信号の周期性は角度センサ
４の前をマーク３が周期的に通過する様子を表してい
る。したがって信号レベルの上昇と低下の間の持続時間
は、クランクシャフトがマーキングのサイズに応じた角
度範囲にわたり回転していった時間に対応している。こ
の持続時間はコンピュータとして実現される制御装置５
において処理され、内燃機関の走行不安定特性に対する
尺度Ｌｕｔが形成される。Ｌｕｔの算出の実例について
はあとで説明する。このために用いられるコンピュータ
はたとえば、図２に示されているようにして構成でき
る。これによれば計算ユニット２．１は、メモリ２．４
に格納されているプログラムとデータを用いて入力ブロ
ック２．２と出力ブロック２．３の調停を行う。

【００１７】図３のａ）には角度発信器ホイールを４つ
のセグメントに区分した様子が示されており、その際、
各セグメントは所定数のマークを有している。マークＯ
Ｔｋは、この実例では８シリンダ式内燃機関のｋ番目の
シリンダのピストン運動の上死点に対応づけられてお
り、これはそのシリンダの燃焼サイクル中に位置してい
る。この点を中心に回転角度範囲φｋが定義されてお
り、この範囲はこの実例では角度発信器ホイールのマー
クのうちの４分の１に及んでいる。同様にその他のシリ
ンダの燃焼サイクルにもそれぞれ角度範囲φ１〜φ８が
対応づけられている。ここでは４サイクル方式であるも
のとしており、この場合、１つの動作サイクル全体に対
しクランクシャフトは２回、回転する。したがってたと
えば１番目のシリンダの範囲φ１は５番目のシリンダの
範囲φ５と一致する、という具合になる。クランクシャ
フトの回転に対応づけられている各角度範囲を互いに分
離されたものとすることもできるし、順次連続して続け
ることもできるし、あるいはオーバラップさせることも
できる。第１の事例の場合には角度範囲に対応づけられ
ていないマークが設けられており、第２の事例の場合に
は各マークに正確に１つの角度範囲が対応づけられてお
り、さらに第３の事例では同じマークをそれぞれ異なる
角度範囲に対応づけておくことができる。したがって角
度範囲の任意の長さおよび位置が可能である。

【００１８】図３のｂ）には、クランクシャフトの回転
運動により各角度範囲を通過する時間が示されている。
この場合、ミスファイアはシリンダｋに生じているもの
とする。ミスファイアに伴う回転トルクの不足の結果、
このシリンダに属する時間ｔｓが上昇することになる。
このように時間ｔｓはすでに走行不安定特性の尺度を成
しており、これは基本的にはミスファイアの検出に適し
ている。時間ｔｓの適切な処理により、たとえば隣り合
う時間との差の形成、ならびにこの差を添字ｉを有する
１つの点火サイクルの期間ｔｓｉの３乗に合わせて正規
化することで、走行不安定特性値は加速度の次元をと
り、経験的に判明しているように、改善されたＳ／Ｎ比
を有する。

【００１９】図３のｃ）には、持続時間ｔｓの捕捉検出
に対し回転数変化が影響を及ぼす様子が示されている。
ここに示されているのは、典型的には車両のエンジンブ
レーキ動作時に現れるような回転数低下の事例である。
捕捉検出された時間ｔｓが比較的一様に長くなることで
表されるこの影響を補償するために公知であるのはたと
えば、ダイナミックな補償のために補正項Ｄを形成し、
このように長くなる影響が補償されるよう走行不安定特
性値の算出に際してこの値を考慮することである。

【００２０】８シリンダエンジンの点火サイクルｉに対
しこの形式で補正される走行不安定特性値は、たとえば
以下の規則に従って算出できる： Ｌｕｔ（ｉ）＝基本項Ｂ−ダイナミック補償用の補正項Ｋ

【００２１】

【数１】

【００２２】ｚ個のシリンダとして一般化すれば次式の
ような相応の規則となる：

【００２３】

【数２】

【００２４】ここで、（ｚ）＝内燃機関のシリンダ数で
ある。

【００２５】図４には、たとえば上述の規則に従って算
出できる走行不安定特性値が示されており、これは４シ
リンダエンジンの種々の点火サイクルｉ＝１〜１０に関
するものである。この場合、番号３のシリンダにおいて
システマティックにセグメント時間の増加が発生してお
り、この図示の事例ではすでに走行不安定特性閾値Ｌｕ
ｒのかなり近くまで達している。このような増加は、た
とえばねじれ振動により引き起こされる可能性がある。
ねじれ振動は主として高い回転数において発生し、これ
により個々のセグメント時間がシステマティックに長く
なるかまたは短くなり、このためミスファイアの検出が
困難になる。個々のシリンダへのこの作用の配分は、特
定のエンジン形式に対し経験的に所定の負荷／回転数範
囲に関して求めることができ、したがって負荷／回転数
特性曲線領域部すなわち特性データメモリに格納されて
いてセグメント時間の評価に作用を及ぼす補正値によっ
て、所定の負荷／回転数範囲に対し逆に作用させること
ができるようになる。

【００２６】図５には、このような補正値を求めるため
の構成が本発明による方法の有利な実施例として示され
ている。

【００２７】この目的でステップＳ５．１において点火
と同期のとられたセグメント時間が捕捉検出され、ステ
ップＳ５．２で処理されて走行不安定特性値が形成され
る。ステップＳ５．３において、ねじれ振動ならびに類
似の影響を補償するための補正値が負荷／回転数特性デ
ータメモリＫ（Ｌ，ｎ）から読み込まれる。この場合、
最初のプロセス実行では妥当なまたは中立的な値だけを
扱っており、その後、この値はこのプロセスが繰り返し
実行されることで、種々のシリンダの補正された各走行
不安定特性値が互いに等しくなる特性を有する値を連続
的にとることになる。このため走行不安定特性値Ｌｕｔ
はステップＳ５．４において補正値と結合される。ステ
ップＳ５．５は、特性データメモリＬｕｒ（ｎ，Ｌ）か
ら閾値Ｌｕｒを読み込むために用いられる。

【００２８】閾値Ｌｕｒは、学習の進展に依存してオフ
セットを有することができる。このオフセットは最初は
比較的大きいものとすることができ、このためオフセッ
トと結合された閾値もやはり大きく、このことで比較的
反応の鈍いミスファイア検出となる。その後、プロセス
が実行されていくにつれてこのオフセットは小さくな
り、このことでミスファイア検出の感度が高まる。この
ため、たとえば電源異常において適合値の消失後に不安
定なエンジン経過特性がミスファイア動作として誤って
評価されてしまうのが回避され、このことでステップＳ
５．６の後に適合が持続的に阻止されることになる。

【００２９】補正された走行不安定特性値が閾値を超え
たとステップＳ５．６において判定されれば、このこと
はステップＳ５．７において内燃機関のミスファイアと
して評価され、たとえばシリンダ固有のエラーカウンタ
レベルが高められる。そしてエラーレベルがまえもって
定められている値を超えると、このことによりステップ
Ｓ５．８においてエラー信号が送出され、たとえば運転
者の視界の中にあるエラーランプＭＩＬがスイッチ・オ
ンされる。補正された走行不安定特性値が閾値を超えて
いないことがステップＳ５．６において判定されると、
このことはミスファイアのない動作に対する指標として
評価され、補正されたその走行不安定特性値Ｌｕｔはス
テップＳ５．９における平均値ＫＬｕｔ′の形成に関与
することになる。

【００３０】これに対する代案として、ミスファイアが
生じていないという情報をステップＳ５．１〜Ｓ５．６
とは別のアルゴリズムに基づき得ることもでき、たとえ
ば補正されていないセグメント時間の評価に基づき得る
こともできる。

【００３１】有利には、ミスファイアのない動作である
か否かの監視は、補正値自体には依存しないプロセスに
より行われる。

【００３２】次にステップＳ５．１０は、目下の値ＫＬ
ｕｔと平均値ＫＬｕｔ′との偏差ｄＫを求めるために用
いられる。ステップＳ５．１１において、この偏差ｄＫ
を以前の補正値Ｋ（ａｌｔ）に加算することで新たな補
正値Ｋ（ｎｅｕ）が形成され、この値Ｋ（ｎｅｕ）はス
テップＳ５．１２により、走行不安定特性値を求めたシ
リンダの特性データメモリＫ（ｎ，Ｌ）に書き込まれ
る。Ｓ５．１〜Ｓ５．６ならびにＳ５．９〜Ｓ５．１２
の各ステップを繰り返し実行することで最終的に、ミス
ファイアのない正常な動作において種々異なるシリンダ
の補正された各走行不安定特性値間における偏差がもは
や生じないように、種々異なるシリンダの動作点に属す
る特性曲線領域値Ｋが得られる。

【００３３】有利な実施例の枠内で、既述の方法はエン
ジン制御装置に格納されているメインプログラムの一部
分である。したがって、まえもって定めることのできる
任意の機会にこれを呼び出せる。有利には、製造後に車
両を最初に始動させる際にこの方法を呼び出すことで補
正値の形成が行われ、その後ではたとえばあとで実施さ
れるアフターサービスに関連して行われる。このように
して補正値は各エンジンごとに固有に形成される。

【００３４】しかしながら本発明による方法によれば、
特定の形式の個々のエンジンにおけるテストによっても
補正値を求めることができ、その場合には補正値をたと
えば特性データメモリの形で当該形式のすべてのエンジ
ンに対し転用できる。

【００３５】そしてミスファイアの検出はエンジン動作
中、図６に示されているプロセスに従って実行可能であ
り、その際、ステップＳ６．１〜Ｓ６．８は図５のステ
ップＳ５．１〜Ｓ５．８に対応するものである。

【００３６】本発明による方法の基本は正常動作の行わ
れている状態であり、つまりミスファイアのない動作状
態である。この状態ではなくミスファイア動作状態であ
るならば、ミスファイアが補正値の算出に影響を及ぼす
おそれがある。その結果、後続のミスファイアの作用が
計算的に抑えられてしまう可能性があり、このため場合
によってはミスファイアがもはや検出されなくなる。図
７には、補正値を算出する前にミスファイアのない正常
な動作状態であるか否かを判定できる実施例が示されて
いる。

【００３７】この目的で、ステップＳ７．１においてセ
グメント時間が捕捉検出され、ステップＳ７．２におい
てそれらが処理されて正常動作走行不安定特性値ＮＢ−
Ｌｕｔが形成される。次にステップＳ７．３において、
たとえば燃料噴射装置を備えたエンジンであれば個々の
燃料噴射パルスを除くことで、制御装置によりミスファ
イアが誘発される。この状況のもとでステップＳ７．４
において捕捉検出されたセグメント時間がステップＳ
７．５において処理され、ミスファイア動作走行不安定
特性値ＡＳ−Ｌｕｔが形成される。ステップＳ７．６に
おいて形成された差ｄＬｕｔ＝ＮＢ−Ｌｕｔ − ＡＳ−
Ｌｕｔの絶対値が閾値ＳＷよりも大きければ（このこと
はステップＳ７．７により判定される）、走行不安定特
性値の形成はミスファイアの誘発に対して応答したもの
である。このことから、ミスファイアを誘発させる前に
はミスファイのない正常な動作状態にあったことを確実
に推定できる。この場合には次に、ステップＳ７．８に
より図５による補正値の算出が行われる。したがって、
ミスファイアが補正値形成に作用を及ぼすおそれはな
い。これに対し、走行不安定特性値の形成がミスファイ
アの誘発に対して応答しなければこのことですでに、誘
発されたミスファイアは生じていなかったことが明らか
である。この場合には、誘発されたものではないミスフ
ァイアによって補正値の算出に作用の及ぼされる可能性
がある。このことを回避するため、ステップＳ７．７で
否定の判定がなされた後にステップＳ７．９およびＳ
７．１０による禁止処理が行われ、必要に応じてステッ
プＳ７．１１により図６によるミスファイアの検出が続
き、つまり補正値が変更されることなくミスファイアの
検出が行われる。

【００３８】換言すれば、ミスファイアのない動作に比
して走行不安定特性を増大させる結果の生じる処置がと
られ、次にこの処置をとったときの走行不安定特性とこ
の処置をとらなかったときの走行不安定特性が求めら
れ、この処置をとらなかったときの動作は、その走行不
安定特性値がこの処置の作用下で求められた走行不安定
特性値から所定の範囲内で隔たっていれば、ミスファイ
アがないものとみなされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の技術分野を示す図である。

【図２】本発明による方法の実行に適したコンピュータ
を示す図である。

【図３】回転数測定に基づく走行不安定特性に対する尺
度の基礎としてセグメント時間の形成を行う公知の基本
原理を示す図である。

【図４】走行不安定特性値の算出に対するねじれ振動の
影響を示す図である。

【図５】本発明による方法の１つの実施例を示すフロー
チャートである。

【図６】別の実施例によるミスファイア検出のフローチ
ャートである。

【図７】本発明による方法の補足としてのフローチャー
トである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ２ 角度発信器ホイール ３ マーク ４ 角度センサ ５ 制御装置 ２．１ 計算ユニット ２．２ 入力ブロック ２．３ 出力ブロック ２．４ メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス リース−ミュラー ドイツ連邦共和国 バート ラッペナウ ハインスハイマー シュトラーセ 47 (72)発明者 ライナー フランク ドイツ連邦共和国 ザクセンハイム アン デア シュタイゲ 36 (72)発明者 クリスティアン ケーラー ドイツ連邦共和国 ルートヴィッヒスブル ク カール−ディーム−シュトラーセ 12

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の走行不安定特性に対する尺度
   を各シリンダごとに形成して所定の基準値と比較し、走
   行不安定特性に対する前記の尺度を、内燃機関のクラン
   クシャフトが所定の角度範囲を通過する時間に基づいて
   形成する、 多シリンダ式内燃機関におけるミスファイア検出方法に
   おいて、 ミスファイアのない動作中、各シリンダ固有の走行不安
   定特性値から各シリンダごとの補正値を、該補正値と結
   合された各シリンダ固有の走行不安定特性値が互いに等
   しくなるように形成することを特徴とする、 多シリンダ式内燃機関におけるミスファイア検出方法。
2. 【請求項２】 クランクシャフトが所定の角度範囲を通
   過する時間を点火と同期して捕捉し処理して走行不安定
   特性値を形成し、各走行不安定特性値に対しそれぞれ補
   正値を求め、各補正値をそれぞれ１つの走行不安定特性
   値と結合して補正された走行不安定特性値を形成し、該
   補正された走行不安定特性値を閾値と比較し、該補正さ
   れた走行不安定特性値が閾値を超えたことをミスファイ
   アとして評価する、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記の補正された走行不安定特性値の平
   均値を形成し、該平均値と補正された個々の走行不安定
   特性値との偏差を形成し、該偏差と以前の補正値との加
   算結合により新たな補正値を形成する、請求項２記載の
   方法。
4. 【請求項４】 １つの特定の内燃機関形式に対する補正
   値を、代表として当該形式の少なくとも１つの内燃機関
   の特性から求め、このようにして求めた補正値を当該形
   式のその他の内燃機関に対し転用する、請求項３記載の
   方法。
5. 【請求項５】 前記補正値をミスファイアのない正常な
   動作中に内燃機関ごとに求める、請求項３記載の方法。
6. 【請求項６】 補正された走行不安定特性値が閾値を超
   えていなければ、内燃機関の動作をミスファイアのない
   正常な動作として評価する、請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 ミスファイアのない動作に比して走行不
   安定特性が増大されることになる処置をとり、該処置の
   とられた走行不安定特性と該処置のとられていない走行
   不安定特性を求め、該処置のとられていない動作を、そ
   の走行不安定特性値が該処置の作用下で求められた走行
   不安定特性値から所定の範囲内で隔たっていれば、ミス
   ファイアがないものとみなす、請求項５記載の方法。
8. 【請求項８】 クランクシャフトが所定の角度範囲を通
   過する時間の長さを走行不安定特性に対する尺度として
   用いる、請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 クランクシャフトが所定の角度範囲を通
   過する各時間の差を、所定の点火サイクルに対応づけら
   れている期間の累乗に合わせて正規化して走行不安定特
   性に対する尺度として用いる、請求項１記載の方法。
10. 【請求項１０】 走行不安定特性値の形成に際して、ダ
    イナミックな補償すなわち内燃機関回転数の変化による
    影響の補償を行う、請求項８または９記載の方法。