DE102005053024B4

DE102005053024B4 - Vorrichtung zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Motors

Info

Publication number: DE102005053024B4
Application number: DE102005053024A
Authority: DE
Inventors: Shusuke Akazaki; Futoshi Koga; Masaki Ueno
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2025-11-08
Also published as: US7162360B2; MXPA05012046A; CA2525020C; CA2525020A1; US20060116812A1; DE102005053024A1

Abstract

Vorrichtung zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Verbrennungsmotors, mit einem Innendruckerfassungsmittel (12, 15) zum Erfassen eines Innendrucks (P; PS) einer Brennkammer des Motors sowie einem Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) zum Erfassen eines Kurbelwinkels (θ) des Motors, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Berechnungsmittel (19) zum Berechnen eines Volumens (V) der Brennkammer auf der Basis des vom Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) erfassten Kurbelwinkels (θ); ein Schätzmittel (20) zum Schätzen eines Arbeitsdrucks (P'; PM) des Motors gemäß einer das berechnete Volumen verwendenden Rechengleichung; ein Einstellmittel (22, 23) zum Einstellen des vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Drucks (P; PS) und/oder des vom Schätzmittel (20) geschätzten Drucks (P'; PM) während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck zu minimieren; und ein Bestimmungsmittel (27) zum Bestimmen einer Fehlzündung während des Verdichtungstakts des Motors, wenn ein Verhältnis (P/P'; PS/PM) des erfassten Drucks (P; PS) zum geschätzten Druck (P'; PM) nach...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Erfassen einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor.
Die prioritätsältere, aber nachveröffentlichte DE 10 2004 048 330 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Verbrennungsmotors, mit einem Innendruckerfassungsmittel zum Erfassen eines Innendrucks einer Brennkammer des Motors sowie einem Kurbelwinkelerfassungsmittel zum Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Berechnungsmittel zum Berechnen eines Volumens der Brennkammer auf der Basis des vom Kurbelwinkelerfassungsmittel erfassten Kurbelwinkels; ein Schätzmittel zum Schätzen eines Arbeitsdrucks des Motors gemäß einer das berechnete Volumen verwendenden Rechengleichung; und ein Einstellmittel zum Einstellen des vom Innendruckerfassungsmittel erfassten Drucks und/oder des vom Schätzmittel geschätzten Drucks während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck zu minimieren; und ein Bestimmungsmittel zum Bestimmen eines Verbrennungszustands während des Verdichtungstakts des Motors auf der Basis einer Relation zwischen dem vom Einstellmittel eingestellten Druck und dem anderen Druck.
In der FR 2 851 300 A1 wird eine Differenz zwischen einem berechneten Modelldruck und einem gemessenen Brennkammerdruck ermittelt, um die Einspritzmenge und/oder den Einspritzzeitpunkt eines Dieselmotors zu korrigieren.
In der DE 100 28 885 A1 wird ein Zylinderkopfdichtspaltsensor dazu benutzt, um eine Aussage über den Zylinderdruck zu bekommen. Der von diesem Sensor gemessene Wert wird mit einer Korrekturgröße korrigiert, welche vor der eigentlichen Inbetriebnahme des Motors aus diesem Sensorsignal, einem Kurbelwinkelsignal und eines nur vor dieser eigentlichen Inbetriebnahme angebauten Drucksensors ermittelt wurde.
Die JP-A-03-246374 offenbart eine Technik zum Schätzen einer Verlagerung bzw. Änderung des Arbeitsdrucks (Druck während Fehlzündung) eines Motors durch Erfassen des Innendrucks einer Brennkammer des Motors bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel, Setzen eines Vorspannungsbetrags eines Innendruckerfassungssignals auf der Basis eines Innendruckerfassungssignals, das in einer Abtastperiode abgetastet ist, und eines Volumens der Brennkammer, Korrigieren des abgetasteten Innendruckerfassungssignals auf der Basis des gesetzten Vorspannungsbetrags, und Schätzen der Verlagerung des Arbeitsdrucks auf der Basis des korrigierten Innendrucks und des Brennkammervolumens. Das Auftreten oder Nichtauftreten von Fehlzündungen wird bestimmt, indem dieser geschätzte Druck mit dem in einem Verbrennungszyklus erfassten Druck verglichen wird.
Bei dieser herkömmlichen Technik wird der Innendruck zuerst erhalten, indem das Innendrucksignal mit dem Vorspannungsbetrag korrigiert wird und dann der Arbeitsdruck auf der Basis des korrigierten Innendrucks und des Brennkammervolumens geschätzt wird. Jedoch hat diese Technik einen Schwachpunkt in der Zuverlässigkeit zur Korrektur des erfassten Druckwerts mit dem Vorspannungsbetrag, weil der erfasste Druck mit dem Vorspannungsbetrag zu einem gewissen Zeitpunkt korrigiert wird, wenn sich der Innendruck im Übergangsbetrieb des Motors abrupt ändert, und weil sich die Ausgangscharakteristik des Innendrucks aufgrund verschiedener Faktoren verändert, wie etwa des Sensormontagezustands, einer Temperaturänderung an dem Sensormontageabschnitt, altersbedingter Verschlechterung usw. Daher gibt es Bedarf, die Zuverlässigkeit des Überwachungsdrucks zu verbessern, der aus diesem korrigierten Druckwert geschätzt wird.
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems wird eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 9 angegeben.
Bevorzugt enthält ein Identifizierungsmittel zum Identifizieren von Parametern der Rechengleichung während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem vom Innendruckerfassungsmittel erfassten Druck und dem vom Schätzmittel geschätzten Druck zu minimieren. Das Bestimmungsmittel bestimmt den Verbrennungszustand auf der Basis einer Relation zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck, der zum Minimieren des Fehlers korrigiert ist.
Weiter bevorzugt enthält das Einstellmittel ein Modifizierungsmittel, um, während eines Verdichtungstakts des Motors, den vom Innendruckerfassungsmittel erfassten Druck gemäß einer Modifizierungsgleichung zu modifizieren; und ein Identifizierungsmittel zum Identifizieren von Parametern der Modifizierungsgleichung, um den Fehler zwischen dem vom Modifizierungsmittel modifizierten Druck und dem vom Schätzmittel geschätzten Druck zu minimieren. Das Bestimmungsmittel bestimmt einen Verbrennungszustand auf der Basis des geschätzten Drucks und des erfassten Drucks, der zum Minimieren des Fehlers modifiziert ist.
Weiter bevorzugt ist die Rechengleichung eine Zustandsgleichung für Gase in der Brennkammer und die Identifizierung der Parameter in einem Kurbelwinkel wird während eines Intervalls seit dem Schließen eines Lufteinlassventils bis zum Übergang zu einem Verbrennungstakt durchgeführt.
Noch weiter bevorzugt enthält das Schätzmittel ein Arbeitsdruckberechnungsmittel zum Berechnen eines Arbeitsdrucks auf der Basis des vom Berechnungsmittel berechneten Brennkammervolumens; und
ein Modifizierungsmittel zum Modifizieren des Arbeitsdrucks unter Verwendung der vom Identifikationsmittel identifizierten Parameter.
Noch weiter bevorzugt ist das Identifikationsmittel aufgebaut, um eine Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Drücken zu berechnen, und dann zu bestimmen, dass die Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Druckwerten konvergiert, wenn die Standardabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, um die identifizierten Parameter anzuwenden.
Erfindungsgemäß werden die Parameter der Berechnungsgleichung identifiziert, um den Fehler zwischen dem vom Schätzmittel geschätzten Druck und dem erfassten Druck zu minimieren, und dann wird der Arbeitsdruck mittels so identifiziertem Parameter geschätzt. Hier werden diese Parameter während eines Verdichtungstakts identifiziert und dann dazu verwendet, den Arbeitsdruck im Verbrennungstakt unmittelbar nach dem Verdichtungstakt zu schätzen. Im Ergebnis kann der Arbeitsdruck mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Im Falle eines Benzinmotors entspricht der Verbrennungstakt des Motors einem Takt nach einer Zündung, und im Falle eines Dieselmotors entspricht er einem Takt nach der Kraftstoffeinspritzung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt Funktionsblöcke einer Ausführung der Erfindung;
2 zeigt schematisch eine Arbeitsdruckkurve und eine Druckkurve während normaler Verbrennung;
3 zeigt schematisch, wie eine Kolbenstellung berechnet wird;
4 ist ein Flussdiagramm eines Hauptprozesses zur Erfassung von Fehlzündung;
5 ist ein Flussdiagramm eines Fehlzündungsbestimmungsprozesses;
6 ist ein Flussdiagramm eines Parameteridentifikationsprozesses;
7 ist ein Flussdiagramm eines Konvergenzbestimmungsprozesses;
8 zeigt Funktionsblöcke einer anderen Ausführung der Erfindung;
9 zeigt schematisch eine Arbeitsdruckkurve und eine Druckkurve während normaler Verbrennung; und
10 zeigt Funktionsblöcke einer weiteren Ausführung der Erfindung.
1 ist ein Blockdiagramm der Gesamtstruktur einer Verbrennungszustanderfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung. Eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend ”ECU” genannt) 10 ist ein Computer mit einer zentralen Prozessoreinheit (CPU). Die ECU enthält einen Festwertspeicher (ROM) zum Speichern von Computerprogrammen und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) zum Bereitstellen eines Arbeitsplatzes für den Prozessor und zum vorübergehenden Speichern von Daten und Programmen. Eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 erhält Erfassungssignale von jeweiligen Teilen eines Motors und führt eine A/D(Analog/Digital)-Wandlung an jedem Signal durch, um es der nächsten Stufe zuzuführen. Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 schickt auch ein Steuersignal auf der Basis eines Arbeitsergebnisses der CPU zu jedem Teil des Motors. In 1 ist die ECU in Funktionsblöcken gezeigt, die für diese Erfindung relevante Funktionen darstellen.
2 zeigt schematisch das Prinzip der Fehlzündungsbestimmung dieser Erfindung. Kurve 1 zeigt die Änderung bzw. Verlagerung des Arbeitsdrucks (des Drucks während der Fehlzündung) in einem Zylinder des Motors, und die Kurve 3 zeigt die Änderung des Innendrucks während einer normalen Verbrennung in diesen Zylindern. Ein Kurbelwinkel von 0 Grad bezeichnet einen oberen Totpunkt (OT). Der Arbeitsdruck erreicht eine Spitze am OT, und der Innendruck während der Verbrennung (Kurve 3) erreicht eine Spitze im Bereich der Zündzeit nach dem OT.
Erfindungsgemäß werden Parameter in einer Gaszustandsgleichung in einer Periode vor OT während eines Verdichtungstakts identifiziert, z. B. der in 2 gezeigten Periode ”a”. Wie später durch die Gleichungen aufgezeigt wird, erfolgt diese Identifizierung durch Berechnung von Werten von Parameter für die Gaszustandsgleichung in dem Zylinder durch die Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate, um eine Differenz (PM – PS) zwischen einem geschätzten Wert PM des Arbeitsdrucks, der auf der Zustandsgleichung an A, Punkt B usw. in 2 beruht, und einem Innendruck PS, der aus einer Ausgabe eines Innendrucksensors 12 erhalten ist, zu minimieren. Unter Verwendung der Zustandsgleichung, deren Parameter so identifiziert worden sind, wird der Arbeitsdruck PM (Kurve 1) in einem einem Verbrennungstakt in einem Zylinder enthaltenden Zyklus berechnet. Dementsprechend ist die Kurve 1 zuverlässig, weil es der Innendruck ist, der gemäß der Zustandsgleichung unter Verwendung der Parameter berechnet wird, die in dem Verdichtungstakt unmittelbar vor dem Verbrennungstakt identifiziert wurden.
Anschließend wird ein Verbrennungszustand, z. B. das Auftreten einer Fehlzündung, auf der Basis einer Beziehung zwischen dem Innendruckwert PS (Kurve 3), der aus der Ausgabe des Innendrucksensors 12 zu einem Zeitpunkt, nachdem in dem Verbrennungstakt eine Verbrennung vom Luft-Kraftstoff-Gemisch begonnen hat, z. B. zum Zeitpunkt C in der Periode ”b” in 2 erhalten wird, und dem Arbeitsdruck PM (Kurve 1), der gemäß der oben beschriebenen Zustandsgleichung berechnet ist, bestimmt. In einer Ausführung wird bestimmt, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn ein Verhältnis PS/PM kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
Wieder zurück zu 1, ist der Innendrucksensor 12, der ein piezoelektrisches Element sein kann, in der Nähe einer Zündkerze jedes Zylinders des Motors angeordnet. Der Drucksensor 12 gibt ein elektrisches Ladungssignal aus, das dem Druck innerhalb des Zylinders entspricht. Dieses Signal wird durch einen Ladungsverstärker 31 in ein Spannungssignal umgewandelt, und wird durch einen Tiefpassfilter 33 durch die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 ausgegeben. Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 schickt das Signal von dem Drucksensor 12 zu einer Abtasteinheit 13. Die Abtasteinheit 13 führt eine Abtastung mit einem vorbestimmten Intervall durch, z. B. in einem Intervall von 1/10 kHz, und liefert den Abtastwert zu einer Druckerfassungseinheit 15. In dieser Ausführung liefert die Druckerfassungseinheit 15 alle 15 Grad Kurbelwinkel einen erfassten Druckwert PS zur Fehlzündungsbestimmungseinheit 27.
Andererseits berechnet eine Brennkammervolumenberechnungseinheit 19 ein dem Kurbelwinkel θ entsprechendes Volumen V_c einer Brennkammer des Zylinders gemäß Gleichung (1) und Gleichung (2).
V_c = V_dead + A_pstn × m (2)
In Gleichung (1) und Gleichung (2) bezeichnet ”m” einen Hub des Kolbens 7 vor OT. Der Hub kann aus der in 3 gezeigten Beziehung errechnet werden. Wenn ”r” ein Kurbelradius ist und ”l” eine Länge der Pleuelstange ist, dann λ = l/r. ”V_dead” repräsentiert ein Brennkammervolumen, wenn der Kolben an OT steht, und ”A_pstn” repräsentiert eine Querschnittsfläche des Kolbens.
Es ist bekannt, dass sich eine Zustandsgleichung für einen Zylinder gemäß Gleichung (3) ausdrücken lässt. Eine Arbeitsdruckschätzeinheit 20 enthält eine Arbeitsdruckberechnungseinheit 21 und eine Arbeitsdruckmodifizierungseinheit 22. Die Arbeitsdruckberechnungseinheit 21 berechnet einen Basisarbeitsdruck GRT/V, der ein Basisterm in Gleichung (3) ist. Die Arbeitsdruckmodifizierungseinheit 22 modifiziert den Basisarbeitsdruck unter Verwendung der Parameter, die in einer Parameteridentifizierungseinheit 23 erhalten werden, und berechnet einen geschätzten Wert PM des Arbeitsdrucks in der Brennkammer (Druck während keiner Verbrennung) entsprechend dem Kurbelwinkel gemäß der Zustandsgleichung (3). PM = (GRT/V_c) × k + C (3) PM = kX(i) + C (4)
In Gleichung (3) bezeichnet ”G” eine Ansaugluftmenge, die z. B. aus einem Luftströmungsmesser oder auf der Basis einer Motordrehzahl und des Luftansaugdrucks, erhalten wird. ”R” repräsentiert die Gaskonstante, ”T” repräsentiert die Ansauglufttemperatur, die z. B. aus einem Ansauglufttemperatursensor oder auf der Basis von Betriebsbedingungen, wie etwa der Motorwassertemperatur etc., erhalten wird. ”k” ist ein Korrekturkoeffizient und C ist eine Konstante. Indem man einen diskreten Wert von GRT/V in Gleichung (3) als X(i) ausdrückt, erhält man Gleichung (4).
Die Parameteridentifizierungseinheit 23 identifiziert die Parameter k und C in Gleichung (4) durch die Methode der kleinsten Quadrate, um die Differenz (PM – PS) zwischen dem geschätzten Wert PM des Arbeitsdrucks, der in dem Verdichtungshub durch die Arbeitsdruckschätzeinheit 20 berechnet wird, und dem Innendruck PS, der durch die Druckerfassungseinheit 15 von dem Innendrucksensor 12 erhalten wird, zu minimieren. Indem man diskrete Werte des PM mit p'(i) ausdrückt, Abtastwerte (diskrete Werte) der Innendrücke PS, die aus dem Innendrucksensor erhalten werden, mit p(i) ausdrückt und diskrete Werte von X(i) mit x(i) ausdrückt, erhält man die folgenden Ausdrücke: PM^T = [p'(0), p'(1), ..., p'(n)], PS^T = [p(0), p(1), ..., p(n)], X(i)^T = [x(0), x(1), ..., x(n)]. Eine Summe von Quadraten der diskreten Werte des Fehlers (PM – PS) wird gemäß Gleichung (5) ausgedrückt. Es sei angenommen, dass die Abtastwerte mit einem Intervall von 1/10 kHz genommen werden und der Wert von ”i” z. B. bis auf 100 begrenzt ist. F = Σ[(p(i) – p'(i)]² = Σ[p(i) – (kx(i) + C)]² = Σ[p(i)² – 2p(i) × (kx(i) + C) + (kx(i) + C)²] (5)
k und C zum Minimieren des Werts von F werden als die Werte von k und C erhalten, wenn ein partielles Differenzial in Bezug auf jedes von k und C für F(k, C) null wird. Diese Differenzialoperationen werden gemäß Gleichung (6) und Gleichung (7) ausgedrückt: ∂F/∂k = Σ[–2p(i)x(i) + 2kx(i)² + 2Cx(i)] = 0 (6) ∂F/∂C = Σ[–2p(i) + 2C + 2kx(i)] = 0 (7)
Indem man die rechten Seiten dieser Gleichungen vereinfacht, erhält man die Gleichungen (6') und (7'). p(i)x(i) = kΣx(i)² + CΣx(i) (6') Σp(i) = kΣx(i) + C × n (7')
Indem man diese Gleichungen durch eine Matrix ausdrückt, erhält man Gleichung (8).
Ferner kann Gleichung (8) mittels einer inversen Matrix in Gleichung (9) umgewandelt werden.
Die inverse Matrix an der rechten Seite wird gemäß Gleichung (10) ausgedrückt.
DET = Σx(i)² × n – Σx(i) × Σx(i) (wobei DET ≠ 0)
Wie aus einer Serie der obigen Gleichungen klar verständlich wird, können die Parameter k und C der Zustandsgleichung unter Verwendung der diskreten Werte X(i) des Basisarbeitsdrucks und der diskreten Werte P(i) des Innendrucks, der auf der Basis der Ausgabe des Drucksensors 12 erfasst wird, berechnet werden. Die Arbeitsdruckschätzeinheit 20 verwendet die so identifizierten Parameter zur Berechnung des geschätzten Werts des Arbeitsdrucks für jeden Zylinder. Insbesondere berechnet die Arbeitsdruckberechnungseinheit 21 die diskreten Werte X(i) des Basisarbeitsdrucks auf der Basis des Brennkammervolumens, und die Arbeitsdruckmodifizierungseinheit 22 berechnet den geschätzten Wert P' des Arbeitsdrucks unter Verwendung der Parameter, die mit der Parameteridentifizierungseinheit 23 identifiziert sind. Die diskreten Werte X(i) werden z. B. in einem Intervall von 1/10 kHz berechnet, und die Parameter k, C werden auf der Basis einer vorbestimmten Anzahl diskreter Werte, z. B. 100 diskreter Werte, identifiziert, Die Arbeitsdruckmodifizierungseinheit 22 verwendet diese Parameter zur Berechnung des geschätzten Arbeitsdruckwerts PM in einem Verbrennungstakt. Bevorzugt werden die Parameter k, C mehrere Male in einem Verdichtungstakt identifiziert, um auf der Basis jeweiliger Mittelwerte für die Parameter k, C den geschätzten Arbeitdruckwert PM zu berechnen.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt, z. B. dem Zeitpunkt C in der Periode ”b” nach dem Zündpunkt (2), bestimmt die Fehlzündungsbestimmungseinheit 27 das Auftreten oder Nichtauftreten einer Fehlzündung auf der Basis des Werts PS des Innendrucks, der mit dem Innendrucksensor 12 erfasst wird, und des geschätzten Arbeitsdruckwerts PM, der gleichzeitig von der Arbeitsdruckschätzeinheit 20 berechnet wird. In dieser Ausführung bestimmt die Fehlzündungsbestimmungseinheit 27, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn ein Wert von PS/PM kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert α ist.
4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses, der alle 15 Grad Kurbelwinkel durchgeführt wird. Es wird bestimmt, ob der gegenwärtige Prozess vor dem OT im Verdichtungstakt ist oder nicht (S101), und wenn er vor dem OT ist, wird der Prozess zum Identifizieren der Parameter des Überwachungsdruckschätzmodells gestartet (S115). Nach dem Identifizierungsvorgang für die Paramter wird die Konvergenzbestimmung durchgeführt (S117). Wenn die Konvergenz bestätigt wird, werden die Parameter k, C aktualisiert (S119).
Wenn in Schritt S101 der Prozess nicht vor dem OT ist, wird geprüft, ob das Fehlzündungsflag MIL auf 1 gesetzt ist oder nicht (S103). Wenn dieses Flag auf 1 gesetzt ist, zeigt dies an, dass die Fehlzündungsbestimmung bereits mehrere Male durchgeführt worden ist, und die Fehlzündungswarnung ausgegeben worden ist. Wenn dieses Flag nicht auf 1 gesetzt ist, wird der Fehlzündungsbestimmungsprozess gestartet (S105). Wenn hierdurch das Auftreten der Fehlzündung bestimmt wird, wird das Fehlzündungsflag auf 1 gesetzt (S107) und dann wird der Zähler der Fehlzündungen inkrementiert (S109). Wenn der Fehlzündungsbestimmungsprozess gestartet wird (S105), wird der Zähler des Bestimmungszyklus, d. h. die Anzahl der Zyklen, inkrementiert (d. h. S111). Wie später beschrieben wird, wird die Anzahl der Zyklen so gezählt, dass das Fehlzündungsflag MIL (Fehlzündungswarnung) auf der Basis davon ausgegeben werden kann, wie viele Male die Fehlzündung während einer vorbestimmten Anzahl von Zyklen aufgetreten ist.
Wenn das Fehlzündungsflag MIL auf 1 gesetzt ist, wird die Zählung der Zyklen und die Zählung der Fehlzündung rückgesetzt und dann wird der Prozess beendet (S113).
Nun wird in Bezug auf 5 der Fehlzündungsbestimmungsprozess (S105 von 4) im Detail beschrieben. Zuerst wird ein Hub m (Weg) des Kolbens vom OT zur gegenwärtigen Position gemäß Gleichung (1) berechnet (S131). Dann wird mittels dieses Hubs m das gegenwärtige Volumen V_c des Zylinders gemäß Gleichung (2) berechnet (S133). Die Ansauglufttemperatur wird aus dem im Ansaugrohr des Motors angeordneten Temperatursensor gelesen (S135), und der geschätzte Wert PM des Arbeitsdrucks wird gemäß Gleichung (3) berechnet (S137).
Der momentane Innendruck PS auf der Basis der Ausgabe des Innendrucksensors wird gelesen (S139), und es wird ein Kennfeld des Schwellenwerts für die Fehlzündungsbestimmung auf der Basis der Motordrehzahl NE und des Ansaugrohrabsolutdrucks abgesucht (S143). Da der Arbeitsdruck in Abhängigkeit von den Motorbelastungszuständen unterschiedlich ist, werden den Lastbedingungen entsprechende Bestimmungsschwellenwerte vorab als Kennfeld vorbereitet, das zum Suchen nach dem geeigneten Schwellenwert verwendet wird.
Dann wird eine Bestimmungsstufe eingerichtet (S145). Die Stufenbewertung ist erforderlich, um eine Fehlzündungsbestimmung mit der am besten geeigneten Zeitgebung entsprechend dem Motorzustand durchführen zu können. Falls z. B. ein Motor einen variablen Ventilmechanismus enthält, mit der Funktion, die Steuerzeit eines Einlass/Auslassventils variabel zu verändern, wird eine Bestimmungsstufe in Abhängigkeit davon gewählt, ob die Steuerzeit für höhere Drehzahlen eingestellt ist oder nicht, ob der Zustand ein Leerlaufzustand ist oder nicht, ob der Zustand in einem Zündmodus ist (z. B. einem Modus zum Verzögern des Zündzeitpunkts, um Abgas mit erhöhter Temperatur dem Auspuffsystem zuzuführen, um den Katalysator im Auspuffsystem nach dem Start des Motors zu aktivieren) oder dgl. In jedem Stufenkennfeld ist eine jeweilige Zeit etabliert, um eine Fehlzündungsbestimmung zu erlauben (eine besondere Zeit in der Periode ”b” in 2). Diese besondere Zeit wird in Schritt S147 von 5 als ”Bestimmungsfenster” bezeichnet.
Wenn der gegenwärtige Zustand im Bestimmungsfenster liegt, wird bestimmt, ob ein Verhältnis PS/PM des aktuellen Innendrucks PS zu dem geschätzten Arbeitsdruck PM größer ist als der Bestimmungsschwellenwert, der durch die Suche in Schritt S143 erhalten wurde (S149). Wenn das Verhältnis PS/PM größer als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass die normale Zündung durchgeführt wird, und dann wird der Prozess beendet. Wenn das Verhältnis PS/PM gleich oder kleiner als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist, und das Fehlzündungsflag wird auf 1 gesetzt (S151). Wenn die Anzahl von Fehlzündungen einen Bestimmungsschwellenwert innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode überschreitet, wird eine Fehlzündungsbewertung bestimmt, sodass die Fehlzündungswarnung (Fehlzündungsflag MIL) auf EIN gestellt wird. Dies wird später in Bezug auf 8 beschrieben.
Nun wird in Bezug auf 6 ein Parameteridentifizierungsprozess beschrieben. Der Parameteridentifizierungsprozess wird um das Ende eines Verdichtungstakts herum ausgeführt, d. h. in der Nähe des OT. Ein Zustand, wo der Kolben nahe dem Ende des Verdichtungstakts ist, wird als Identifizierungsstufe bezeichnet. Wenn der Zustand in der Identifizierungsstufe ist, wird die Kolbenstellung gemäß Gleichung (1) anhand der Daten berechnet, die in einer später beschriebenen Messstufe erhalten werden, und das Zylindervolumen wird gemäß Gleichung (2) berechnet (S163). Die Ansaugluftmenge und die Ansauglufttemperatur werden gelesen (S165), und die Parameter k und C werden gemäß Gleichung (6) identifiziert (S167). Dann werden eine Varianz und eine Standardabweichung des Fehlers berechnet (S169). Dies ist eine Berechnung zur Bestimmung, ob die mit Gleichung (3) ausgedrückte Zustandsgleichung mit den identifizierten Parameter konvergiert oder nicht (dies wird später in Bezug auf 7 beschrieben).
Wenn in Schritt S161 der Zustand nicht in der Identifizierungsstufe ist, wird bestimmt, ob der Zustand in der Messstufe ist, d. h. einer Stufe zum Sammeln der Daten, die zum Betreiben der Parameteridentifizierung benutzt werden (S171). Wenn die Messstufe vorliegt, werden die Daten in dem Puffer gespeichert (S173), und das Ergebnis der vorherigen Berechnung wird rückgesetzt (S175), und dann wird der Prozess beendet. Wenn die Messstufe nicht vorliegt, wird das Ergebnis der vorherigen Berechnung rückgesetzt und dann wird der Prozess beendet.
In Bezug auf 7 werden die Varianz und die Standardabweichung, oder deren Annäherungswerte, des Fehlers zwischen dem geschätzten Arbeitdruckwert P', der durch die Zustandgleichung (3) anhand der identifizierten Parameter k und C berechnet wird, und dem aktuellen Wert des Innendrucks, der durch den Innendrucksensor gemessen wird, berechnet. Im Prinzip wird, wenn die Standardabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, bestimmt, dass der Fehler zwischen dem geschätzten Arbeitsdruckwert PM und dem gemessenen Wert PS konvergiert, sodass die identifizierten Parameter k und C als geeignete Parameter verwendet werden. Wenn der Fehler nicht konvergiert, besteht die Möglichkeit, dass eine Schwierigkeit aufgetreten ist, wie etwa Rauschen, das durch eine Abnormalität des Innendrucksensors hervorgerufen wird, oder ein Überlaufen in der Rechenoperation.
Der geschätzte Wert PM des Arbeitsdrucks wird durch Gleichung (3) berechnet (S181), und der Fehler E(i) = PM – PS wird berechnet (S183). Auf der Basis der Fehler wird die Varianz oder der Annäherungswert σ gemäß einem bekannten Rechenverfahren berechnet (S189).
Dann wird eine Standardabweichung STDV als Quadratwurzel der so berechneten Varianz errechnet (S191). Wenn die Standardabweichung gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (S193), wird bestimmt, dass der Fehler nicht konvergiert, und es wird ein Konvergenzschlecht-Flag (F_CONV_NG) auf 1 gesetzt (S195). Die Anzahl von Malen, mit der das Konvergenz-schlecht-Flag (F_CONV_NG) auf 1 gesetzt wird, wird gezählt (S199), und wenn der Zähler 100 oder größer wird (S201), wird ein Flag, das die Abnormalität des Innendrucksensors anzeigt, auf 1 gesetzt. Der Prozess zur Konvergenzbestimmung in 7 wird in dem Identifizierungsprozess (einmal pro Zyklus) durchgeführt. Die Zählung in Schritt S199 wird alle 15 Grad Kurbelwinkel durchgeführt.
Wenn in Schritt S193 die Standardabweichung den vorbestimmten Wert nicht erreicht, wird bestimmt, dass der Fehler konvergiert, sodass das Konvergenz-schlecht-Flag auf 0 gesetzt wird (S197), und der Prozess beendet wird.
8 ist ein Blockdiagramm der Gesamtstruktur einer Verbrennungszustanderfassungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als ”ECU” bezeichnet) 10 ist ein Computer mit einer zentralen Prozessoreinheit CPU. Die ECU enthält einen Festwertspeicher (ROM) zum Speichern von Computerprogrammen sowie einen Direktzugriffsspeicher (RAM) zum Bereitstellen eines Arbeitsplatzes für den Prozessor und zum vorübergehenden Speichern von Daten und Programmen. Eine Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 erhält ein Erfassungssignal von jeweiligen Abschnitten des Motors und führt eine A/D(Analog/Digital)-Wandlung an jedem Signal durch, um es der nächsten Stufe zuzuführen. Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 schickt auch ein Steuersignal, das auf einem Arbeitsergebnis der CPU beruht, zu jedem Abschnitt des Motors. In 8 ist die ECU in funktionellen Blöcken gezeigt, die die für diese Erfindung relevanten Funktionen darstellen.
Zuerst wird das Prinzip der Fehlzündungsbestimmung gemäß dieser Ausführung in Bezug auf 9 beschrieben. 9 zeigt Drücke einer Brennkammer eines Zylinders im Bereich von –180 Grad bis +180 Grad Kurbelwinkel. Der Bereich von –180 Grad bis 0 Grad des Kurbelwinkels ist angenähert ein Verdichtungstakt, und der Bereich von 0 Grad bis 180 Grad Kurbelwinkel ist angenähert ein Expansions(Verbrennungs)-Takt. Die Kurve 1 zeigt die Veränderung des Arbeitsdrucks (Druck bei Fehlzündung) eines Zylinders eines Motors, und die Kurve 3 zeigt die Veränderung des Innendrucks während normaler Verbrennung desselben Zylinders. Der Kurbelwinkel von 0 Grad ist der obere Totpunkt (OT). Der Arbeitsdruck erreicht am OT eine Spitze, und der Innendruck während der Verbrennung erreicht um die Zündzeit herum nach dem OT eine Spitze.
In dieser Ausführung der Erfindung werden Korrekturparameter zum Korrigieren einer Erfassungsausgabe von dem Innendruckerfassungsmittel (dem Innendrucksensor 12 von 1) in einer Periode identifiziert, bevor der OT während des Verdichtungstakts erreicht wird, z. B. der in 2 gezeigten Periode ”a”. Die schwarzen Punkte in 9 repräsentieren Erfassungsausgaben von dem Innendrucksensor 12. Die Charakteristik des Innendrucksensors 12 kann sich aufgrund des Einflusses der Temperatur, einer altersbedingten Verschlechterung oder dgl. verändern, weil der Sensor in einer sehr belastenden Umgebung angeordnet ist, d. h. in der Brennkammer des Motors. In dieser Ausführung wird die Erfassungsausgabe des Innendrucksensors 12 so korrigiert, dass sie angenähert auf der Kurve 1 des Arbeitsdrucks liegt. Diese korrigierten Erfassungsausgaben sind in 9 mit den weißen Punkten 7 dargestellt.
Die Korrektur der Erfassungsausgabe erfolgt, indem eine Korrekturgleichung PS = PS(θ)k₁ + C₁ auf die Erfassungsausgabe PS(θ) des Innendrucksensors angewendet wird. k₁ ist ein Korrekturkoeffizient, und C₁ ist eine Konstante. Diese zwei Parameter k₁ und C₁ der Korrekturgleichung werden durch die Methode der kleinsten Quadrate berechnet, um ein Quadrat einer Differenz (PM – PS) zwischen einem geschätzten Arbeitsdruckwert PM und einem Wert PS, zu minimieren, der erhalten wird, indem ein erfasster Wert des Innendrucksensors gemäß der oben beschriebenen Korrekturgleichung in einer bestimmten Periode, z. B. im in 9 gezeigten Intervall ”a”, während des Verdichtungstakts korrigiert wird.
Dann wird ein Verbrennungszustand, z. B. das Auftreten oder Nichtauftreten von Fehlzündung, auf der Basis einer Relation zwischen der Erfassungsausgabe 7 (weiße Punkte), die durch Korrektur der Ausgabe des Innendrucksensors 12 erhalten werden, und dem Arbeitsdruck PM (Kurve 1), der durch eine Zustandgleichung berechnet wird, bestimmt. Wenn in einer Ausführung der Erfindung das Verhältnis von PS/PM kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist.
Zurück zu 8. Der Innendrucksensor 12, der ein piezoelektrisches Element ist, ist in der Nähe einer Zündkerze jedes Zylinders des Motors angeordnet. Der Drucksensor 12 gibt ein elektrisches Ladungssignal aus, das dem Druck innerhalb des Zylinders entspricht. Dieses Signal wird durch einen Ladungsverstärker 31 in ein Spannungssignal umgewandelt, und durch einen Tiefpassfilter 33 an die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 ausgegeben. Die Eingabe/Ausgabeschnittstelle 11 schickt das Signal von dem Drucksensor 12 zu einer Abtasteinheit 13. Die Abtasteinheit 13 führt eine Abtastung mit einem vorbestimmten Intervall, z. B. in einem Intervall von 1/10 kHz, durch, und liefert den Abtastwert zu einer Druckerfassungseinheit 15.
Eine Sensorausgabekorrektureinheit 17 korrigiert die Sensorausgabe PS(θ) gemäß der oben beschriebenen Korrekturgleichung PS = PS(θ)k₁ + C₁. Die Sensorausgabekorrektureinheit 17 liefert den Sensorausgabewert PS, der alle 15 Grad Kurbelwinkel korrigiert ist, zu einer Fehlzündungsbestimmungseinheit 27.
Andererseits berechnet eine Brennkammervolumenberechnungseinheit 19 ein Volumen V_c der Brennkammer des Zylinders entsprechend dem Kurbelwinkel θ gemäß der oben beschriebenen Gleichung (1) und Gleichung (2).
In einer Ausführung wird der Arbeitsdurck, der auf der Gaszustandsgleichung der Brennkammer beruht, mittels Gleichung (11) geschätzt. Gleichung (11) wird wie folgt erhalten: Zuerst wird der Druck der Brennkammer tatsächlich z. B. mittels eines piezoelektrischen Kristallsensors gemessen, der durch die Temperaturänderung oder dgl. am Montageabschnitt des Sensors nicht beeinflusst wird. Indem man Gleichung (3) auf diesen momentanen Druckwert anwendet, erhält man den Wert k₀ von k und den Wert C₀ von C. Dann erhält man Gleichung (11), indem man diese Werte k₀ und C₀ in Gleichung (3) einsetzt, PM = (GRT/V_c) × k₀ + C₀ (11)
Eine Arbeitsdruckschätzeinheit 20 enthält eine Arbeitsdruckberechnungseinheit 21 und eine Arbeitsdruckmodifizierungseinheit 22. Die Arbeitsdruckberechnungseinheit 21 berechnet einen Basisarbeitsdruck GRT/V, der ein Basisterm in Gleichung (3) ist. Die Arbeitsdruckkorrektureinheit 22 korrigiert den Basisarbeitsdruck unter Verwendung der Parameter k₀ und C₀, die in der oben beschriebenen Weise erhalten sind. Diese Parameter k₀ und C₀ werden vorab als Kennfeld vorbereitet, das auf der Basis von Parameter abgesucht werden kann, die Motorlastzustände, wie etwa die Motordrehzahl und den Ansaugrohrabsolutdruck, anzeigen.
10 ist ein Blockdiagramm der Gesamtstruktur einer Verbrennungszustanderfassungsvorrichtung gemäß einer noch weiteren Ausführung der Erfindung. Obwohl in dieser Ausführung keine Arbeitsdruckkorrektureinheit 22 vorgesehen ist, wird ein Basisarbeitsdruck GRT/V_c, der in einer Basisarbeitsdruckberechnungseinheit 21 berechnet ist, als geschätzter Arbeitsdruck verwendet, der auf einer Gaszustandsgleichung einer Brennkammer beruht.
Eine Parameteridentifizierungseinheit 23 identifiziert Parameter k₁ und C₁ in einer Korrekturgleichung zum Korrigieren von Sensorausgaben durch die Methode der kleinsten Quadrate, um eine Differenz (PM – PS) zwischen einem geschätzten Arbeitdruckwert PM, der während eines Verdichtungstakts durch eine Arbeitsdruckschätzeinheit 20 berechnet ist, und einem Innendruck PS, der von einer Sensorausgabekorrektureinheit 17 nach Korrektur einer Ausgabe des Innendrucksensors 12 ausgegeben ist, zu minimieren. Eine Sensorausgabeerfassungseinheit 15 tastet die Ausgabe des Drucksensors in einer Periode von z. B. 1/10 kHz ab. Die Sensorausgabeerfassungseinheit 15 liefert einen Mittelwert der Abtastwerte als Sensorausgabewert PS(θ) zu einer Parameteridentifizierungseinheit 23 mit einer Zeitgebung, die mit dem Kurbelwinkel synchronisiert ist. Die Parameteridentifizierungseinheit 23 führt eine Identifizierungsoperation durch, um Parameter einer Korrekturgleichung während eines Verdichtungstakts eines Zylinders zu identifizieren. Die Identifizierungsoperation erhält k₁ und C₁ durch die bekannte Methode der kleinsten Quadrate, um (PM(θ) – PS(θ)k₁ – C₁)² zu minimieren, d. h. ein Quadrat der Differenz zwischen einem geschätzten Arbeitsdruckwert PM(θ), der durch die Arbeitdruckkorrektureinheit gemäß dem Kurbelwinkel erhalten wird, und einem Wert PS, der durch Anwenden der Korrekturgleichung PS = PS(θ)k₁ + C₁ auf den Sensorausgabewert PS(θ) im gleichen Kurbelwinkel erhalten wird.
Indem man diskrete Werte von PM mit y(i) ausdrückt, und Abtastwerte (diskrete Werte) des Innendrucks PS, die von dem Innendrucksensor erhalten werden, mit x(i) ausdrückt, erhält man die folgenden Ausdrücke: PM^T = [y(0), y(1), ..., y(n)], PS^T = [x(0), x(1), ..., x(n)]. Eine Summe von Quadraten der diskreten Werte des Fehlers (PM – PS) wird gemäß Gleichung (12) ausgedrückt. Angenommen sei, dass der Abtastwert mit einem Intervall von 1/10 kHz abgenommen wird, und der Wert von ”i” auf z. B. 100 begrenzt ist. F = Σ[y(i) – (kx(i) + C)]² = Σ[y(i)² – 2y(i) × (kx(i) + C) + (kx(i) + C)²] (12)
k und C zum Minimieren des Werts von F erhält man als die Werte von k und C, wenn ein partielles Differenzial in Bezug auf jedes k und C für F(k, C) null wird. Diese Werte erhält man durch Gleichung (13) und Gleichung (14). ∂F/∂k = Σ[–2y(i)x(i) + 2k(i)² + 2Cx(i)] = 0 (13) ∂F/∂C = Σ[–2y(i) + 2C + 2kx(i)] = 0 (14)
Indem man die rechten Seiten dieser Gleichungen vereinfacht, erhält man Gleichung (13') und Gleichung (14'). Σy(i)x(i) = kΣx(i)² + CΣx(i) (13') Σy(i) = kΣx(i) + C × n (14')
Indem man diese Gleichungen als Matrix ausdrückt, erhält man Gleichung (15).
Ferner kann Gleichung (15) mittels einer inversen Matrix in Gleichung (16) umgewandelt werden.
Die inverse Matrix an der rechten Seite wird wie in Gleichung (17) ausgedrückt.
DET = Σx(i)² × n – Σx(i) × Σx(i) (wobei DET ≠ 0).
Die Sensorausgabekorrektureinheit 17 korrigiert die Sensorausgabe in einem Verbrennungstakt mittels der so identifizierten Parameter.
In der Periode ”b” (9) nach der Zündzeit bestimmt eine Fehlzündungsbestimmungseinheit 27 das Auftreten oder Nichtauftreten einer Fehlzündung auf der Basis des Werts PS des Innendrucks, der mit dem Innendrucksensor 12 erfasst und mit der Sensorausgabekorrektureinheit 17 korrigiert wird, und des geschätzten Arbeitsdruckwerts PM, der gleichzeitig mit der Motordruckschätzeinheit 20 berechnet wird. In dieser Ausführung bestimmt die Fehlzündungsbestimmungseinheit 27, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist, wenn das Verhältnis von PS/PM kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert α.
Auch in diesen alternativen Ausführungen können die Prozesse angewendet werden, wie sie in 4 bis 7 gezeigt sind.
10 zeigt Funktionsblöcke einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung. Gleiche Elemente wie in 1 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied in der in 8 gezeigten Ausführung besteht darin, dass in dieser Ausführung keine Arbeitsdruckkorrektureinheit 22 vorgesehen ist. Ein in einer Basisarbeitsdruckberechnungseinheit 21 berechneter Basisarbeitsdruck wird als geschätzter Arbeitsdruck auf der Basis einer Gaszustandsgleichung der Brennkammer verwendet.
In dieser Ausführung wird ein Prozess zur Fehlzündungsbewertung nur einmal in einem Zyklus des Fahrzeugfahrbetriebs durchgeführt. Als Variante kann der Prozess mehrere Male in einem Zyklus des Fahrzeugfahrbetriebs ausgeführt werden. Wenn häufig eine Fehlzündung auftritt, könnte die Abgastemperatur ansteigen und dementsprechend könnte der Katalysator schlechter werden, weil unverbrannter Kraftstoff zum Auspuffsystem gelassen und darin verbrannt wird. Abgesehen davon könnte das Emissionsverhalten schlechter werden, weil unverbrannten Kraftstoff enthaltende Gase abgegeben werden. Daher ist die Fehlzündungsbewertung sowohl im Hinblick auf den Schutz des Katalysators als auch im Hinblick auf Abgasbestimmungen erforderlich.
Es wird geprüft, ob ein Parameter, der für die Fehlzündungsbewertung gesetzt ist, einen bestimmten Wert überschreitet. Wenn der Parameter den Bestimmungswert überschreitet, wird das Fehlzündungsflag MIL auf 1 gesetzt, und es wird eine Fehlzündungswarnung ausgegeben. Insbesondere enthält die Fehlzündungswarnung etwa das Einschalten einer Warnleuchte im Instrumentenbrett, Information des Fahrers über eine Stimme während des Motorstarts, um eine Reparatur vorzuschlagen, oder das zwangsweise Umschalten eines Fahrzeugmodus zu einem abnormalen Fahrmodus, um eine Reparatur zu erzwingen.
Obwohl die Erfindung oben in Bezug auf bestimmte Ausführungen beschrieben worden ist, die Erfindung nicht auf diese bestimmten Ausführungen beschränkt. Die Erfindung kann sowohl für Benzinmotoren als auch Dieselmotoren angewendet werden.
Es wird eine Vorrichtung zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Motors angegeben, die einen Innendrucksensor 15 zum Erfassen eines Innendrucks einer Brennkammer des Motors sowie einen Kurbelwinkeldetektor 18 zum Erfassen eines Kurbelwinkels des Motors aufweist. Die Vorrichtung berechnet ein Volumen der Brennkammer auf der Basis des vom Kurbelwinkeldetektor 18 erfassten Kurbelwinkels. Eine Schätzeinrichtung 20 schätzt einen Arbeitsdruck des Motors gemäß einer das berechnete Volumen verwendenden Rechengleichung. Die Vorrichtung korrigiert den vom Innendrucksensor 15 erfassten Druck und/oder den von der Schätzeinrichtung 20 geschätzten Druck während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck zu minimieren. Die Vorrichtung bestimmt einen Verbrennungszustand während eines Verbrennungstakts des Motors auf der Basis einer Relation zwischen dem korrigierten Druck und dem anderen Druck. Die Vorrichtung identifiziert Parameter der Rechengleichung während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem vom Innendrucksensor 15 erfassten Druck und dem von der Schätzeinrichtung 20 geschätzten Druck zu minimieren.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Verbrennungsmotors, mit einem Innendruckerfassungsmittel (12, 15) zum Erfassen eines Innendrucks (P; PS) einer Brennkammer des Motors sowie einem Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) zum Erfassen eines Kurbelwinkels (θ) des Motors, wobei die Vorrichtung umfasst: ein Berechnungsmittel (19) zum Berechnen eines Volumens (V) der Brennkammer auf der Basis des vom Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) erfassten Kurbelwinkels (θ); ein Schätzmittel (20) zum Schätzen eines Arbeitsdrucks (P'; PM) des Motors gemäß einer das berechnete Volumen verwendenden Rechengleichung; ein Einstellmittel (22, 23) zum Einstellen des vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Drucks (P; PS) und/oder des vom Schätzmittel (20) geschätzten Drucks (P'; PM) während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck zu minimieren; und ein Bestimmungsmittel (27) zum Bestimmen einer Fehlzündung während des Verdichtungstakts des Motors, wenn ein Verhältnis (P/P'; PS/PM) des erfassten Drucks (P; PS) zum geschätzten Druck (P'; PM) nach jeweiligem Minimieren des Fehlers kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (α) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellmittel (22, 23) ein Identifizierungsmittel (23) zum Identifizieren von Parametern (k, C) der Rechengleichung während eines Verdichtungstakts des Motors umfasst, um den Fehler zwischen dem vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Druck und dem vom Schätzmittel (20) geschätzten Druck zu minimieren; und worin das Bestimmungsmittel (27) den Verbrennungszustand auf der Basis einer Relation zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck, der zum Minimieren des Fehlers korrigiert ist, bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellmittel (22, 23) umfasst: ein Modifizierungsmittel (22), um, während eines Verdichtungstakts des Motors, den vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Druck gemäß einer Modifizierungsgleichung zu modifizieren; und ein Identifizierungsmittel (23) zum Identifizieren von Parametern der Modifizierungsgleichung, um den Fehler zwischen dem vom Modifizierungsmittel (22) modifizierten Druck und dem vom Schätzmittel (20) geschätzten Druck zu minimieren, und worin das Bestimmungsmittel (27) einen Verbrennungszustand auf der Basis des geschätzten Drucks und des erfassten Drucks, der zum Minimieren des Fehlers modifiziert ist, bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechengleichung eine Zustandsgleichung für Gase in der Brennkammer umfasst und die Identifizierung der Parameter (k, C) in einem Kurbelwinkel während eines Intervalls (a) seit dem Schließen eines Lufteinlassventils bis zum Übergang zu einem Verbrennungstakt durchgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzmittel (20) umfasst: ein Arbeitsdruckberechnungsmittel (21) zum Berechnen eines Arbeitsdrucks auf der Basis des vom Berechnungsmittel (19) berechneten Brennkammervolumens; und ein Modifizierungsmittel (22) zum Modifizieren des Arbeitsdrucks unter Verwendung der vom Identifikationsmittel (23) identifizierten Parameter (k, C).
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizierungsmittel (23) aufgebaut ist, um eine Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Drücken zu berechnen, und dann zu bestimmen, dass die Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Druckwerten konvergiert, wenn die Standardabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, um die identifizierten Parameter (k, C) anzuwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzmittel (20) umfasst: ein Arbeitsdruckberechnungsmittel (21) zum Berechnen eines Basisarbeitsdrucks auf der Basis des vom Berechnungsmittel (19) berechneten Brennkammervolumens.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schätzmittel (20) umfasst: ein Modifizierungsmittel (22) zum Modifizieren des Basisarbeitsdrucks unter Verwendung vorbestimmter Parameter.
Verfahren zum Erfassen des Verbrennungszustands eines Verbrennungsmotors mit einem Innendruckerfassungsmittel (12, 15) zum Erfassen eines Innendrucks (P; PS) einer Brennkammer des Motors sowie einem Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) zum Erfassen eines Kurbelwinkels (θ) des Motors, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Berechnen (S133) eines Volumens (V) der Brennkammer auf der Basis des vom Kurbelwinkelerfassungsmittel (18) erfassten Kurbelwinkels (θ); Schätzen (S137) eines Arbeitsdrucks (P'; PM) des Motors gemäß einer Rechengleichung unter Verwendung des berechneten Volumens; Einstellen (S139–S143) des vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Drucks (P; PS) und/oder des im Schätzschritt (20) geschätzten Drucks (P'; PM) während eines Verdichtungstakts des Motors, um den Fehler zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck zu minimieren; und Bestimmen (S147, S149) eines Verbrennungszustands während eines Verdichtungstakts des Motors, wenn ein Verhältnis (P/P'; PS/PM) des erfassten Drucks (P; PS) zum geschätzten Druck (P'; PM) nach jeweiligem Minimieren des Fehlers kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (α) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellschritt einen Schritt (S115) enthält, Parameter der Rechengleichung während eines Verdichtungstakts des Motors zu identifizieren, um den Fehler zwischen dem vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Druck und dem im Schätzschritt (20) geschätzten Druck zu minimieren; und worin der Bestimmungsschritt einen Schritt (S149) enthält, einen Verbrennungszustand auf der Basis einer Relation zwischen dem erfassten Druck und dem geschätzten Druck, der zum Minimieren des Fehlers korrigiert ist, zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellschritt die Schritte enthält: Modifizieren, während eines Verdichtungstakts des Motors, des vom Innendruckerfassungsmittel (12, 15) erfassten Drucks gemäß einer Modifizierungsgleichung; und Identifizieren (S167) von Parametern (k, C) der Modifizierungsgleichung, um den Fehler zwischen dem im Modifizierungsschritt (22) modifizierten Druck und dem im Schätzschritt geschätzten Druck zu minimieren; und worin der Bestimmungsschritt einen Schritt (S149) enthält, einen Verbrennungszustand auf der Basis des geschätzten Drucks und des erfassten Drucks, der zum Minimieren des Fehlers modifiziert ist, zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechengleichung eine Zustandsgleichung für Gase in der Brennkammer umfasst und die Identifizierung der Parameter (k, C) in einem Kurbelwinkel während eines Intervalls (a) seit dem Schließen eines Lufteinlassventils bis zum Übergang zu einem Verbrennungstakt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, worin der Schätzschritt (20) die Schritte enthält: Berechnen (S181) eines Arbeitsdrucks auf der Basis des im Rechenschritt berechneten Brennkammervolumens; und Modifizieren des Arbeitsdrucks unter Verwendung der im Identifizierungsschritt identifizierten Parameter (k, C).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Identifizierungsschritt einen Schritt (S169) enthält, eine Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Drücken zu berechnen, und zu bestimmen, dass die Standardabweichung zwischen den geschätzten Druckwerten und den erfassten Druckwerten konvergiert, wenn die Standardabweichung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, um die identifizierten Parameter (k, C) anzuwenden.