DE102017122057A1 - Systeme zur Diagnose eines Zustands eines Motors - Google Patents

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Abstract

Es sind verschiedene Systeme und Verfahren geschaffen, um ein Zylinderklopfen zu erkennen. In einem Beispiel kann ein Zylinderklopfen basierend auf einer Klopfüberwachungseinrichtung erkannt werden, die ein Klopfen basierend auf einer Ausgabe von einem Kurbelwellendrehzahlsensor erkennt.

Description

  • GEBIET
  • Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands betreffen z.B. einen Motor, Motorkomponenten und ein Motorsystem.
  • HINTERGRUND
  • Motorklopfen kann durch einen oder mehrere dedizierte Klopfsensoren erfasst werden, die z.B. Motorschwingungen messen. In Abhängigkeit von der Konfiguration des Motors kann es jedoch schwierig sein, festzustellen, welcher Zylinder klopft, sofern nicht einzelne Zylinderklopfsensoren vorhanden sind, die kostspielig sein und die Komplexität des Motors erhöhen können. Somit können gegebenenfalls alle Zylinder angepasst Zündzeitpunkte oder andere Parameter haben, um das Klopfen zu reduzieren, was den Motorwirkungsgrad reduzieren und Emissionen beeinträchtigen kann.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einem Aspekt enthält ein System einen Sensor, der eingerichtet ist, um einen Parameter eines Motors zu messen, der mehrere Zylinder aufweist, und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um ein von dem Sensor ausgegebenes Signal abzutasten, das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, wobei die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten gemäß einer rekursiven Summenspektralanalyse des abgetasteten Signals bestimmt wird, einen Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Diagnose einzustellen.
  • In dem zuvor erwähnten System kann der Sensor vorzugsweise ein Kurbelwellendrehzahlsensor sein, wobei zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen und um den Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um ein Zylinderklopfen zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • Als eine Alternative kann der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor sein, wobei zur Abtastung des von dem Sensor ausgegebenen Signals die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor mit einer Zeitsteuerung abzutasten, die einer Abtastzeitsteuerung eines Kurbelwellendrehzahlsensors entspricht, das abgetastete Signal zu verarbeiten, um die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das abgetastete Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen und um den Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um ein Zylinderklopfen zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einigen bevorzugten Ausführungsformen kann der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor sein, wobei zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Veränderung einer Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen und um den Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um eine verschlechterte Komponente eines Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV, positive crankcase ventilation)-Systems zu diagnostizieren, wenn die Veränderung der Größe halber Ordnung größer als eine Schwellenveränderung ist.
  • Insbesondere kann die Veränderung der Größe halber Ordnung eine Differenz zwischen einer ersten Größe halber Ordnung, wenn das PCV-System aktiv ist, und einer zweiten Größe halber Ordnung enthalten, wenn das PCV-System inaktiv ist, wobei die Komponente des PCV-Systems einen Ölfilter aufweisen kann.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um, wenn die Veränderung der Größe halber Ordnung nicht größer ist als die Schwellenveränderung und die erste Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist, eine Verschlechterung einer Zylinderkomponente zu diagnostizieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Sensor ein Abgas-NOx-Sensor sein, wobei zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen und um den Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um eine Zylinderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Sensor ein Abgasdrucksensor oder ein Abgastemperatursensor sein, wobei zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung zu bestimmen und um den Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet sein kann, um eine Zylinderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassung einer Brennstoffeinspritzmenge oder -zeitsteuerung einzustellen.
  • In einem weiteren Aspekt enthält ein System einen Motor mit mehreren Zylindern, die mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind, einen Kurbelwellendrehzahlsensor und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um eine Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor abzutasten, ein Zylinderklopfen basierend auf der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu detektieren und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
  • In dem zuvor erwähnten System gemäß dem zweiten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um das Zylinderklopfen basierend auf der Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor unabhängig von der Ausgabe von einem Klopfsensor zu detektieren.
  • Zusätzlich oder als eine Alternative kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um eine Frequenzkomponente halber Ordnung der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu erhalten, eine Größe der Frequenzkomponente halber Ordnung zu bestimmen und ein Zylinderklopfen in einem einzelnen Zylinder des Motors anzuzeigen, falls die Größe größer als eine Schwellengröße ist.
  • Weiter zusätzlich kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um als Reaktion auf das Anzeigen des Zylinderklopfens in einem einzelnen Zylinder basierend auf einer Phase eines ausgewählten Frequenzkomponentensignals der Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu identifizieren, welcher Zylinder gerade klopft.
  • In einigen Ausführungsformen des Systems gemäß dem zweiten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um eine Frequenzkomponente sechster Ordnung der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu erhalten, eine Größe des Frequenzsignals sechster Ordnung zu bestimmen und ein Zylinderklopfen in jedem Zylinder des Motors anzuzeigen, falls die Größe größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einigen Ausführungsformen des Systems gemäß dem zweiten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um mehrere Größen zu erhalten, die jeweils einer jeweiligen Frequenzkomponente entsprechen, und ein Zylinderklopfen anzuzeigen, wenn eine kombinierte Größe aus allen der mehreren Größen größer als eine Schwellengröße ist.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem zweiten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassen einer Kraftstoffeinspritzmenge zu einem klopfenden Zylinder anzupassen.
  • In einem noch weiteren Aspekt enthält ein System einen Motor mit mehreren Zylindern, die mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind, einen Kurbelwellendrehzahlsensor und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um ein von dem Kurbelwellendrehzahlsensor ausgegebenes Signal abzutasten, das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe einer ausgewählten Frequenzkomponente des Signals zu bestimmen, wobei die Größe aus dem Signal bestimmt wird, das während eines gegebenen Bereiches von Kolbenpositionen für einen Zylinder des Motors abgetastet wird, ein Zylinderklopfen des Zylinders zu detektieren, wenn die Größe eine Schwellengröße überschreitet, und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
  • Insbesondere kann der gegebene Bereich von Kolbenpositionen zehn bis siebzig Grad nach dem oberen Totpunkt aufweisen.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem dritten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um mehrere Größen zu erhalten, die jeweils einer jeweiligen Frequenzkomponente entsprechen, und ein Zylinderklopfen anzuzeigen, wenn eine kombinierte Größe aus allen der mehreren Größen größer als eine zweite Schwellengröße ist.
  • In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System gemäß dem dritten Aspekt kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassung einer Kraftstoffeinspritzmenge zu einem klopfenden Zylinder anzupassen.
  • Es sollte verstanden werden, dass die vorstehende Kurzbeschreibung dazu vorgesehen ist, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung nachstehend beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstandes zu identifizieren, dessen Schutzumfang einzig durch die Ansprüche, die der detaillierten Beschreibung folgen, definiert ist. Außerdem ist der Anspruchsgegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, die irgendwelche Nachteile lösen, die vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnt sind.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung nicht beschränkender Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, worin nachstehend:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem Motor.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zylinders des Motors nach 1.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems, das den Motor nach 1 enthält.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm auf hoher Ebene, das ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands eines Motors veranschaulicht.
  • 5–7 zeigen Flussdiagramme, die ein Verfahren zur Ausführung einer Klopfüberwachungseinrichtung veranschaulichen.
  • 8 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Ausführung einer Blow-by(Ansaugen von Nebenluft)-Überwachungseinrichtung veranschaulicht.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Ausführung einer Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung betrifft verschiedene Ausführungsformen zur Diagnose eines Zustands eines Motors, wie etwa des in den 1–3 veranschaulichten Motors, basierend auf einer Ausgabe von einem oder mehreren Sensoren, die eingerichtet sind, um einen Parameter des Motors zu messen. Die abgetastete Sensorausgabe kann verarbeitet werden, um eine Größe (einen Betrag) einer oder mehrerer ausgewählter Frequenzkomponenten zu bestimmen, die dann mit einer einwandfreien Größe verglichen wird, um den Motor zu diagnostizieren. Die Verarbeitung kann ein Verarbeiten des Signals von dem Sensor durch Anwenden einer Spektralanalyse mit rekursiver Summe enthalten, die auch eine Identifizierung einer Phase des abgetasteten Signals ermöglicht. In einigen Beispielen kann die Phase verwendet werden, um festzustellen, welcher Zylinder des Motors dem diagnostizierten Zustand unterliegt, falls dies anwendbar ist.
  • In einem Beispiel kann der diagnostizierte Motorzustand ein Zylinderklopfen enthalten, was basierend auf einer Spektralanalyse der Kurbelwellentorsionsleistung/-größe detektiert werden kann, wie dies durch die Verfahren gemäß den 4–7 veranschaulicht ist. Insbesondere kann ein Goertzel-Algorithmus auf die Zahn-zu-Zahn-Zeitablaufdaten des Kurbelwellendrehzahlsensors für zwei Grundfrequenzen, die halbe Ordnung (um ein Klopfen eines einzelnen Zylinders zu detektieren) und höhere Ordnungen (um Mehr-Zylinder-Klopfen zu detektieren), angewandt werden, und ein Klopfen wird detektiert, falls die Leistung/Größe größer als ein Nicht-Klopfen-Schwellenwert ist. Zur Erhöhung der Robustheit der Detektion können „nahegelegene“ Frequenzen identifiziert werden, und es kann das Parsevalsche Theorem verwendet werden, um die Leistungs-/Größenniveaus für alle Frequenzen zu kombinieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Analyse während eines bestimmten Fensters eines gegebenen Zylinderzyklus durchgeführt werden, wenn erwartet wird, dass ein Klopfen auftritt, um falsche positive Detektionen zu vermeiden. In einem weiteren Beispiel kann ein Klopfen auf die gleiche Weise unter Verwendung von Daten von einem Kurbelgehäuse-Überdruck(COP, crankcase over-pressure)-Sensor detektiert werden. Die an den Daten von dem COP-Sensor durchgeführte Spektralanalyse kann auch dazu verwendet werden, bei der Identifizierung einer Quelle von Blow-by (Ansaugen von Nebenluft) in dem Kurbelgehäuse zu unterstützen, wie dies in 8 veranschaulicht ist.
  • Die Spektralanalyse unter Verwendung des Goertzel-Algorithmus kann ferner auf Abgassensordaten während eines Motorknalltests zur Detektion einer Fehlzündung angewandt werden, wie in 9 veranschaulicht. (Ein Motorknalltest enthält eine aufeinanderfolgende Überfüllung jedes Zylinders mit Kraftstoff während eines Motorstarts, wobei ein Betreiber den Funktionszustand des Zylinders basierend darauf überwacht, ob während jedes Überfüllereignisses ein hörbares Knallgeräusch gehört wird). Zum Beispiel kann eine Fehlzündung basierend auf einer Spektralanalyse von Temperatur- und/oder Drucksensordaten und/oder basierend auf Abgas-Ionisationssensordaten (z.B. NOx-Sensordaten oder Lambda-Sondendaten, ferner unter Berücksichtigung der Gastransportverzögerung basierend auf der Position des Sensors) detektiert werden.
  • Der hierin beschriebene Lösungsansatz kann in vielfältigen Motorbautypen und vielfältigen motorangetriebenen Systemen verwendet werden. Einige dieser Systeme können stationär sein, während andere teilmobile oder mobile Plattformen sein können. Teilmobile Plattformen können zwischen Betriebszeiträumen verlagert werden, indem sie bspw. auf Tiefladern montiert sind. Mobile Plattformen umfassen selbstangetriebene Fahrzeuge. Derartige Fahrzeuge können Straßentransportfahrzeuge sowie Bergbauausrüstung, Wasserfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und andere geländetaugliche Fahrzeuge (OHV, off-highway vehicles) umfassen. Der Klarheit der Darstellung wegen ist eine Lokomotive als ein Beispiel für ein selbstangetriebenes Schienenfahrzeug und im weiteren Sinne als ein Beispiel für eine mobile Plattform, die ein System unterstützt, das eine Ausführungsform der Erfindung enthält, vorgesehen.
  • Vor einer weiteren Erläuterung des Lösungsansatzes, um eine Abstimmung von Flüssigkraftstoffinjektionen in einem Mehr-Kraftstoff-Motor zu erzielen, ist ein Beispiel einer Plattform offenbart, in der ein Motor für ein Fahrzeug, bspw. ein Schienenfahrzeug, eingerichtet sein kann. Zum Beispiel zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Fahrzeugsystems 100, das hierin als ein Schienenfahrzeug 106 (z.B. eine Lokomotive) dargestellt ist, das eingerichtet ist, um auf einer Schiene 102 mittels mehrerer Räder 112 zu fahren. Wie dargestellt, enthält das Schienenfahrzeug 106 einen Motor 104. In anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Motor 104 eine stationäre Kraftmaschine, wie bspw. in einer Kraftwerksanwendung, oder ein Motor in einem Wasserfahrzeug oder einem anderen geländetauglichen Fahrzeugantriebssystem, wie vorstehend erwähnt, sein.
  • Der Motor 104 empfängt Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlasskanal 114. Der Einlasskanal 114 empfängt Umgebungsluft von einem Luftfilter 160, der Luft von der Außenseite des Schienenfahrzeugs 106 filtert. Ein aus der Verbrennung in dem Motor 104 resultierendes Abgas wird zu einem Abgaskanal 116 geliefert. Das Abgas strömt durch den Abgaskanal 116 und aus einem Abgasschacht des Schienenfahrzeugs 106 heraus. In einem Beispiel ist der Motor 104 ein Dieselmotor, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. In anderen nicht beschränkenden Beispielen kann der Motor 104 zusätzlich einen Kraftstoff, einschließlich Benzin, Kerosin, Erdgas, Biodiesel oder andere Erdöldestillate mit ähnlicher Dichte durch Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) verbrennen.
  • In einer Ausführungsform ist das Schienenfahrzeug 106 ein dieselelektrisches Fahrzeug. Wie in 1 dargestellt, ist der Motor 104 mit einem elektrischen Stromerzeugungssystem gekoppelt, das einen Alternator/Generator 122 und elektrische Fahrmotoren 124 enthält. Zum Beispiel ist der Motor 104 ein Diesel- und/oder Erdgasmotor, der eine Drehmomentausgabe erzeugt, die zu dem Generator 122 übertragen wird, der mit dem Motor 104 mechanisch gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist der Motor 104 hierin ein Mehr-Kraftstoff-Motor, der mit Dieselkraftstoff und Erdgas arbeitet, wobei jedoch in anderen Beispielen der Motor 104 verschiedene Kombinationen von anderen Kraftstoffen als Diesel und Erdgas, wie bspw. nur Dieselkraftstoff, verwenden kann.
  • Der Generator 122 erzeugt elektrischen Strom, der für eine nachfolgende Verbreitung zu vielfältigen stromabwär tigen elektrischen Komponenten gespeichert und verwendet werden kann. Als ein Beispiel kann der Generator 122 mit mehreren Fahrmotoren 124 elektrisch gekoppelt sein, und der Generator 122 kann elektrische Leistung den mehreren Fahrmotoren 124 zuführen. Wie dargestellt, sind die mehreren Fahrmotoren 124 jeweils mit einem von mehreren Rädern 112 verbunden, um Zugkraft zum Antreiben des Schienenfahrzeugs 106 zu liefern. Eine beispielhafte Konfiguration enthält einen Fahrmotor pro Radsatz. Wie hierin dargestellt, entsprechen sechs Paare von Fahrmotoren jeweils sechs Paaren von Antriebsrädern des Schienenfahrzeugs. In einem weiteren Beispiel kann der Alternator/Generator 122 mit einem oder mehreren Widerstandsgittern 126 gekoppelt sein. Die Widerstandsgitter 126 können eingerichtet sein, um überschüssiges Motordrehmoment über Wärme abzuleiten, die durch die Gitter aus der durch den Alternator/Generator 122 generierten Elektrizität erzeugt wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 einen Turbolader 120 enthalten, der zwischen dem Einlasskanal 114 und dem Abgaskanal 116 angeordnet ist. Der Turbolader 120 erhöht die Luftladung der Umgebungsluft, die in den Einlasskanal 114 eingezogen wird, um eine größere Ladedichte während einer Verbrennung zu schaffen, um die Leistungsabgabe und/oder den Motorbetriebswirkungsgrad zu erhöhen. Der Turbolader 120 kann einen (nicht veranschaulichten) Verdichter enthalten, der wenigstens teilweise durch eine (nicht veranschaulichte) Turbine angetrieben ist. Während in diesem Fall ein einziger Turbolader enthalten ist, kann das System mehrere Turbinen- und/oder Verdichterstufen enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 ferner ein (in 3 als die Nachbehandlungsvor richtung 314 veranschaulichtes) Nachbehandlungssystem enthalten, das in dem Abgaskanal stromaufwärts und/oder stromabwärts des Turboladers 120 angeschlossen ist. In einer Ausführungsform kann das Nachbehandlungssystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, diesel oxidation catalyst) und einen Dieselpartikelfilter (DPF, diesel particulate filter) enthalten. In anderen Systemen kann das Nachbehandlungssystem zusätzlich oder alternativ eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen enthalten. Derartige Emissionssteuervorrichtungen können einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen Dreiwegekatalysator, eine NOx-Falle oder verschiedene andere Vorrichtungen oder Systeme enthalten.
  • Das Fahrzeugsystem 100 kann ferner ein Abgasrückführungs(EGR, exhaust gas recirculation)-System 130 enthalten, das an den Motor 104 gekoppelt ist und das ein Abgas aus dem Abgaskanal 116 des Motors 104 zu dem Einlasskanal 114 stromabwärts des Turboladers 120 leitet. In einigen Ausführungsformen kann das Abgasrückführungssystem 130 ausschließlich mit einer Gruppe eines oder mehrerer Geberzylinder des Motors (die auch als ein Geberzylindersystem bezeichnet wird) gekoppelt sein. Wie in 1 dargestellt, enthält das EGR-System 130 einen EGR-Kanal 132 und einen EGR-Kühler 134, um die Temperatur des Abgases zu reduzieren, bevor es in den Einlasskanal 114 eintritt. Durch Einbringen eines Abgases in den Motor 104 wird die Menge des zur Verbrennung verfügbaren Sauerstoffes verringert, wodurch die Verbrennungsflammentemperaturen reduziert werden und die Bildung von Stickoxiden (z.B. NOx) reduziert wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann das EGR-System 130 ferner ein EGR-Ventil zur Steuerung einer Abgasmenge, die von dem Abgaskanal 116 des Motors 104 zu dem Einlasskanal 114 des Motors 104 zurückgeführt wird, enthalten. Das EGR-Ventil kann ein Ein/Aus-Ventil sein, das durch die Steuereinrichtung 110 gesteuert wird, oder es kann z.B. eine variable EGR-Menge steuern. Wie in der nicht beschränkenden beispielhaften Ausführungsform nach 1 veranschaulicht, ist das EGR-System 130 ein Hochdruck-EGR-System. In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsystem 100 zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System enthalten, das die EGR von einer Stelle stromabwärts der Turbine zu einer Stelle stromaufwärts des Verdichters leitet.
  • Wie in 1 dargestellt, enthält das Fahrzeugsystem 100 ferner ein Kühlsystem 150. Das Kühlsystem 150 wälzt ein Kühlmittel durch den Motor 104 um, um Motorabwärme zu absorbieren und das erwärmte Kühlmittel zu einem Wärmetauscher, wie bspw. einem Kühler 152, zu verteilen. Ein Gebläse 154 kann mit dem Kühler 152 gekoppelt sein, um eine Luftströmung durch den Kühler 152 hindurch aufrechtzuerhalten, wenn sich das Fahrzeug 106 langsam bewegt oder angehalten ist, während der Motor läuft. In einigen Beispielen kann die Gebläsedrehzahl durch eine Steuereinrichtung, wie bspw. die Steuerung 110, gesteuert sein. Das Kühlmittel, das durch den Kühler 152 gekühlt wird, tritt in einen Behälter 156 ein. Das Kühlmittel kann anschließend durch eine Wasser- oder Kühlmittelpumpe (nicht veranschaulicht) zu dem Motor 104 zurück oder zu einer anderen Komponente des Fahrzeugsystems, wie etwa dem EGR-Kühler, gepumpt werden.
  • Das Schienenfahrzeug 106 enthält ferner einen Motorcontroller 110 (der hier nachstehend als die Steuereinrichtung bezeichnet wird), um verschiedene Komponenten im Zu sammenhang mit dem Schienenfahrzeug 106 zu steuern. Als ein Beispiel können die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugsystems mit der Steuereinrichtung 110 über einen Kommunikationskanal oder Datenbus gekoppelt sein. In einem Beispiel enthält die Steuereinrichtung 110 ein Computersteuersystem. Die Steuereinrichtung 110 kann zusätzlich oder alternativ einen Speicher enthalten, der nicht-transitorische computerlesbare Speichermedien (nicht veranschaulicht) vorhält, die einen Code enthalten, um eine Überwachung und Steuerung des Schienenfahrzeugbetriebs an Bord zu ermöglichen.
  • Die Steuereinrichtung 110 kann Informationen von mehreren Sensoren erhalten und kann Steuersignale zu mehreren Aktuatoren senden. Die Steuereinrichtung 110 kann, während sie eine Steuerung und ein Management des Schienenfahrzeugs 106 beaufsichtigt, eingerichtet sein, um Signale von vielfältigen Motorsensoren, wie hier nachstehend weiter ausgeführt, zu empfangen, um Betriebsparameter und Betriebszustände zu bestimmen und entsprechend verschieden Motoraktuatoren einzustellen, um einen Betrieb des Schienenfahrzeugs 106 zu steuern. Zum Beispiel kann die Motorsteuerung 110 Signale von verschiedenen Motorsensoren empfangen, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Motordrehzahl, Motorlast, Saugrohrluftdruck, Ladedruck, Auslassdruck, Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur, Auslasstemperatur (wie etwa von den Sensoren 320 und 322 nach 3, wie nachstehend beschrieben), Partikelfiltertemperatur, Partikelfiltergegendruck, Motorkühlmitteldruck, Gastemperatur in dem EGR-Kühler, Abgasrußmenge (vom Ruß-/Partikelsensor) oder dergleichen, enthalten. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung 110 das Schienenfahrzeug 106 durch Senden von Befehlen zu verschiedenen Komponenten, wie etwa den Fahrmotoren 124, dem Alterna tor/Generator 122, den Zylinderventilen, Kraftstoffinjektoren, einer Kerbdrossel oder dergleichen, steuern. Es können andere Aktuatoren an verschiedene Stellen in dem Schienenfahrzeug gekoppelt sein.
  • 2 zeigt eine Ausführungsform einer Brennkammer oder eines Zylinders 200 eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors, wie bspw. des Motors 104, der vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben ist. Der Zylinder 200 kann als ein Zylinderkopf 201, der die Einlass- und Auslassventile und den Kraftstoffinjektor, wie nachstehend beschrieben, aufnimmt, und ein Zylinderblock 203 definiert sein. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Mehrzylindermotors einen gesonderten Zylinderkopf enthalten, der mit einem gemeinsamen Zylinderblock gekoppelt ist.
  • Der Motor kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem gesteuert sein, das die Steuereinrichtung 110 enthält, die in weiterer Kommuniktationsverbindung mit einem Fahrzeugsystem, wie etwa dem in Bezug auf 1 vorstehend beschriebenen Fahrzeugsystem 100, stehen kann. Wie vorstehend beschrieben, kann die Steuereinrichtung 110 ferner Signale von verschiedenen Motorsensoren, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, die Motordrehzahl von einem Kurbelwellendrehzahlsensor 209, Motorlast, Ladedruck, Abgasdruck, Umgebungsdruck, COx-Niveaus, Abgastemperatur, NOx-Emission, Motorkühlmitteltemperatur (ECT, engine coolant temperature) von dem Temperatursensor 230, der mit einer Kühlhülse 228 gekoppelt ist, etc., empfangen. In einem Beispiel kann der Kurbelwellendrehzahlsensor ein Halleffektsensor, ein Sensor mit variabler Reluktanz oder ein linearer variabler Differenzwandler sein, der eingerichtet ist, um die Kurbelwellendrehzahl basierend auf der Geschwindigkeit eines oder mehrerer Zähne an einem Rad der Kurbelwelle zu bestimmen. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung 110 das Fahrzeugsystem durch Senden von Befehlen zu verschiedenen Komponenten, wie bspw. dem Alternator, den Zylinderventilen, der Drossel, den Kraftstoffinjektoren, etc., steuern.
  • Der Zylinder (d.h. die Brennkammer) 200, kann Brennkammerwände 204 mit einem darin positionierten Kolben 206 enthalten. Der Kolben 206 kann mit einer Kurbelwelle 208 gekoppelt sein, so dass eine hin- und hergehende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. In einigen Ausführungsformen kann der Motor ein Viertaktmotor sein, in dem jeder der Zylinder in einer Zündreihenfolge während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 208 zündet. In anderen Ausführungsformen kann der Motor ein Zweitaktmotor sein, in dem jeder der Zylinder in einer Zündreihenfolge während einer Umdrehung der Kurbelwelle 208 zündet.
  • Der Zylinder 200 empfängt Ansaugluft zur Verbrennung von einem Einlass, der einen Ansaugkanal 210 enthält. Der Ansaugkanal 210 empfängt Ansaugluft über ein Saugrohr. Der Ansaugkanal 210 kann z.B. zusätzlich zu dem Zylinder 200 mit anderen Zylindern des Motors kommunizieren, oder der Ansaugkanal 210 kann ausschließlich mit dem Zylinder 200 kommunizieren.
  • Ein aus der Verbrennung in dem Motor resultierendes Abgas wird zu einem Auslass geliefert, der einen Auslasskanal 212 enthält. Das Abgas strömt durch den Auslasskanal 212 in einigen Ausführungsformen (in 2 nicht veranschaulicht) zu einem Turbolader und zu der Atmosphäre, über ein Abgassam melrohr. Der Auslasskanal 212 kann ferner z.B. Abgase von anderen Zylindern des Motors, zusätzlich zu dem Zylinder 200, empfangen.
  • Jeder Zylinder des Motors kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile enthalten. Zum Beispiel ist der Zylinder 200 veranschaulicht, wie er wenigstens ein Einlasssitzventil 214 und wenigstens ein Auslasssitzventil 216 enthält, die in einer oberen Region des Zylinders 200 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors, einschließlich des Zylinders 200, wenigstens zwei Einlasssitzventile und wenigstens zwei Auslasssitzventile enthalten, die an dem Zylinderkopf angeordnet sind.
  • Das Einlassventil 214 kann durch die Steuereinrichtung 110 über einen Aktuator 218 gesteuert sein. Ebenso kann das Auslassventil 216 durch die Steuereinrichtung 110 über einen Aktuator 220 gesteuert sein. Während einiger Zustände kann die Steuereinrichtung 110 die den Aktuatoren 218 und 220 zugeführten Signale variieren, um die Öffnung und Schließung der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 214 und des Auslassventils 216 kann durch jeweilige Ventilpositionssensoren 222 bzw. 224 bestimmt werden. Die Ventilaktuatoren können z.B. von der elektrischen Ventilbetätigungsbauart oder der Nockenbetätigungsbauart oder eine Kombination von diesen sein.
  • Die zeitliche Abstimmung der Einlass- und Auslassventile kann gleichzeitig gesteuert sein, oder es kann eine beliebige Möglichkeit von variabler Einlassnockenzeitsteuerung, variabler Auslassnockenzeitsteuerung, doppelter unab hängiger variabler Nockenzeitsteuerung oder fester Nockenzeitsteuerung verwendet werden. In anderen Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktuator oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen variablen Ventilzeitsteuerungsaktuator oder ein variables Ventilzeitsteuerungsbetätigungssystem gesteuert sein. Ferner können die Einlass- und Auslassventile durch die Steuereinrichtung basierend auf den Betriebsbedingungen gesteuert werden, um einen variablen Hub zu haben.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors mit einem oder mehreren Kraftstoffinjektoren zur Lieferung von Kraftstoff zu diesem eingerichtet sein. Als ein nicht beschränkendes Beispiel zeigt 2, wie der Zylinder 200 einen Kraftstoffinjektor 226 enthält. Der Kraftstoffinjektor 226 ist veranschaulicht, wie er unmittelbar mit dem Zylinder 200 gekoppelt ist, um Kraftstoff direkt in diesen zu injizieren. Auf diese Weise bietet der Kraftstoffinjektor 226 etwas, was als eine Direkteinspritzung eines Brennstoffs in einen Verbrennungszylinder 200 bezeichnet wird. Der Kraftstoff kann zu dem Kraftstoffinjektor 226 von einem Hochdruck-Kraftstoffsystem geliefert werden, das einen Kraftstofftank 232, Kraftstoffpumpen und eine (nicht veranschaulichte) Kraftstoffleiste enthält. In einem Beispiel ist der Kraftstoff Dieselkraftstoff, der in dem Motor durch Kompressionszündung verbrannt wird. In anderen nicht beschränkenden Ausführungsformen kann der Kraftstoff Benzin, Kerosin, Biodiesel oder andere Erdöldestillate mit ähnlicher Dichte durch Kompressionszündung (und/oder Funkenzündung) sein. Ferner kann, wie nachstehend in größeren Einzelheiten erläutert, jeder Zylinder des Motors eingerichtet sein, um alternativ oder zusätzlich zu dem Dieselkraftstoff einen gasförmigen Kraftstoff (z.B. Erdgas) zu erhalten. Der gasförmige Kraftstoff kann zu dem Zylinder 200 über das Saugrohr, wie nachstehend erläutert, oder einen anderen geeigneten Zuführmechanismus geliefert werden.
  • 3 zeigt eine schematische Diagrammdarstellung eines Motorsystems 300, das den Mehrzylindermotor 104 mit mehreren Zylindern 200 enthält. Somit enthält das Motorsystem 300 den Motor 104, der vorstehend in Bezug auf 1 beschrieben ist. Der Motor 104 enthält ein Kurbelgehäuse 340, das die Kurbelwelle des Motors (mit der die Kolben in dem Zylindern des Motors gekoppelt sind) aufnimmt. Das Kurbelgehäuse 340 kann einen Ölsumpf aufnehmen, der als die Ölversorgung für den Motor dienen kann.
  • Der Motor 104 erhält Ansaugluft zur Verbrennung von dem Saugrohr 302. Das Saugrohr 302 erhält Ansaugluft von dem Einlasskanal 114, der Umgebungsluft von einem (in 1 veranschaulichten) Luftfilter empfängt, der Luft von der Außenseite eines Fahrzeugs filtert, in dem der Motor 104 positioniert sein kann. Die Strömung der Ansaugluft in das Ansaugrohr 302 hinein kann durch die Drossel 312 gesteuert sein, deren Position durch die Steuereinrichtung 110 gesteuert sein kann.
  • In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Motor 104 ein V12-(Zwölfzylinder-V-)Motor, der 12 Zylinder aufweist. In anderen Beispielen kann der Motor ein V6-, V8-, V10-, V16-, I4-(Vierzylinder-Reihen-), I6-, I8-, Vierzylinder-Boxermotor oder von einer anderen Motorbauart sein. Aufgrund der V-Konfiguration des Motors enthält der Motor eine erste Zylinderbank mit sechs Zylindern (z.B. Zylinder 1–6) und eine zweite Zylinderbank, die sechs Zylinder (z.B. Zylinder 7–12) aufweist. Das Saugrohr 302 ist zwischen den beiden Zylinderbänken angeordnet und ist eingerichtet, um Ansaugluft zu jedem Zylinder jeder Bank über mehrere Ansaugkanäle zu liefern. Während dies in 3 nicht veranschaulicht ist, ist jeder Ansaugkanal mit einem gesonderten Zylinderkopf gekoppelt, der wenigstens teilweise einen Zylinder definiert. Somit wird Ansaugluft, die durch das Saugrohr strömt, zu mehreren Ansaugkanälen verteilt, die jeweils mit einem gesonderten Zylinderkopf des Motors strömungsmäßig verbunden sind.
  • Das Saugrohr 302 ist eingerichtet, um Ansaugluft zu den Zylindern des Motors zu liefern, wie dies vorstehend beschrieben ist. Jedoch enthält das Saugrohr 302 in einigen Beispielen ferner Durchgänge zur Ableitung eines Kühlmittels aus dem Motor und zur Lieferung eines gasförmigen Brennstoffs zu dem Motor. An sich enthält das Saugrohr 302 einen ersten Durchgang 304, der eingerichtet ist, um Ansaugluft strömen zu lassen. Der erste Durchgang 304 ist mit den mehreren Ansaugkanälen gekoppelt. Der erste Durchgang 304 empfängt Ansaugluft aus dem Ansaugkanal 114.
  • Um ein Kühlmittel aus dem Motor abzuleiten, kann das Saugrohr 302 einen zweiten Durchgang 306 enthalten. Der zweite Durchgang 306 empfängt ein Kühlmittel, das z.B. aus jedem Zylinderkopf heraus geleitet wird, und der zweite Durchgang leitet das Kühlmittel zurück zu dem allgemeinen Motorkühlmittelsystem 318. Das Motorkühlmittelsystem 318 kann eine oder mehrere Kühlmittelkomponenten, wie etwa einen Kühler (z.B. den Kühler 152 nach 1), einen Kühlmittelbehälter (z.B. den Behälter 156), Kühlleitungen, Pumpen und/oder andere Komponenten, enthalten. Somit wird ein Kühl mittel aus dem Motorkühlmittelsystem zu dem Motor 104 gepumpt, wo es durch einen oder mehrere Ummantelungen des Zylinderblocks und/oder Zylinderkopfes (z.B. die Kühlmittelhülse 228) strömt, um den Motor zu kühlen. Das Kühlmittel läuft anschließend aus dem Motor über Ableitleitungen ab, die aus jedem Zylinderkopf heraus zu dem zweiten Durchgang 306 führen, und das Kühlmittel wird zu dem Motorkühlmittelsystem zurückgeführt.
  • In einigen Betriebsmodi kann der Motor 104 sowohl mit einer Verbrennung von Flüssigkraftstoff (z.B. Dieselkraftstoff) als auch mit einer Verbrennung eines gasförmigen Kraftstoffs (z.B. Erdgas) arbeiten. Während flüssiger Kraftstoff zu jedem Zylinder gemäß der Konfiguration, die vorstehend in Bezug auf 2 beschrieben ist, geliefert wird, kann gasförmiger Kraftstoff zu jedem Zylinder über einen dritten Durchgang 308 des Saugrohrs 302 geliefert werden. Wie in 3 veranschaulicht, kann der dritte Durchgang 308 des Saugrohrs 302 eine Zufuhr eines gasförmigen Kraftstoffs von einem Behälter 316 für gasförmigen Kraftstoff über eine oder mehrere Leitungen für gasförmigen Kraftstoff, Pumpen, Druckregler, etc. empfangen. In einigen Ausführungsformen kann der Behälter 316 für gasförmigen Kraftstoff von dem Motor 304 entfernt, wie beispielsweise an einem anderen Schienenwagen (z.B. an einem Kraftstofftenderwagen), angeordnet sein, und der gasförmige Kraftstoff kann zu dem Motor 104 über eine oder mehrere Kraftstoffleitungen geliefert werden, die die gesonderten Wagen durchlaufen. Jedoch kann der Behälter 316 für gasförmigen Kraftstoff in anderen Ausführungsformen an demselben Fahrzeug wie der Motor 104 angeordnet sein. Der dritte Durchgang 308 kann mehrere Gaseinlassventile enthalten, die jeweils eingerichtet sind, um gasförmigen Kraftstoff aus dem dritten Durchgang 308 zu einem jeweiligen Zylinderkopf zu liefern. Jedoch kann in einigen Beispielen auf den dritten Durchgang, die Gaseinlassventile und den Behälter für gasförmigen Kraftstoff verzichtet werden, und der Motor kann nur mit flüssigem Kraftstoff (z.B. Diesel) arbeiten.
  • Das aus der Verbrennung in dem Motor 104 resultierende Abgas wird zu einem Auslasskanal 116 geliefert, in dem das Abgas durch eine Nachbehandlungsvorrichtung 314 behandelt wird und/oder durch einen oder mehrere Turbolader strömt, bevor es in die Atmosphäre austritt. In der in 3 veranschaulichten Konfiguration weist jede Zylinderbank ein Abgassammelrohr auf. Zum Beispiel sind in 3 Abgassammelrohre 310a und 310b veranschaulicht. Jedes Abgassammelrohr empfängt ein Abgas, das aus jedem Zylinder einer jeweiligen Zylinderbank freigesetzt wird (über einen Abgaskanal des jeweiligen Zylinderkopfes, wie beispielsweise den Abgaskanal 312 nach 2). Jedes Abgassammelrohr 310a, 310b leitet das Abgas zu dem gemeinsamen Auslasskanal 116.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann das Motorsystem mehrere Sensoren enthalten. Zum Beispiel kann jedes Abgassammelrohr einen jeweiligen Abgasparametersensor enthalten. Wie veranschaulicht, enthält das Abgassammelrohr 310a einen Abgasparametersensor 320, und das Abgassammelrohr 310b enthält einen Abgasparametersensor 322. In einem Beispiel kann jeder Abgasparametersensor ein Temperatursensor sein. Zusätzlich oder alternativ kann jeder Abgasparametersensor ein Drucksensor sein. Die Sensoren 320 und 322 können Signale, die eine Abgastemperatur und/oder einen Abgasdruck repräsentieren, zu der Steuereinrichtung (z.B. der Steuereinrichtung 110) senden. Ein weiterer Abgasparametersensor 324 kann in dem Ab gaskanal 116 stromabwärts der Abgassammelrohre positioniert sein. Der weitere Abgasparametersensor kann ein Sauerstoffsensor, ein NOx-Sensor und/oder ein anderer geeigneter Sensor sein, der eingerichtet ist, um für eine Abgassauerstoffkonzentration und/oder NOx-Konzentration kennzeichnende Signale zu der Steuereinrichtung zu senden. Das Kurbelgehäuse 340 kann einen Kurbelgehäusedrucksensor 326 aufnehmen, der eingerichtet ist, um Signale, die den Kurbelgehäusedruck kennzeichnen, zu der Steuereinrichtung zu senden.
  • Das Motorsystem 300 kann ferner ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem 350 enthalten. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 300 ist eingerichtet, um Abgas und/oder andere Verbrennungsprodukte, die an den Kolben vorbei in das Kurbelgehäuse eingeblasen werden können, zu dem Einlass zu leiten. Die Gase, die durch das Kurbelgehäuse nach außen entlüftet werden, sind die Folge einer Leckage um die Kolbenringe und Auskleidungen in den Brennräumen herum und können aus Kohlenwasserstoffpartikeln, Ruß, Motoröl und ihren Verunreinigungen bestehen. Diese Kurbelgehäusegase werden dann in das Lufteinlasssystem zurück entlüftet, um durch den Verbrennungsprozess verbraucht zu werden.
  • Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 350 enthält eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 352, die mit dem Kurbelgehäuse 340 an einem ersten Ende gekoppelt ist und mit dem Einlasskanal 114 an einem zweiten Ende gekoppelt ist. Innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 352 ist ein Ölfilter 354 positioniert. Der Ölfilter kann eine oder mehrere Leitbleche oder andere Strukturen enthalten, um Öl und/oder Kraftstoff aus den Kurbelgehäusedämpfen in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 352 zu entfernen. Öl, das sich in dem Ölfilter 354 ansammelt, kann anschließend zurück zu dem Ölsumpf des Kurbelgehäuses geleitet werden (wie durch die gestrichelte Linie veranschaulicht). Obwohl dies in 3 nicht veranschaulicht ist, kann das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 350 verschiedene Ventile enthalten, um eine Strömung von Dämpfen in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem zu steuern, wie beispielsweise ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil, das in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung positioniert ist (das steuerbar ist, um eine Strömung von Kurbelgehäusedämpfen durch die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung zu ermöglichen), und/oder ein Rückschlagventil, das in der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung positioniert ist (um eine Rückströmung komprimierter Ansaugluft zu verhindern).
  • In einigen Beispielen kann das Kurbelgehäuseentlüftungssystem ferner eine Rücklaufleitung 358 enthalten, die die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung zurück zu dem Kurbelgehäuse, stromaufwärts des Ölfilters koppelt. Eine Strömung von Dämpfen durch die Rücklaufleitung 358 kann durch ein Zweiwegeventil 360 gesteuert werden. Das Zweiwegeventil 360 kann z.B. als Reaktion auf einen Befehl von der Steuereinrichtung elektronisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Wenn zwei
  • Indem nun auf 4 verwiesen wird, ist ein Verfahren 400 zur Diagnose eines Zustands eines Motors (wie etwa des Motors 104 der 1–3) veranschaulicht. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise die Steuereinrichtung 110 der 1–3, entsprechend nicht-transitorischen Instruktionen, die darauf gespeichert sind, in Kombination mit einem oder mehreren Sensoren des Motorsystems (wie etwa den Abgasdruck-, Abgastemperatur-, Kur belwellendrehzahl-, Kurbelgehäusedruck- und/oder Abgassauerstoff- oder -Nox-Sensoren, wie vorstehend beschrieben) und einem oder mehreren Aktuatoren des Motorsystems (wie etwa dem Zweiwegeventil 360, den Kraftstoffinjektoren und dergleichen) ausgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren 400 eine oder mehrere Zustandsüberwachungseinrichtungen basierend auf momentanen Motorbetriebsbedingungen initiieren, die jeweils auf einen speziellen Motorzustand hin überwachen. Die Zustandsüberwachungseinrichtungen können das Auftreten von Motorklopfen, Zylindernebenluftansaugung und Zylinderfehlzündung überwachen, indem sie Signale von jeweiligen Sensoren erhalten, die Sensorsignale verarbeiten, um die Sensorausgabe in den Frequenzbereich zu transformieren, und anschließend ausgewählte Frequenzkomponenten durch Durchführung einer Spektralanalyse mit rekursiver Summe (rekursiven Summenspektralanalyse) an jedem Signal analysieren und ausgewählte Größen mit verschiedenen „einwandfreien“ Motorschwellenwerten vergleichen. Falls ein Zustand durch eine oder mehrere Zustandsüberwachungseinrichtungen diagnostiziert wird, kann ein Bediener des Fahrzeugs/Motors benachrichtigt werden, und/oder können verschiedene Motorbetriebsparameter angepasst werden, wie nachstehend beschrieben.
  • Bei 402 enthält das Verfahren 400 ein Bestimmen von Motorbetriebsparametern. Die bestimmten Betriebsparameter können einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Motordrehzahl, Motordrehmomentanforderung, Motortemperatur, eine Zeitdauer, seit eine vorherige Zustandsüberwachung initiiert worden ist, und andere Betriebsparameter enthalten. Bei 404 enthält das Verfahren 400 ein Feststellen, ob Bedingungen zur Diagnose des Motors erfüllt sind. In einigen Beispielen können die Bedingungen eine Schwellendauer (der Zeit, Motorzyklen, Fahrzeugreisestrecke, etc.) enthalten, die verstrichen ist, seitdem eine vorherige jeweilige Zustandsüberwachung durchgeführt worden ist, und dass der Motor unter definierten Bedingungen für eine jeweilige Zustandsüberwachungseinrichtung arbeitet. Die Bedingungen zur Initiierung jeder der jeweiligen Zustandsüberwachungseinrichtungen können für jede Zustandsüberwachungseinrichtung unterschiedlich sein und sind hier nachstehend in größeren Einzelheiten beschrieben.
  • Falls die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind, fährt das Verfahren 400 fort, Betriebsbedingungen bei 402 zu überwachen. Falls die Bedingungen erfüllt sind, schreitet das Verfahren 400 zu 406 fort, um eine oder mehrere angezeigte Zustandsüberwachungseinrichtungen zu initiieren, wobei jede Zustandsüberwachungseinrichtung ein Signal von einem Motorparametersensor abtastet und das Signal verarbeitet, um eine Größe oder einen Betrag einer oder mehrerer ausgewählter Frequenzkomponenten unter Verwendung einer rekursiven Summenspektralanalyse zu bestimmen.
  • Ein Initiieren einer Zustandsüberwachungseinrichtung kann bei 408 ein Initiieren einer Klopfüberwachungseinrichtung während eines ersten Zustands enthalten. Die Klopfüberwachungseinrichtung kann ein Zylinderklopfen detektieren, das eine Selbstzündung von Endgasen in einem Zylinder enthält. Während einer einwandfreien Verbrennung verläuft die Flammenfront ruhig von der Zündstelle zu den Zylinderwänden. Ein Motorklopfen tritt auf, wenn die Temperatur oder der Druck in den unverbrannten Endgasen ein Schwellenniveau überschreitet, was eine Selbstentzündung herbeiführt, wodurch eine Stoßwelle erzeugt wird, die den Zylinderspitzendruck ver größert. Wenn zugelassen wird, dass es fortbesteht, kann ein Motorklopfen zu einer Motorverschlechterung führen.
  • Der durch die Stoßwelle während des Motorklopfens verursachte Impuls regt eine Resonanz in dem Zylinder an einer bestimmten charakteristischen Frequenz an. Die Klopfüberwachungseinrichtung detektiert diese Resonanz durch Abtasten eines Signals von einem Kurbelgehäusedrehzahlsensor oder von einem Kurbelgehäusedrucksensor und Umwandeln des Signals in den Frequenzbereich. Die Größe (der Betrag) einer oder mehrerer ausgewählter Frequenzkomponenten, wie etwa der Komponente halber Ordnung, kann mit einem Nicht-Klopfen-Schwellenwert verglichen werden, und ein Klopfen kann angezeigt werden, wenn die Größe größer ist als der Schwellenwert.
  • Die Klopfüberwachungseinrichtung kann während nahezu aller Motorbetriebsbedingungen initiiert werden und kann ununterbrochen laufen, wenn der Motor läuft. Jedoch kann die Klopfüberwachungseinrichtung in einigen Beispielen nur während stationärer Zustände initiiert werden, wenn sich die Motordrehzahl (und somit die Kurbelwellendrehzahl) nicht verändert, um Rauschen aus dem Signal zu entfernen. Weitere Details über die Klopfüberwachungseinrichtung sind nachstehend im Zusammenhang mit 5 dargelegt.
  • Ein Initiieren einer Zustandsüberwachungseinrichtung kann bei 410 ein Initiieren einer Nebenluftansaugungs(Blow-by)-Überwachungseinrichtung während eines zweiten Zustands enthalten. Wie vorstehend in Bezug auf 3 erläutert, kann ein Ansaugen von Nebenluft (Blow-by) den Eintritt von Verbrennungsvorprodukten und/oder -produkten in das Kurbelgehäuse enthalten und kann durch abgenutzte Zylinderaus kleidungen, eine Kolbenringverschlechterung, einen geklemmten Kolbenring und/oder einen Kolbenfresser verursacht sein. Die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung kann das Signal, das durch den Kurbelgehäusedrucksensor ausgegeben wird, überwachen und das Signal mit einer schnellen Fourier-Transformation oder einer anderen Technik umwandeln und die rekursive Summenspektralanalyse anwenden. Durch eine richtige Auswahl von Bereichswerten der ausgewählten Frequenzkomponenten (z.B. harmonische Komponenten halber Ordnung oder erster Ordnung) können Leistungswerte, die anhand der Spektralanalyse berechnet werden, die Ursache der Nebenluftansaugkomponente (z.B. abgenutzte Auskleidung gegenüber einer Kolbenringverschlechterung) identifizieren und zwischen diesen unterscheiden. Ferner kann die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung gegebenenfalls nicht in der Lage sein, zwischen Zylinderproblemen, die zu der Detektion einer Nebenluftansaugung führen, und einem verstopften Ölkoaleszenzabscheider zu unterscheiden, der in dem Ölfilter des Kurbelgehäuseentlüftungssystems verwendet wird. Somit kann die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung, wie nachstehend in größeren Einzelheiten in Bezug auf die 8 beschrieben, während Zustände initiiert werden, in denen der Ölfilter mit dem Kurbelgehäuse strömungsmäßig gekoppelt ist und wenn der Ölfilter mit dem Kurbelgehäuse nicht strömungsmäßig gekoppelt ist, was somit eine Unterscheidung von Kurbelgehäuseüberdruckereignissen aufgrund einer Zylinderverschlechterung (z.B. Nebenluftansaugung) und aufgrund einer Verstopfung des Ölfilters ermöglicht.
  • Die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung kann in einem Beispiel während nahezu aller Motorlaufzustände initiiert werden. In anderen Beispielen kann die Nebenluft ansaugungs-Überwachungseinrichtung nur periodisch (z.B. nachdem eine Schwellendauer des Motorbetriebs verstrichen ist) oder während anderer Bedingungen initiiert werden. In einigen Beispielen kann die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung während eines Motorbetriebs kontinuierlich durchgeführt werden.
  • Ein Initiieren einer Zustandsüberwachung kann bei 412 ein Initiieren einer Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung während eines dritten Zustands enthalten, um auf eine Zylinderfehlzündung hin zu überwachen. Die Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung ist in größeren Einzelheiten nachstehend in Bezug auf 9 beschrieben. Kurz zusammengefasst, kann die Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung eine Fehlzündung in einem oder mehreren Zylindern detektieren, was enthalten kann, dass ein Zylinders kein planmäßiges Verbrennungsereignis durchläuft, was die Motorleistung reduzieren und Emissionen verschlechtern kann. Eine Fehlzündung kann in einem Beispiel durch einen verschlechterten Kraftstoffinjektor verursacht sein. Ferner kann die Fehlzündung in Beispielen, in denen der Motor ein Mehr-Kraftstoff-Motor ist, durch ein Substitutionsverhältnis, das für die momentanen Bedingungen zu hoch ist, verursacht sein. Die Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung kann eine Fehlzündung auf der Basis einer Spektralanalyse der Ausgabe eines oder mehrerer Abgasparametersensoren, wie etwa der Abgastemperatur, des Abgasdrucks und/oder der Abgaszusammensetzung (z.B. der Sauerstoffkonzentration), detektieren. Die Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung kann während nahezu aller Motorbetriebsbedingungen initiiert werden, oder sie kann nur während bestimmter Bedingungen (z.B. stationärer Zustände) initiiert werden.
  • Während die drei Zustandsüberwachungseinrichtungen, die vorstehend beschrieben sind (die Klopfüberwachungseinrichtung, die Nebenluftansaugungs-Überwachungseinrichtung und die Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung) beschrieben sind, wie sie während drei getrennter Zustände ausgeführt werden, sollte verstanden werden, dass der erste, der zweite und der dritte Zustand in einigen Beispielen einander überlappen können, so dass eine oder mehrere der Zustandsüberwachungseinrichtungen gleichzeitig ausgeführt werden.
  • Bei 414 bestimmt das Verfahren 400, ob ein Zustand des Motors basierend auf den Ergebnissen der einen oder mehreren Zustandsüberwachungseinrichtungen diagnostiziert worden ist. Zum Beispiel kann ein Motorklopfen detektiert werden, kann eine Zylindernebenluftansaugung detektiert werden, kann ein Verstopfen eines Ölfilters des Kurbelgehäuseentlüftungssystems detektiert werden und/oder kann eine Zylinderfehlzündung detektiert werden. Falls keiner dieser Zustände diagnostiziert worden ist, kehrt das Verfahren 400 zurück. Falls einer oder mehrere Zustände diagnostiziert werden, schreitet das Verfahren 400 zu 416 fort, um einen oder mehrere Betriebsparameter anzupassen. Die Betriebsparameter, die angepasst werden, können davon abhängen, welcher Zustand diagnostiziert wird. Falls z.B. Zylinderklopfen detektiert wird, können Kraftstoffeinspritzparameter, wie beispielsweise die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, angepasst werden. Falls z.B. Nebenluftansaugung detektiert wird, kann der Zylinderspitzendruck durch Anpassung von Kraftstoffeinspritzparametern (z.B. einer Kraftstoffeinspritzmenge) verringert werden. Falls z.B. eine Fehlzündung detektiert wird, kann eine Flüssigkraftstoffeinspritzmenge (z.B. im Verhältnis zu einer Einspritzmenge eines gasförmigen Kraftstoffs, wenn der Motor ein Mehr-Kraftstoff-Motor ist) vergrößert werden, kann die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung angepasst werden, oder es können andere Parameter angepasst werden. Bei 418 kann eine Benachrichtigung über den Zustand ausgegeben werden. Die Ausgabe der Benachrichtigung kann eine Benachrichtigung eines Bedieners des Fahrzeugs, in dem der Motor eingebaut ist, z.B. über eine Instrumententafelmeldung oder eine Anzeigeleuchte (z.B. eine Fehlfunktionsanzeigelampe, die auch als MIL (malfunction indication lamp) bezeichnet wird) und/oder ein Einstellen eines Diagnosecodes enthalten. Das Verfahren 400 kehrt anschließend zurück.
  • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zur Ausführung einer Klopfüberwachungseinrichtung veranschaulicht. Das Verfahren 500 kann durch eine Steuereinheit, wie etwa die Steuereinrichtung 110, gemäß darauf gespeicherten nicht-transitorischen Instruktionen ausgeführt werden. In einigen Beispielen kann die Steuereinrichtung 110 mehrere Knoten enthalten, eine hierarchische Organisation aufweisen, die in der Lage ist, eine Multi-Threaded-Verarbeitung durchzuführen, und/oder eine andere Konfiguration haben, die einem Teil des Verfahrens 500 ermöglichen kann, durch eine erste Ebene der Steuereinrichtung ausgeführt zu werden, während ein anderer Teil des Verfahrens 500 durch eine zweite, andere Ebene der Steuereinrichtung ausgeführt werden kann. Weitere Details über den mehrere Ebenen aufweisenden Prozess sind nachstehend beschrieben. Das Verfahren 500 kann Torsionsschwingungen halber Ordnung oder höherer Ordnung alleine oder in Kombination miteinander detektieren. In einem Beispiel kann das Verfahren 500 nur Torsionsschwingungen halber Ordnung detektieren, um das Auftreten eines Klopfens in einem einzelnen Zylinder des Motors zu detektieren. In anderen Bei spielen kann das Verfahren 500 Torsionsschwingungen sechster Ordnung detektieren, um das Auftreten eines Klopfens in jedem Zylinder des Motors zu detektieren (wenn der Motor 12 Zylinder enthält). Eine Detektion weiterer Torsionsschwingungsordnungen liegt innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung.
  • Wie vorstehend erläutert, ruft ein Zylinderklopfen eine durch Resonanz angeregte Stoßwelle hervor, die von der Temperatur und den Zylinderdimensionen abhängig ist und in dem Bereich von 5 kHz bis 7 kHz mit einer Variation von +/–400 Hz hochsensibel ist. Dieser Effekt kann mit einem Kurbelwellentorsionseffekt in dem Frequenzbereich gemessen werden. An sich kann eine stromabwärtige Auswirkung für diese stromaufwärtige Erzeugung einer Stoßwelle von 5 kHz bis 7 kHz analysiert werden. Somit können Komponenten halber Ordnung erfasst werden, um das Auftreten eines Klopfens in einem einzelnen Zylinder zu detektieren. Für die Detektion eines Klopfens in jedem Zylinder einer Motorkonfiguration mit 12 Zylindern kann dann eine Grundfrequenzkomponente sechster Ordnung analysiert werden. Die Analyse kann die Anwendung einer rekursiven Summenspektralanalyse, hierin eines Goertzel-Algorithmus, enthalten, die die Werte für das Auftreten von Klopfen in jedem Zylinder ergibt. Der Goertzel-Algorithmus kann ferner die Phase liefern, mit der der exakte Zylinder, der durch Klopfen beeinträchtigt ist, bestimmt werden kann. Gemeinsam mit der Auswahl einer einzelnen Grundfrequenz kann eine Nähe zu den Frequenzen ausgewählt und anschließend ein Parsevalsches Theorem angewandt werden, um die kombinierten Leistungs- oder Größenniveaus zu detektieren, die mit einem einwandfreien Zylinder (ohne Klopfen) verglichen werden, um die Klopfdetektion zu bestätigen.
  • Die Energieschwelle, die zur Identifizierung des Klopfens verwendet wird, kann anhand einer normalen und einwandfreien Verbrennung ohne Klopfen berechnet werden. Die Kurbelrad-Zahn-zu-Zahn-Zeitablaufwerte einer einwandfreien Verbrennung, die mit Goertzel verarbeitet werden, ergeben in einem Beispiel die Referenzenergieschwellenniveaus, und die detektierte Phase sollte in dem Bereich von 10 Grad bis 70 Grad nach dem oberen Totpunkt für das Auftreten von Klopfen liegen, da das Klopfen oder eine Stoßwellenresonanz in diesem Bereich auftreten wird.
  • Bei 502 enthält das Verfahren 500 ein Bestimmen einer Zeitmenge (Xn) zwischen dem Vorbeilaufen jedes Zahns eines Kurbelwellenrads an einem Kurbelwellensensor für einen vollständigen Motorzyklus (z.B. zwei Umdrehungen der Kurbelwelle). In einem Beispiel kann das Kurbelwellenrad mehrere Zähne enthalten, und die Zeitspanne zwischen Zeitpunkten, wenn ein erster Zahn und ein zweiter, benachbarter Zahn an dem Kurbelwellensensor vorbeilaufen, kann für jeden Zahn des Laufrads bestimmt werden. In einem Beispiel kann das Rad 90 Zähne enthalten, und somit können ungefähr 180 Xn Abtastwerte in einem Motorzyklus erfasst werden.
  • Bei 504 wird jeder Wert von Xn in einen rekursiven Summenalgorithmus, wie beispielswiese eine Goertzel-Summe, eingegeben. Weitere Details in Bezug auf die Goertzel-Summe sind nachstehend in Bezug auf 6 beschrieben. Kurz gesagt, berechnet die Goertzel-Summe einen Ausdruck (Sn) für jedes Xn, die auf vorherigen zwei Xn-Ausdrücken und einem kalibrierbaren Koeffizienten basiert. Der kalibrierbare Koeffizient kann es widerspiegeln, welche Frequenzkomponente gerade analysiert wird, und an sich kann die Goertzel-Summe für mehr als einen Koeffizienten / eine Frequenzkomponente angewandt werden. Wie vorstehend erläutert, kann die Goertzel-Summe für die Frequenzkomponente halber Ordnung und die Frequenzkomponente sechster Ordnung angewandt werden.
  • Ein modifiziertes Verfahren einer zeitbasierten Methode, die sich von der Kurbelwinkel-Methode unterscheidet, kann in Zuständen verwendet werden, in denen eine höhere Dynamik, die mit der Messung des Signals verbunden ist, Hochfrequenzrauschen erzeugt, das das Signal maskiert. In dieser zeitbasierten Methode können mehrere „nahegelegene“ ganzzahlige Vielfache der Zielfrequenzen (z.B. der Frequenzen halber Ordnung und sechster Ordnung) unter Verwendung der Goertzel-Transformation verarbeitet werden. In dieser Methode können Kurbelrad-Zahndatendauern oder andere Signale (z.B. Kurbelgehäusedruck, Abgasdruck) mit einer periodischen Rate, unabhängig von dem Kurbelwinkel erfasst werden. Wenn die „nahegelegenen“ ganzzahligen Vielfache der Zielfrequenzen einer Goertzel-Verarbeitung unterzogen werden, kann das Parsevalsche Theorem auf die erhaltenen verschiedenen ausgewählten Frequenzsignalenergien angewandt werden.
  • Für die Kurbelwinkel-basierte Methode ist die Goertzel-Bereichsweite durch die Gleichung gegeben:
    K = (RPM/120)/(90·(RPM/60)/180). In einem Beispiel, in dem (90-1 Kurbelrad, N = 180), K = 1 für die halbe Ordnung.
  • In der zeitbasierten Methode können in einem Beispiel die Frequenzen halber und/oder sechster Ordnung als die Grundzielfrequenzen bezeichnet werden, und die nahegelegenen Frequenzen können entsprechend den nachstehenden Gleichungen identifiziert werden, in denen RPM die Motordrehzahl in Um drehungen pro Minute ist, Fs die Abtastfrequenz (z.B. eine beliebige periodische Ratengruppe, wie etwa 10 ms) in Hz ist und N die Anzahl von Abtastwerten ist, wobei die ganzzahligen Frequenzen durch die Formel gegeben sind: Fn±s = Fn±s·(Fs/N)
    • Zielfrequenz 1 (Fn) – RPM/120 für ½ Ordnung
    • Zielfrequenz 2 (Fn-2) – [(RPM/120) – (2·Fs/N)] für ½ Ordnung
    • Zielfrequenz 3 (Fn-1) – [(RPM/120) – (Fs/N)] für ½ Ordnung, [(RPM/10) – (Fs/N)] für 6te Ordnung
    • Zielfrequenz 4 (Fn+1) – [(RPM/120) + (Fs/N)] für ½ Ordnung, [(RPM/10) + (Fs/N)] für 6te Ordnung
    • Zielfrequenz 5 (Fn+2) – [(RPM/120) + (2·Fs/N)] für ½ Ordnung, [(RPM/10) + (2·Fs/N)] für 6te Ordnung
  • Somit kann in einem Beispiel für die Frequenz halber Ordnung, wenn die Motordrehzahl 900 U/min beträgt, Fs 100 Hz beträgt (z.B. Abtastung alle 10 ms) und N 400 ist, die Zielfrequenz 2 7 Hz betragen, während die Zielfrequenz 3 7,25 Hz betragen kann, die Zielfrequenz 4 7,75 Hz betragen kann und die Zielfrequenz 5 8 Hz betragen kann.
  • Bei 506 werden die letzten beiden Ausdrücke jeder Goertzel-Summe, SN und SN-1, ausgegeben und bei 508 an ein Modell weitergeben, wo sie verwendet werden, um eine Amplitude und Phase für jede Goertzel-Summe zu bestimmen, wie sie auf jede ausgewählte Frequenzkomponente angewandt wird. Zusätzliche Details in Bezug auf dieses Modell sind nachstehend in Bezug auf 7 dargelegt. Kurz gesagt, repräsentieren die mehreren Abtastwerte Xn, die während des Motorzyklus erfasst werden, ein Signal, das verarbeitet werden kann, um die Amplitude und Phase des Signals zu bestimmen. Auf der Basis der Amplitude kann festgestellt werden, ob ein Klopfen vorliegt, und falls ein Klopfen vorliegt, kann die Phase des Signals verwendet werden, um festzustellen, welcher Zylinder klopft.
  • Bei 510 enthält das Verfahren 500 ein Anwenden des Parsevalschen Theorems, um eine kombinierte Größe jeder Amplitude, die für jede ausgewählte Frequenzkomponente der zeitbasierten Methode berechnet wird, zu berechnen. In einem Beispiel kann jede Amplitude/Größe, die durch das Modell ausgegeben wird (wobei jede einer gegebenen ausgewählten Frequenzkomponente entspricht), entsprechend der folgenden Gleichung kombiniert werden, worin E die Größe/Amplitude jeder Modellausgabe repräsentiert: Kombinierte Energie = |E1|2 + |E2|2 + |E3|2 + |E4|2 + |E5|2
  • Bei 512 enthält das Verfahren 500 ein Bestimmen, ob die kombinierte Größe größer als eine Schwellengröße ist. Die Schwellengröße kann eine geeignete Größe, wie beispielsweise eine Größe, die vorbestimmt wird, wenn keine Zylinder klopfen, sein. Falls die Größe größer ist als der Schwellenwert, schreitet das Verfahren 500 zu 514 fort, um anzuzeigen, dass ein Klopfen detektiert ist. Bei 516 enthält das Verfahren 500 optional ein Feststellen, welcher Zylinder klopft, basierend auf der vorstehend berechneten Phase des Signals. Bei 518 kann einer oder können mehrere Motorbetriebsparameter angepasst werden und/oder eine Benachrichtigung über die Fehlzündung ausgegeben werden. Zum Beispiel kann ein Zylinderklopfen sich ergeben, wenn eine Temperatur in einem Zylinder einen Schwellengrenzwert überschreitet. Somit kann als Reaktion auf ein detektiertes Klopfen die Temperatur des klopfenden Zylinders durch Deaktivierung des Zylinders für eine Dauer (z.B. durch Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung, Deaktivierung von Einlass- und/oder Auslassventilen), durch Einstellung der Zündzeitpunkte (wie beispielsweise durch Verzögerung der Zündfunkenzeitpunkte oder Verzögerung der Einspritzzeitpunkte), durch Reduktion des Ladedrucks oder durch eine andere geeignete Modifikation reduziert werden. Ferner kann die ausgegebene Benachrichtigung eine Benachrichtigung eines Betreibers des Fahrzeugs, in dem der Motor eingebaut ist, z.B. über ein Anzeigelicht (eine Fehlfunktionsanzeigelampe), oder ein Einstellen eines Diagnosecodes enthalten. Das Verfahren 500 kehrt anschließend zurück.
  • Falls die Amplitude bei 512 nicht größer ist als der Schwellenwert, schreitet das Verfahren 500 zu 518 fort, um bei 520 anzuzeigen, dass keine Fehlzündung detektiert ist, und die momentanen Betriebsparameter aufrechtzuerhalten. Das Verfahren 500 kehrt anschließend zurück.
  • Somit überwacht das Verfahren 500 ein Zylinderklopfen durch eine Analyse von Torsionsoszillationen der Kurbelwelle, die durch die verbrennenden Zylinder erzeugt werden. Während eines Betriebs ohne Klopfen sind die Torsionsoszillationen relativ gering. Falls jedoch ein Zylinder klopft und somit mit einem zusätzlichen Drehmoment zu der Kurbelwelle beiträgt, können die Torsionsoszillationen steigen. Diese können basierend auf einer Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor detektiert werden.
  • Um die Genauigkeit der Detektion von Klopfen mittels der Kurbelwellendrehzahlsensorausgabe zu erhöhen, können die Daten, die erfasst werden, um die Größe und Phase zu berechnen, nur während eines bestimmten Fensters oder bestimmter Fenster des Motorzyklus, wenn erwartet wird, dass ein Klopfen auftritt, erfasst werden. An sich kann in einigen Beispielen bei 502 des Verfahrens 500, wenn die Zeitdauer zwischen jedem Zahn ermittelt wird, die Zeit zwischen jedem Zahn nur während eines oder mehrerer Fenster des Motorzyklus bestimmt werden. Ein Klopfen tritt in dem Bereich von 10° bis 70° nach dem oberen Totpunkt (ATDC, after top dead center) für einen gegebenen Zylinder auf. Somit können Abtastwerte innerhalb dieses Bereiches erfasst werden. In anderen Beispielen, in denen die Abgaswerte für die vollständigen zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erfasst werden, sollte die von dem Goertzel-Algorithmus berechnete Phase innerhalb dieses Bereiches liegen, und falls somit die Phase außerhalb dieses Bereiches liegt, kann dies anzeigen, dass ein Klopfen nicht auftritt und dass andere Motorphänomene zu den Torsionsschwingungen beitragen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Bestätigung der spektralen Ergebnisse des Klopfens mit diesem rechten Fenster vorgenommen werden. Die berechnete Goertzel-Phase sollte in diesen Bereich des Kurbelwinkels (10° bis 70° ATDC) fallen, und wenn das kombinierte Größen-/Energieniveau größer ist als der Schwellenwert, kann das Klopfen in dem Zylinder detektiert werden. Anstatt jedoch die kombinierte Größe, wie vorstehend beschrieben, zu verwenden, kann ein Klopfen unter Verwendung einer einzelnen Grundfrequenz (z.B. der halben Ordnung) detektiert werden, wenn derartige Fenster techniken verwendet werden. Eine weitere Technik basiert auf spezifischen Bereichen der Kurbelwinkel, die 10° bis 70° ATDC repräsentieren, wobei Werte innerhalb dieses Bereiches erfasst werden können und die Goertzel-Summe angewendet werden kann, um robuste Ergebnisse des Zylinderklopfstatus zu erhalten. Dies wird sicherstellen, dass falsche Auslöseszenarien, wie beispielsweise Einlass-/Auslassventilschließzeitpunkte, nicht zu einer fehlerhaften Klopfdetektion beitragen.
  • Durch Verwendung der Sensorausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor kann auf direkte Klopfsensoren verzichtet werden, was Kosten reduzieren kann. Ferner sind direkte Klopfsensoren bei höheren Motordrehzahlen, wie etwa größer als 4000 U/min, ineffizient. Bei diesen hohen Motordrehzahlen können Zündzeitpunkte verzögert werden, um ein Klopfen zu vermeiden. Mit der Klopfdetektion gemäß der Offenbarung kann eine Klopfgrenzdetektion unabhängig von Motordrehzahlen durchgeführt werden, und es kann auch eine zylinderspezifische Klopfsteuerung angewandt werden.
  • Ferner kann in einigen Beispielen, anstatt auf den Kurbelwellendrehzahlsensor angewiesen zu sein, die Ausgabe von einem Kurbelgehäusedrucksensor (z.B. dem Sensor 326 nach 3) abgetastet und verwendet werden, um ein Klopfen zu detektieren. In derartigen Fällen kann das vorstehend beschriebene Verfahren in einer ähnlichen Weise durchgeführt werden. Das Kurbelgehäusedrucksensorsignal kann in Bezug auf Kurbelwellenradzahndaten abgetastet werden, wobei z.B. das Kurbelgehäusedrucksensorsignal jedes Mal abgetastet werden kann, wenn der Kurbelwellendrehzahlsensor einen Messwert ausgibt (wie beispielsweise jedes Mal, wenn ein Zahn des Rades an dem Drehzahlsensor vorbeiläuft), um die Kurbelgehäusedrucksensordaten mit Motorzeitsteuerungsdaten zu korrelieren.
  • Wie vorstehend beschrieben, enthält die Klopfüberwachungseinrichtung zwei Teile, einen ersten Teil, in dem die Goertzel-Summe anhand der erfassten Kurbelwellensensorausgabe oder Kurbelgehäusedrucksensorausgabe berechnet wird, um zwei Ausdrücke auszugeben, die in den zweiten Teil der Klopfüberwachungseinrichtung eingespeist werden, in dem die beiden Ausdrücke dazu verwendet werden, eine Phase und Amplitude zu berechnen, um ein Klopfen und den Zylinder, in dem das Klopfen auftritt, zu erkennen. Jeder Teil der Überwachungseinrichtung kann auf einer anderen Ebene der Logik in der Steuereinrichtung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der erste Teil auf einer niedrigeren Ebene durchgeführt werden, und der zweite Teil kann auf einer höheren Ebene durchgeführt werden. Dies kann die Durchführung der beiden Teile auf unterschiedlichen Knoten oder eine Durchführung derselben in verschiedenen Threads (Programmausführungssträngen) eines Multi-Thread-Prozessors enthalten.
  • 6–7 veranschaulichen den vorstehend beschriebenen rekursiven Goertzel-Algorithmus in größeren Einzelheiten, der die Variation der vorhandenen Kurbelwellenpositionssensor-Zahnzeitintervalle oder der abgetasteten Kurbelgehäusedrucksensorintervalle verwendet, um die Torsionsoszillationsordnungen der Motorkurbelwelle zu berechnen, um den Motorbetrieb zu messen. Die rekursive Goertzel-Summe wird zwischen dem Vorbeilaufen der Zeitsteuerungszähne in der oberen Ebene der Steuereinrichtung berechnet. Nach einem einzelnen Motorzyklus werden die letzten beiden Ausdrücke der Summe an die Steuerung der höheren Ebene für die Berechnung der Größe und Phase der Ordnung berichtet, die zur Identifizierung klopfender Zylinder genutzt werden kann. Einzelne klopfende Zylinder zeigen verstärkte Torsionsschwingungen halber Ordnung, und mehrere klopfende Zylinder zeigen verstärkte erste und höhere Ordnungen (z.B. sechste Ordnung) in einem Viertaktmotor.
  • Indem zunächst auf das Verfahren 600 nach 6 Bezug genommen wird, veranschaulicht dieses die beispielhafte Erfassung und rekursive Summenbildung, die an dem Kurbelwellensensorsignal durchgeführt wird. Jedoch sollte verstanden werden, dass das Verfahren nach 6 auf andere Sensorsignale, die in Bezug auf die Kurbelwellensensorausgabe erfasst werden, wie etwa das Kurbelgehäusedrucksensorsignal, angewandt werden könnte. Wie vorstehend erläutert, weist die Motorkurbelwelle ein Zeitsteuerungsrad mit gleichmäßig voneinander beabstandeten Zähnen auf, um die Einspritzung des Kraftstoffs an der richtigen Winkelposition des Motors zu steuern. Das Vorbeilaufen jedes Zahns wird durch die Steuereinrichtung gelesen. Selbst wenn die Zähne gleichmäßig beabstandet sind, variiert die Zeit zwischen den Zähnen, DT(n) (auch als Xn bezeichnet), aufgrund der Torsionsoszillation der Kurbelwelle, die durch die pulsierende Art der Zündung einzelner Zylinder und die elastischen Eigenschaften der Kurbelwelle verursacht wird. Wenn alle Zylinder gleichmäßig zünden, sind ihre Drehmomentimpulse in die Kurbelwelle ziemlich gleich, und die Phasendifferenz zwischen den Zylindern hat einen niedrigen Nettowert der niedrigeren Torsionsordnungen zur Folge. Wenn das Drehmoment eines Zylinders niedriger oder höher ist, heben sich die restlichen Drehmomentwerte nicht auf, und es kann ein höherer Nettowert der Kurbelwellentorsionsordnungen berechnet werden. Es kann effizienter sein, die Ausdrücke der rekursiven Goertzel-Summe zwischen dem Vorbeilaufen der einzelnen Zeitsteuerungszähne in dem unteren Teil der Steuereinrichtung zu berechnen.
  • Somit enthält das Verfahren 600 bei 602 ein Erhalten eines Xn-Wertes, der wie vorstehend beschrieben berechnet wird (z.B. der Zeitmenge zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Kurbelwellendrehzahlsensor einen ersten Zahn detektiert, und dem Zeitpunkt, wenn der Sensor einen zweiten Zahn detektiert, wobei der zweite Zahn der zu dem ersten Zahn unmittelbar benachbarte Zahn ist). Bei 604 wird ein erster Ausdruck Sn basierend auf Xn, Sn-1 und Sn-2 bestimmt. Um Sn zu bestimmen, wird der erhaltene Xn-Wert in die Gleichung eingegeben:
    Sn = Xn + Coeff·Sn-1 – Sn-2, wobei der Wert von Coeff von der Ordnung, die berechnet wird (z.B. halbe Ordnung, erste Ordnung, etc.), abhängt und wobei Sn-1 und S–2 die zwei zuvor berechneten Sn sind. In einem Beispiel kann Coeff durch die Gleichung bestimmt werden: 2cos 2πk / N , worin N die Anzahl der Abtastwerte ist und k der Zielfrequenzbereich ist (Ft/Fr, worin Ft die Zielfrequenz ist und Fr die Frequenzauflösung ist, die durch Fs/N bestimmt ist).
  • In einigen Beispielen, wie vorstehend in Bezug auf 5 beschrieben, kann der Xn-Wert in mehr als eine einzige Gleichung eingegeben werden, wobei jede Gleichung einen anderen Koeffizienten aufweist, der die ausgewählte Frequenzkomponente widerspiegelt.
  • Nachdem Sn berechnet ist, wird bei 606 Sn-1 zu Sn-2 gesetzt, während Sn zu Sn-1 gesetzt wird und der Abtastzähler um 1 inkrementiert wird. Anschließend wird bei 608 ermittelt, ob der Abtastzähler gleich oder größer als ein Schwellenzäh ler ist. Der Schwellenzähler kann die Anzahl von Zähnen, die der Sensor in einem vollständigen Motorzyklus detektiert (z.B. zwei Umdrehungen der Kurbelwelle und somit die zweifache Anzahl der Zähne an dem Rad), oder ein anderer geeigneter Zähler sein, der anzeigt, dass hinreichend Daten gesammelt worden sind, um eine Bestimmung der Torsionsschwingungsordnung(en) zu ermöglichen. In einem Beispiel, in dem das Rad 90 Zähne aufweist, kann der Zähler 180 betragen. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinrichtung über den Kurbelwellensensor mehr als einen einzigen Zahn des Zeitsteuerungsrades in einem Zeitpunkt lesen. Zum Beispiel kann der Kurbelwellensensor vier Zähne gleichzeitig erfassen. Infolgedessen kann die Steuereinrichtung 45 Abtastwerte für ein Kurbelwellenrad mit 90 Zähnen abtasten. In einem weiteren Beispiel können in dem Fall, dass das Kurbelwellenzahnrad 90 Zähne aufweist und die Steuereinrichtung zwei Zähne gleichzeitig erfassen kann, 90 Abtastwerte aufgenommen werden. Auf diese Weise kann sich der Zähler in dem Falle der Kurbelwellenwinkel-basierten Methode basierend auf der Anzahl von Zähnen, die in einem Zeitpunkt abgetastet werden, verändern. In dem Fall der zeitbasierten Methode kann die Anzahl von Abtastwerten von einem variablen Zähler sein, der wenigstens eine Größe aufweisen sollte, bei der das Signal verzerrungsfrei ist.
  • Falls der Zähler nicht größer als der Schwellenzähler ist, springt das Verfahren 600 in der Schleife zurück zu 602, und es wird ein Sn für das nächste Xn berechnet. Falls der Zähler gleich dem oder größer als der Schwellenzähler ist, werden die beiden letzten Ausdrücke, SN und SN-1, bei 610 ausgegeben, und alle Werte werden bei 612 zu null zurückgesetzt, um für einen nächsten Modulzyklus von vorne zu begin nen. Auf diese Weise wird die Summe für alle Zähne in zwei Umdrehungen der Kurbelwelle durchgeführt, und anschließend wird die Amplitude berechnet (wie nachstehend beschrieben).
  • Die letzten beiden Summenausdrücke, SN und SN-1, werden der Logik auf höherer Ebene der Steuereinrichtung berichtet, worin die Größe und Phase der Frequenz der Torsionsschwingungsordnung für diesen Motorzyklus berechnet werden. Die Amplitude und/oder Phase kann/können in einem Beispiel dazu verwendet werden, klopfende Zylinder zu identifizieren, kann/können in einem anderen Beispiel dazu verwendet werden, fehlzündende Zylinder zu identifizieren, oder kann/können für eine andere geeignete Bestimmung verwendet werden. Während die Verfahren hierin in Bezug auf die Bestimmung der letzten beiden Summenausdrücke auf der niedrigeren Ebene der Logik und ein Berichten derselben an die höhere Ebene der Logik zur weiteren Verarbeitung beschrieben worden sind, sind andere Konfigurationen möglich. Zum Beispiel können die Zahndaten (z.B. die Zeitmenge zwischen dem Vorbeilaufen jedes Zahns oder mehrerer Zähne des Rads) von der niedrigeren Ebene an die höhere Ebene übergeben werden, und alle Berechnungen können auf der höheren Ebene durchgeführt werden.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 700 zur Bestimmung einer Amplitude und Phase der in dem Verfahren 600 analysierten Frequenz veranschaulicht. Bei 702 enthält das Verfahren 700 ein Erhalten von SN und SN-1 von der Logik niedrigerer Ebene der Steuereinrichtung. Wie vorstehend in Bezug auf 6 erläutert, sind SN und SN-1 die letzten beiden Ausdrücke, die von dem rekursiven Goertzel-Algorithmus ausgegeben werden. An sich repräsentieren SN und SN-1 die gewünschte Frequenzkomponente (z.B. halbe Ordnung) für das ge samte abgetastete Signal, und sie enthalten reale und imaginäre Frequenzkomponenten. Die Größe (z.B. Amplitude) und Phase des Signals können anhand dieser beiden Ausdrücke bestimmt werden. Somit wird bei 704 die Amplitude basierend auf einer Signalleistungsbestimmung bestimmt. Die letzten beiden Ausdrücke werden in eine Gleichung eingegeben, um die Amplitude zu berechnen: Amp = ((SN·wr – SN-1)2 + (SN·wr)2)1/2·2/N
  • In der vorstehenden Gleichung repräsentiert Wr einen Realwert von w (z.B. den Cosinus von w), wobei w = (2π/N)·k, und k ist eine Konstante, die auf einer Abtastgröße, Zielfrequenz und Abtastfrequenz basiert. In der vorstehenden Gleichung repräsentiert Wi einen Imaginärwert von w (z.B. den Sinus von w).
  • Bei 706 kann die Phase gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: Phase = (ATAN2(SN·wr – SN-1, SN·wr)·2 + Off)
  • In der vorstehenden Gleichung kann sich ATAN2 auf eine Arcustangensfunktion mit zwei Argumenten beziehen, und Off kann ein Offset sein, der in einem Beispiel auf der Motorposition zu Beginn des Motorzyklus basieren kann. Wie vorstehend beschrieben, kann die Amplitude (die hierin auch als die Größe bezeichnet wird) mit einer Schwelle verglichen werden, um festzustellen, ob ein Klopfen vorliegt. Falls ein Klopfen vorliegt, kann die Phase anzeigen, welcher Zylinder klopfte. In einem Beispiel kann in dem Fall, dass kein Klopfen vorliegt, die zuvor berechnete Phase keine nützlichen In formationen liefern, und somit kann auf eine Berechnung der Phase verzichtet werden, falls kein Klopfen vorliegt. Falls ein Klopfen vorliegt, kann die Phase relativ zu der Startposition des Motors verwendet werden, um festzustellen, welcher Zylinder einem Klopfen unterliegt. In der zeitbasierten Methode ist die Phasen- und somit Zylinderidentifikation begrenzt, da die Abtastwerte außerhalb des Kurbelwellenwinkels erfasst werden.
  • Somit können die vorstehend präsentierten Verfahren 500, 600 und 700 dazu verwendet werden, ein Zylinderklopfen mit einem Goertzel-Algorithmus zu detektieren, der die Fourierkoeffizienten berechnet, indem er die RPM/Kurbelwellenzahnwerte (entsprechend dem dt zwischen Zahnnulldurchgängen) betrachtet. Der räumliche Goertzel verwendet keinen Speicher, um irgendwelche Datenpunkte zu speichern, was somit die Rechenressourcen reduziert und die Effizienz der Steuereinrichtung erhöht. Die mit dem Zahndurchgangsalgorithmus kombinierten Kurbelgehäusedruckwerte können ferner verwendet werden, um die Stelle des Klopfmodus in dem Motor zu identifizieren, indem die Phase des Goertzel-Filters betrachtet und diese mit der Zündreihenfolge des Motors korreliert wird. Abtastwerte können auch basierend auf dem richtigen Auftrittsfenster erfasst werden, um falsche oder verpasste Klopfdetektionen zu vermeiden. In dem Fall der zeitbasierten Methode kann die Goertzel-Summe auf sieben verschiedenen Stoßwellengrundfrequenzen implementiert werden, die mit dem Parsevalschen Energietheorem angewandt werden, um die Stärke und das Auftreten von Klopfen zu detektieren, und wenn sie hinsichtlich der Phase mit dem Kurbelwellenrad und dem rechten Fenster (10° bis 70° ATDC) richtig ausgerichtet ist, wird sie den Zylinder bestimmen, der gerade klopft. Die Fensterauswahl kann auch im Falle eines Benzinmotors auf Funkenzündungszeitpunkten oder im Falle von Mehr-Kraftstoff-Motoren (z.B. Diesel und gasförmiger Kraftstoff, wie etwa flüssiges Erdgas (LNG)) auf dem Zeitpunkt der Dieseleinspritzungen basieren. Für zwei Kraftstoffe wird die Funkenzündung dem Zeitpunkt der Dieselkraftstoffeinspritzung eines Injektors ähnlich sein. Somit sollte die Fensterauswahl der Zeitpunkt der Funkenzündung bei einem Benzinmotor bis 70° ATDC und der Zeitpunkt der Dieseleinspritzung bei einem Zweikraftstoffmotor bis 70° ATDC sein.
  • Indem nun auf 8 verwiesen wird, wird ein Verfahren 800 zum Ausführen einer Nebenluftansaugungs(Blow-by)-Überwachungseinrichtung präsentiert. Das Verfahren 800 kann durch eine Steuereinheit, wie etwa die Steuereinrichtung 110, gemäß darauf gespeicherten nicht-transitorischen Instruktionen durchgeführt werden. Das Verfahren 800 kann als ein Teil des Verfahrens 400 (z.B. als Reaktion darauf, dass Bedingungen zur Diagnose des Motors erfüllt sind) ausgeführt werden, oder das Verfahren 800 kann unabhängig von dem Verfahren 400 ausgeführt werden.
  • Bei 802 tastet das Verfahren 800 ein Signal, das von einem Kurbelgehäusedrucksensor, wie etwa dem Sensor 326 nach 3, ausgegeben wird, ab. Die Kurbelgehäusedrucksensorausgabe kann in Bezug auf die Zähne des Kurbelwellendrehzahlrads, wie vorstehend erläutert, gesammelt/abgetastet werden. Bei 804 verarbeitet das Verfahren 800 das Signal, um die Amplitude einer ausgewählten Frequenzkomponente zu bestimmen. In einem Beispiel kann die ausgewählte Frequenzkomponente die Frequenzkomponente halber Ordnung sein. In einem anderen Beispiel kann die ausgewählte Frequenzkomponente die Frequenzkomponente erster Ordnung sein. Die Amplitude des Signals kann unter Verwendung einer rekursiven Summenspektralanalyse bestimmt werden. In einem Beispiel kann die Amplitude entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren nach 6 bestimmt werden.
  • Bei 806 stellt das Verfahren 800 fest, ob die Amplitude größer ist als eine Schwellenamplitude. Die Schwellenamplitude kann eine Amplitude sein, die berechnet wird, wenn keine oder minimale Nebenluftansaugung in dem Motor auftritt. Falls die Amplitude nicht größer ist als der Schwellenwert, tritt keine wesentliche Nebenluftansaugung auf, und somit kehrt das Verfahren 800 zurück. Falls die Amplitude größer ist als der Schwellenwert, kann eine Nebenluftansaugung in dem Motor auftreten. Jedoch können die durch die Spektralanalyse detektierten Kurbelgehäusedruckvariationen auch auf einen verstopften Ölfilter in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem zurückzuführen sein. Somit schreitet das Verfahren 800, um zwischen den möglichen Ursachen der Kurbelgehäusedruckschwankungen zu unterscheiden, zu 808 fort, um ein Zweiwegeventil in dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem zu aktivieren, um die Kurbelgehäusedämpfe um den Ölfilter herum zu leiten. In einem Beispiel, wie in 3 veranschaulicht, kann das Zweiwegeventil in seiner Standardposition den Durchfluss von Kurbelgehäusedämpfen zu dem Ölfilter gestatten. In der aktivierten Position kann das Zweiwegeventil stattdessen die Kurbelgehäusedämpfe zurück zu dem Kurbelgehäuse strömen lassen.
  • Bei 810 wird das Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor erneut abgetastet, und bei 812 wird das Signal verarbeitet, um die Amplitude der ausgewählten Frequenzkomponente (z.B. der halben Ordnung oder der ersten Ordnung) zu bestim men, wie dies vorstehend in Bezug auf 804 des Verfahrens 800 beschrieben ist. Bei 814 stellt das Verfahren 800 fest, ob die Amplitude größer ist als die Schwellenamplitude. Falls die Amplitude nicht größer ist als der Schwellenwert, schreitet das Verfahren 800 zu 816 fort, um anzuzeigen, das die ursprünglich bei 806 detektierten Druckschwankungen auf einen verstopften Ölfilter zurückzuführen sind. Infolge der Vorbeileitung der Kurbelgehäusedämpfe um den Ölfilter herum und des nachfolgenden Verschwindens der Druckschwankungen kann daraus geschlossen werden, dass der verstopfte Ölfilter für die Schwankungen ursächlich war. Wenn der Ölfilterzustand detektiert wird, kann eine Benachrichtigung zu einem Bediener ausgegeben werden, um den Ölfilter zu warten. Das Verfahren 800 kehrt anschließend zurück.
  • Falls die Amplitude größer ist als die Schwelle, schreitet das Verfahren 800 zu 818 fort, um anzuzeigen, das die Druckschwankungen auf eine Nebenluftansaugung (Blow-by) zurückzuführen sind, die durch Zylinder- und/oder Kolbenprobleme, wie etwa eine abgenutzte Auskleidung oder einen verschlechterten Ring, verursacht ist. In derartigen Beispielen kann ein Bediener benachrichtigt werden, und Motorbetriebsparameter können angepasst werden, wobei bspw. die Motorleistung verringert wird, eine Kraftstoffeinspritzmenge zu dem Zylinder, der eine Nebenluftansaugung erfährt, reduziert wird, etc. Das Verfahren 800 kehrt dann zurück.
  • Somit kann eine Nebenluftansaugung eines Motors mit der Technik der schnellen Fourier-Transformation mit einer Eingabe von Kurbelgehäuseüberdruckwerten gemessen werden. Durch eine richtige Auswahl der Bereichswerte der harmonischen Komponenten halber Ordnung oder erster Ordnung werden Leistungswerte, die anhand einer Transformationstechnik (z.B. Goertzel) berechnet werden, die Ursache für eine Nebenluftansaugung einer Komponente bestimmen und zwischen diesen unterscheiden. Jedoch ist eine derartige Technik bei der Detektion der tatsächlichen Ursache für die Nebenluftansaugung ineffizient, falls diese durch einen verstopften Koaleszenzabscheider verursacht ist, der in hocheffizienten Ölabscheidern verwendet wird. Falls die Nebenluftansaugung aufgrund einer Verstopfung des Koaleszenzabscheiders auftritt oder spektrale Schwankungen der Kurbelgehäusedrucksensorfrequenz auf eine Verstopfung des Koaleszenzabscheiders zurückzuführen sind, dann ist es schwierig, zwischen den Gründen für die Nebenluftansaugung zu unterscheiden.
  • Wenn eine Nebenluftansaugung detektiert wird, kann der Nebenluftansaugungs-Detektionsalgorithmus ausgelöst werden, um die Größe oder Leistungswerte des Goertzel-Algorithmus zu finden. Dieser Detektionsmechanismus kann automatisch mittels einer Manipulation des Zweiwegeventils, wie beschrieben, durchgeführt werden. In anderen Beispielen kann er in einem Kundendienstzentrum durchgeführt werden, wobei das Überbrücken des Ölfilters von Hand durchgeführt wird (z.B. indem die Leitung von dem Kurbelgehäuse zu dem Filter mechanisch entfernt wird).
  • Techniken von Kurbelgehäuseentlüftungssystemen führen das Blow-by-Gas durch Abscheidung des Öls mittels des Ölfilters und Rückführung des gefilterten reinen Gases in die Atmosphäre oder zu dem direkten Luftansaugpfad ab. Immer dann, wenn eine Nebenluftansaugung detektiert wird, kann der hydraulische Pfad der Kurbelgehäuseentlüftung (PCV) mit elektronisch gesteuerten Zweiwegeventilaktuatoren oder einer manuellen Entfernung des PCV-Pfades zu dem Ansaugpfad modifiziert werden, und dann können die Kurbelgehäusedruckabtastwerte durch den Goertzel-Algorithmus verarbeitet werden. Falls die spektralen Ergebnisse der Werte eine niedrigere Goertzel-Größe oder -Leistung im Vergleich zu den einwandfreien Schwellengrenzwerten ergeben, kann festgestellt werden, dass die übermäßige Nebenluftansaugung auf eine Verstopfung des Ölfilter-Koaleszenzabscheiders zurückzuführen ist.
  • Auf diese Weise wird, sobald erfasst wird, dass eine Größe oder ein Energieniveau höher als eine Nebenluftansaugschwelle ist, der Koaleszenzabscheiderpfad umgeleitet, und die Goertzel-Spektralanalyse wird an dem abgetasteten Kurbelgehäusedrucksignal durchgeführt. Falls die Größe und Energie weiterhin größer als die Schwelle sind, wird anschließend festgestellt, dass die Nebenluftansaugung eine Folge des Zylinders ist. Falls das Problem gelöst wird (z.B. falls die Größe zu einem niedrigeren Wert als der Schwellenwert zurückkehrt), wird anschließend festgestellt, dass der Koaleszenzabscheider blockiert ist. Jedoch ist eine Beobachtung in dem Fall, dass der Koaleszenzabscheider blockiert, dass die Größe und Energie den Schwellenwert nicht erreichen, sondern das Kurbelgehäusedrucksignal ansteigt. In anderen Worten kann ein Verstopfen des Koaleszenzabscheiders dann angezeigt werden, wenn die Goertzel-Größe unter dem Schwellenwert liegt, jedoch das Kurbelgehäusedrucksignal selbst hoch ist.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 900 zur Ausführung einer Fehlzündungs-Überwachungseinrichtung veranschaulicht. Das Verfahren 900 kann durch eine Steuereinheit, wie etwa die Steuereinrichtung 110, gemäß darauf ge speicherten nicht-transitorischen Instruktionen durchgeführt werden. Das Verfahren 900 kann als ein Teil des Verfahrens 400 (z.B. als Reaktion darauf, dass die Bedingungen zur Diagnose des Motors erfüllt sind) ausgeführt werden, oder das Verfahren 900 kann unabhängig von dem Verfahren 400 ausgeführt werden.
  • Bei 902 bestimmt das Verfahren 900 Betriebsparameter. Die bestimmten Betriebsparameter können die Zeitdauer seit einem Motorstart, die Dauer, seitdem eine vorherige Überwachungseinrichtung initiiert worden ist, die Motordrehzahl und -last, etc. umfassen. Bei 904 enthält das Verfahren 900 ein Bestimmen, ob Bedingungen für einen Zylinderknalltest erfüllt sind. Ein Knalltest kann während eines Motorleerlaufbetriebs oder eines anderen Zustands mit geringer Last umfassen, dass jeder Zylinder aufeinanderfolgend überfüllt wird, bis ein „Knall“-Geräusch gehört wird. Ein Fehlen eines derartigen Knall-Geräusches kann auf Zylinderprobleme, wie etwa einen verschlechterten Kraftstoffinjektor, hinweisen. Jedoch ist der Knalltest kraftstoffintensiv, und er kann subtile Verbrennungsprobleme nicht genau detektieren. Somit kann gemäß hierin offenbarten Ausführungsformen während des Knalltests die Ausgabe von einem oder mehreren Abgasparametersensoren für jedes Überfüllereignis erfasst, gemäß der vorstehend beschriebenen rekursiven Goertzel-Summe verarbeitet werden, um z.B. die Amplitude der Frequenzkomponente halber Ordnung des Signals zu bestimmen, und mit einem Schwellenwert verglichen werden, um festzustellen, ob ein gegebener Zylinder fehlzündet. Durch eine Analyse der Ausgabe aus dem Abgassensor kann die Kraftstoffmenge, die während der Überfüllungsereignisse zu jedem Zylinder geliefert wird, reduziert werden.
  • Die Bedingungen zur Ausführung des Knalltests können umfassen, dass eine Schwellenzeitmenge (oder Strecke oder Motorzyklen) verstrichen ist, seitdem ein vorheriger Knalltest durchgeführt worden ist. Ferner kann der Knalltest während Bedingungen mit niedriger Motordrehzahl, wie etwa weniger als 440 U/min, durchgeführt werden. An sich können die Bedingungen zur Durchführung des Knalltests Motorleerlaufbedingungen oder Bedingungen während eines Motorstarts umfassen.
  • Falls die Bedingungen zur Ausführung des Knalltests nicht erfüllt sind, kehrt das Verfahren 900 zurück, um Bedingungen weiter zu überwachen, bis die Bedingungen erfüllt sind. Sobald die Bedingungen erfüllt sind, schreitet das Verfahren 900 zu 906 fort, um einen ersten Zylinder des Motors mit Kraftstoff zu überfüllen. Der erste Zylinder kann durch eine spezielle Menge für eine spezielle Dauer (z.B. 2–10 Sekunden) überfüllt werden. Während des Zeitraums der Kraftstoffüberfüllung wird das Amplituden-/Leistungsniveau einer ausgewählten Frequenzkomponente eines Abgasparametersensors erhalten, wie bei 908 angezeigt. Der Abgasparametersensor kann in einem Beispiel ein Temperatursensor sein. In einem anderen Beispiel kann der Abgasparametersensor ein Drucksensor sein. In einem noch weiteren Beispiel kann der Abgasparametersensor ein Zusammensetzungssensor, wie etwa ein Sensor, der die Sauerstoff- oder NOx-Konzentration detektiert, sein. Zum Beispiel kann das Leistungsniveau halber Ordnung für das Sauerstoffkonzentrationssignal ähnlich der Berechnung, die vorstehend in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben ist, erhalten werden.
  • Bei 910 wird der Prozess nachfolgend für jeden Zylinder wiederholt. Zum Beispiel wird die Kraftstoffbefüllung des ersten Zylinders wieder zu den normalen Befüllungsmengen zurückgebracht, und ein zweiter Zylinder wird mit Kraftstoff überfüllt. Anschließend wird die Amplitude halber Ordnung erhalten. Bei 912 zeigt das Verfahren 900 eine Zylinderfehlzündung basierend auf der (den) Amplitude(n) an. In einem Beispiel kann eine Zylinderfehlzündung angezeigt werden, wenn eine Amplitude halber Ordnung kleiner als ein Schwellenwert für einen einwandfreien Zylinder ist. Während der Bedingungen des Knalltests mit niedriger Motordrehzahl kann ein Zylinder, der beeinträchtigt ist (z.B. fehlzündet), von einem einwandfreien Zylinder nicht unterscheidbar sein. Wenn jedoch ein Zylinder während der Bedingungen mit niedriger Motordrehzahl mit Kraftstoff überfüllt wird, steigt die Amplitude halber Ordnung deutlich, beispielsweise auf das Fünffache oder mehr, an. Falls somit ein überfüllter Zylinder keine vergrößerte Amplitude halber Ordnung zeigt, kann der Zylinder fehlzünden, schwach oder in sonstiger Weise beeinträchtigt sein. Wenn ein Beeinträchtigungszustand eines oder mehrerer Zylinder des Motors erfasst wird, können Motorbetriebsparameter ähnlich den Anpassungen, die vorstehend in Bezug auf 4 erläutert sind, angepasst werden. Das Verfahren 900 kehrt anschließend zurück.
  • Somit kann die Zylinderfehlzündung in einem Beispiel mit NOx- oder O2-Sensorergebnissen während eines Knalltests detektiert werden. Der Knalltest ist eine kontinuierliche vordefinierte Kraftstoffüberfüllung einzelner Zylinder für eine spezifizierte Zeitdauer und ein spezifiziertes Muster. Während dieser Phase wird die Überfüllung durch die O2-Binärwerte des NOx- oder O2-Sensors detektiert. Der NOx- Sensor kann drei Werte, einen binären Lambdawert, einen linearen Lambdawert in % und eine NOx-Masse in ppm, anzeigen. Der binäre Lambdawert wird basierend auf einem fetten oder mageren Gemisch in dem Abgas wahr oder falsch sein. Während des Knalltests kann dies immer dann, wenn ein einzelner Zylinder mit Kraftstoff überfüllt wird, durch die binären Lambdawerte des NOx-Sensors erfasst werden. Da der Knall eine zeitsteuerungsbasierte Systemfunktion ist, kann eine Zylinderfehlzündung mit Gasionisatiosniveaus leicht detektiert werden. Die Detektionsfähigkeit kann durch Verarbeitung der O2- oder NOx-Werte des NOx-Sensors mit dem Goertzel-Algorithmus zu einem gekerbten Verhalten hin erweitert werden, und dadurch kann mit der Gastransportverzögerung eine Zylinderfehlzündung detektiert werden. Basierend auf der Sensorposition in dem Abgas muss jedoch die Gastransportverzögerung auf der Basis des Abgasmassenstroms und anderer Motorbetriebsdaten berücksichtigt werden.
  • In dem Fall eines Fehlzündungsdetektionsprozesses mit gekerbten Lasten können O2- oder NOx-Werte entsprechend dem Kurbelwinkel erfasst werden, um eine Referenz für die Zylinderidentifikation zu haben, weil ansonsten der fehlzündende Zylinder nicht identifiziert werden kann. Die Goertzel-Phase kann die Zylinderidentifikation bestimmen, wobei jedoch die Gastransportverzögerung in einen Phasenversatz (Phasenoffsetwert) umgesetzt werden kann, um den richtigen Zylinder zu bestimmen, und für den Bereichswert können Spektralkomponenten halber Ordnung oder erster Ordnung verwendet werden, um die Fehlzündung zu finden.
  • In dem Fall der Knall- oder Öffnungsaufheizmodi kann anstelle der Goertzel-Spektralergebnisse eine direkte Sensormessung mit Zeitsteuerungen verwendet werden, um die Fehlzündung gemeinsam mit der Gastransportverzögerung zu verfolgen. Jedoch können die spektralen Ergebnisse während eines Knalltests auch dazu beitragen, die Sensorempfindlichkeit oder den Sensorversatz (Offset) zu finden. Die Sensorempfindlichkeit oder der Versatz sind wesentliche Komponenten bei der Bestimmung des Sensorfunktionszustandes. Somit können Goertzel-Leistungswerte während dieses speziellen Betriebsmodus (Knall) mit einem neuen Sensor als eine Basis dienen, und die Werte nach einer Alterung haben eine Abweichung zur Folge, die den Versatz oder die Empfindlichkeit des Sensors bestimmen kann. Der O2- oder NOx-Sensor kann während spezieller Modi, wie dem Knall-Modus, mit diesem Selbstlernen eingerichtet sein.
  • In einem weiteren Beispiel können die Goertzel-Ergebnisse des Abgasdrucks und der Abgastemperatur während des Knalltestmodus überwacht werden. Eine Veränderung der Werte wird in dem Frequenzspektrum beobachtet, indem die richtige Grundfrequenz (z.B. Komponente halber Ordnung / erster / sechster Ordnung, etc.) mit einer beträchtlichen Änderung der Kraftstoffmenge ausgewählt wird. Das spektrale Antwortverhalten kann zu der Überfüllmenge und jeglicher Fehlzündung im Verlauf des Betriebs im Verhältnis stehen. Schwankungen / Reduktionen der physikalischen Mengen werden erfasst und können verwendet werden, um Fehlzündungen zu erfassen.
  • Hier können die Drucksensorwerte während des mit dem Kurbelwinkel ausgerichteten Knallmodus erfasst werden. Die erfassten Werte werden einer Goertzel-Verarbeitung unterzogen, die die Leistung und Phase bestimmen und wiederum den fehlzündenden Zünder identifizieren wird. Ein weiteres Ver fahren besteht darin, Temperatursensorwerte zu erfassen, wobei eine zeitbasierte Beobachtung oder Verarbeitung mit Goertzel eine Detektion einer bestimmten Zylinderfehlzündung ergeben wird.
  • Es kann das Temperaturprofil in Bezug auf den Knallmodusstatus gemessen werden. In dem Fall des Drucksensors für die rechte Bank vor der Turbine (PTRT, preturbine right bank pressure sensor) wird während des Knalltests zuerst der Zylinder der linken Bank mit Kraftstoff überfüllt und anschließend die rechte Bank. Dies ist der Grund dafür, dass das Temperaturprofil während der Zündung der ersten Bank niedrig ist. Im Falle des Sensors für die linke Bank (PTLT) steigt die Temperatur an, und nach 30 Sekunden der Knallbankumschaltung beginnt die rechte Bank zu überfüllen. Somit sinkt die Temperatur für den PTLT-Sensor. Jedoch ist in dem Fall eines fehlzündenden Zylinders an der linken Bank in diesem Fall der PTRT unbeeinflusst. Der PTLT sieht aber eine plötzliche Veränderung während des Fehlzündungsbetriebs.
  • Sowohl der PTLT als auch der PTRT können während eines Knallbetriebs parallel einer Goertzel-Verarbeitung mit halber Ordnung oder erster Ordnung unterzogen werden. Schwankungen können mit der Goertzel-Temperaturgröße oder -leistung beobachtet werden, wobei die Phase Informationen über die Zylinderidentifikation liefern wird. Selbst eine zeitbasierte Verarbeitung hilft ebenfalls, den Zylinder leicht zu erkennen, ohne die Phaseninformationen zu haben.
  • Im Falle des Abgasdrucksensors können die Werte in Bezug auf den Kurbelwinkel oder verpassten Zahn erfasst wer den. Die erfassten Werte sollten einer Goertzel-Verarbeitung mit identifizierter Grundfrequenzkomponente unterzogen werden. Dieses Verfahren kann ferner während gekerbter Modi angewandt werden. Da der Knallmodus mit den Zeitpunkten sehr gut definiert ist, ist ein Quervergleich oder eine Modelllaufzeitvalidierung möglich. In dem Fall der Abgastemperatur kann während des Knallbetriebs das PTLT-/PTRT-/Temperaturprofil in Bezug auf den Kurbelwinkel erfasst werden. Die Werte können mit der richtigen Grundkomponente verarbeitet werden. Die Goertzel-Verarbeitung ergibt eine Größe der Fehlzündung, und die Phase bestimmt den exakten Zylinder, der fehlzündet. Ein zeitbasierter Lösungsansatz mit oder ohne Goertzel-Verarbeitung kann ebenfalls die exakte Fehlzündungserkennung ergeben.
  • Falls ein Zylinder abgeschaltet ist oder aufhört zu funktionieren, werden somit die Abgasparameter von diesem Zylinder sich von dem Rest der beitragenden Zylinder unterscheiden. Zum Beispiel kann die Temperatur niedriger sein, der Druck kann niedriger sein, und/oder die NOx- oder O2-Niveaus können jeweils niedriger oder höher sein. Für einen V12-Viertaktmotor zündet jeder Zylinder einmal pro jede weitere Umdrehung der Kurbelwelle. Folglich hat jeder Zylinder einen spezifischen Abgasbeitrag, der in einer Spektralanalyse halber Ordnung der Abgasparametersensoren identifiziert werden kann. Falls ein Zylinder beginnt, aus irgendeinem Grund zu überfüllen, wird der Beitrag zu dem Abgas ebenso wiederum spezifisch und somit in einer Spektralanalyse des Abgasparametersensors identifizierbar sein.
  • Sobald die Zylinderbeeinträchtigung identifiziert ist, kann das Steuersystem notwendige Anpassungen vornehmen, um die Motorleistung, den Motorwirkungsgrad und Routinen zur Einhaltung von Emissionen zu optimieren. Falls dies angezeigt ist, kann das Steuersystem ferner die gesamte Brennstoffzufuhr zu dem beeinträchtigten Zylinder abschalten, um zu helfen, den Motor gegen jede weitere sekundäre Verschlechterung, die auftreten kann, zu schützen.
  • Bei geringen Motordrehzahlen ist es typisch, dass einwandfreie Zylinder fehlzünden, da die Injektoren an dem unteren Ende ihres Betriebsbereiches arbeiten. Dies macht es schwierig, einen abgeschalteten Zylinder unter Verwendung der Spektralanalyse zu detektieren, da die Leistungsniveaus, die zwischen einem einwandfreien Motor und einem Motor mit einem abgeschalteten Zylinder gesehen werden, einander überlappen und es keine klare Trennung gibt, die verwendet werden kann, um den abgeschalteten Zylinder zu identifizieren. Das in Bezug auf 9 vorstehend beschriebene Verfahren überwindet diese Hindernisse durch eine Kombination der Spektralanalyse mit einem Knalltest. Während eines Knalltests wird jeder Zylinder in einer speziellen Reihenfolge für eine spezielle Dauer mit Kraftstoff überfüllt. Ein einwandfreier Zylinder, der überfüllt wird, wird ein relativ hohes Leistungsniveau halber Ordnung haben, während ein abgeschalteter Zylinder ein relativ niedriges Leistungsniveau halber Ordnung haben wird. Das Steuersystem kann diese Trennung der Leistungsniveaus nutzen, um den Funktionszustand der einzelnen Zylinder bei niedrigen Motordrehzahlen zu bestimmen. Sobald das Steuersystem feststellt, dass ein Zylinder mit weniger als der vollen Funktionsfähigkeit arbeitet, kann es anschließend eine spezielle Maßnahme rings um diesen Zylinder treffen, um entweder das Leistungsverhalten des Motors bei einem gegebenen beeinträchtigten Zylinder zu optimieren oder eine Brennstoffzufuhr zu diesem Zylinder abzuschneiden, um zu helfen, den Motor gegen eine weitere Verschlechterung zu schützen. Zum Beispiel kann ein Motorsteuersystem eine Maßnahme treffen, um EGR-Raten und -Ventile passend einzustellen, um eine fehlende Injektorzündung, wie vorgesehen, geeignet zu kompensieren. Diese Einstellung könnte vorgenommen werden, um zu helfen, Emissionsanforderungen bis zu einem gewissen Grad selbst mit einem beeinträchtigten System zu erfüllen. Die Steuereinrichtung könnte ferner die gesamte Last oder Leistung an dem Motor herabsetzen, um zu helfen, ein Fortschreiten einer Beeinträchtigung abzuschwächen und dem Fahrzeug eine ausreichende Möglichkeit zu lassen, im Notbetrieb zurückzufahren.
  • Die Knalltest-Spektralanalyse-Methode, die hierin beschrieben ist, kann ferner dazu verwendet werden, unterschiedliche Grade des Injektorfunktionszustandes im Laufe der Zeit zu steuern. Wenn ein Injektor beginnt, sich im Laufe der Zeit zu verschlechtern, wird die Wirkung auf die halbe Ordnung oder der Frequenzgehalt in dem Abgasdrucksystem beginnen, zu driften und allmählich anzusteigen. Ein schwellenbasierter Ansatz kann verfolgt werden, um eine proaktive Wartung, etc. voranzutreiben.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein System, das einen Sensor, der eingerichtet ist, um einen Parameter eines Motors zu messen, der mehrere Zylinder aufweist, und eine Steuereinrichtung enthält, die eingerichtet ist, um: eine von dem Sensor ausgegebenes Signal abzutasten; das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, wobei die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten entspre chend einer rekursiven Summenspektralanalyse des abgetasteten Signals bestimmt wird; einen Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Diagnose anzupassen.
  • In einem Beispiel ist der Sensor ein Kurbelwellendrehzahlsensor, wobei die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals ist und der Zustand des Motors Zylinderklopfen ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um das Zylinderklopfen zu identifizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einem Beispiel ist der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor, und die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um das Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor mit einer Zeitsteuerung abzutasten, die einer Abtastzeitsteuerung eines Kurbelwellendrehzahlsensors entspricht. Die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten ist eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals, und der Zustand des Motors ist Zylinderklopfen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um das Zylinderklopfen zu identifizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einem Beispiel ist der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor, und zur Verarbeitung des abgetasteten Signals ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Änderung der Größe einer Fre quenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen, und der Zustand des Motors ist eine verschlechterte Komponente eines Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV)-Systems. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die verschlechterte Komponente des PCV-Systems zu diagnostizieren, wenn die Änderung der Größe größer als eine Schwellenänderung ist. Die Änderung der Größe kann eine Differenz zwischen einer ersten Größe, wenn das PCV-System aktiv ist, und einer zweiten Größe, wenn das PCV-System inaktiv ist, enthalten. Die Komponente des PCV-Systems kann einen Ölfilter enthalten. In einem Beispiel kann das PCV-System aktiv sein, wenn ein mit dem Kurbelgehäuse gekoppelter Motor arbeitet und das Kurbelgehäuse mit einem Einlass des Motors über den Ölfilter strömungsmäßig gekoppelt ist. Das PCV-System kann inaktiv sein, wenn der Motor arbeitet und das PCV-System nicht über den Ölfilter mit dem Einlass strömungsmäßig gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um in dem Fall, wenn die Änderung der Größe nicht größer ist als die Schwellenänderung und die erste Größe größer ist als eine Schwellengröße, eine Verschlechterung einer Zylinderkomponente zu diagnostizieren. Eine Verschlechterung der Zylinderkomponente kann eine verschlechterte Zylinderauskleidung, einen verschlechterten Kolbenring oder eine andere Komponente umfassen, die zur Folge haben kann, dass zusätzliches Zylindergas (z.B. Abgas) in das Kurbelgehäuse geleitet wird.
  • In einem Beispiel ist der Sensor ein Abgas-NOx-Sensor, wobei die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals ist und der Zustand des Motors Zylinderfehlzündung ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Zy linderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einem Beispiel ist der Sensor ein Abgasdrucksensor oder ein Abgastemperatursensor, wobei die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals ist und der Zustand des Motors Zylinderklopfen ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, um die Zylinderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwelle ist.
  • In Beispielen ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Einstellung einer Kraftstoffeinspritzmenge oder -zeitsteuerung anzupassen.
  • Eine weitere Ausführungsform eines Systems enthält: einen Motor mit mehreren Zylindern, der mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist; einen Kurbelwellendrehzahlsensor; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um: eine Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor abzutasten; ein Zylinderklopfen basierend auf der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu detektieren; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um ein Zylinderklopfen basierend auf der Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor unabhängig von der Ausgabe von einem Klopfsensor zu detektieren. Zum Beispiel kann der Kur belwellendrehzahlsensor verwendet werden, um die Motordrehzahl zu bestimmen, die durch die Steuereinrichtung verwendet werden kann, um verschiedene Motorbetriebsparameter, wie etwa die Abgasrückführungsmenge, die Turbinendrehzahl, etc., anzupassen. Die Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor kann ferner dazu verwendet werden, ein Zylinderklopfen zu detektieren. Auf diese Weise kann auf (einen) dedizierte(n) Klopfsensor(en), der (die) die durch Klopfen verursachten Vibrationen erfassen kann (können), verzichtet werden, womit die Kosten und Komplexität des Motors verringert werden.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um: die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um eine Frequenzkomponente halber Ordnung der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu erhalten; eine Größe der Frequenzkomponente halber Ordnung zu bestimmen; und ein Zylinderklopfen in einem einzelnen Zylinder des Motors anzuzeigen, wenn die Größe größer als eine Schwellengröße ist. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um als Reaktion auf das Anzeigen des Zylinderklopfens in einem Zylinder basierend auf einer Phase eines ausgewählten Frequenzkomponentensignals der Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu identifizieren, welcher Zylinder gerade klopft.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um: die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um eine Frequenzkomponente sechster Ordnung der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu erhalten; eine Größe des Frequenzsignals sechster Ordnung zu bestimmen; und ein Zylinderklopfen in jedem Zylinder des Motors anzuzeigen, falls die Größe größer als eine Schwellengröße ist.
  • In einem Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um die abgetastete Ausgabe zu verarbeiten, um mehrere Größen zu erhalten, die jeweils einer jeweiligen Frequenzkomponente entsprechen, und ein Zylinderklopfen anzuzeigen, wenn eine kombinierte Größe aus allen der mehreren Größen größer als eine Schwellengröße ist.
  • In Beispielen ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassung einer Kraftstoffeinspritzmenge zu einem klopfenden Zylinder anzupassen.
  • Ein weiteres Beispiel eines Systems enthält: einen Motor mit mehreren Zylindern, die mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind; einen Kurbelwellendrehzahlsensor; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um: ein von dem Kurbelwellendrehzahlsensor ausgegebenes Signal abzutasten; das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe einer ausgewählten Frequenzkomponente des Signals zu bestimmen, wobei die Größe aus dem Signal bestimmt wird, das während eines gegebenen Bereiches von Kolbenpositionen für einen Zylinder des Motors abgetastet wird; ein Zylinderklopfen des Zylinders zu detektieren, wenn die Größe eine Schwellengröße überschreitet; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
  • In einem Beispiel weist der gegebene Bereich von Kolbenpositionen 10–70 Grad nach dem oberen Totpunkt auf. In einem weiteren Beispiel ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um mehrere Größen zu erhalten, die jeweils einer jeweiligen Frequenzkomponente entsprechen, und ein Zylinderklopfen anzuzeigen, wenn eine kombinierte Größe aus allen der mehreren Größen größer als eine zweite Schwellengröße ist. Die Steuereinrichtung kann eingerichtet sein, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassung einer Kraftstoffeinspritzmenge zu einem klopfenden Zylinder anzupassen.
  • In dem hierin verwendeten Sinne sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, derart verstanden werden, dass es mehrere derartiger Elemente oder Schritte nicht ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht ausdrücklich angegeben ist. Ferner sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten. Darüber hinaus können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „enthalten“ oder „haben“, derartige zusätzliche Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht haben. Die Ausdrücke „enthalten“ und „in dem/der/denen“ werden als die reinen sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Ausdrücke „aufweisen“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“, etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sind nicht dazu gedacht, ihren Objekten numerische Anforderungen oder eine bestimmte Positionsreihenfolge aufzuerlegen.
  • Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen gewöhnlichen Fachmann in der relevanten Technik zu befähigen, die Erfindung auszufüh ren, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
  • Es sind verschiedene Systeme und Verfahren geschaffen, um ein Zylinderklopfen zu erkennen. In einem Beispiel kann ein Zylinderklopfen basierend auf einer Klopfüberwachungseinrichtung erkannt werden, die ein Klopfen basierend auf einer Ausgabe von einem Kurbelwellendrehzahlsensor erkennt.

Claims (10)

  1. System, das aufweist: einen Sensor, der eingerichtet ist, um einen Parameter eines Motors zu messen, der mehrere Zylinder aufweist; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um: ein von dem Sensor ausgegebenes Signal abzutasten; das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, wobei die jeweilige Größe für jede von einer oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten entsprechend einer rekursiven Summenspektralanalyse des abgetasteten Signals bestimmt wird; einen Zustand des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten zu diagnostizieren; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Diagnose anzupassen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei: der Sensor ein Kurbelwellendrehzahlsensor ist, zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen; und zur Diagnose des Zustands des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um ein Zylinderklopfen zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  3. System nach Anspruch 1, wobei: der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor ist; zur Abtastung des von dem Sensor ausgegebenen Signals die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor mit einer Zeitsteuerung abzutasten, die der Abtastzeitsteuerung eines Kurbelwellendrehzahlsensors entspricht; zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das abgetastete Signal von dem Kurbelgehäusedrucksensor zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen; und zur Diagnose des Zustands des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um ein Zylinderklopfen zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  4. System nach Anspruch 1, wobei: der Sensor ein Kurbelgehäusedrucksensor ist; zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Veränderung einer Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen; und zur Diagnose des Zustands des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponente die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine verschlechterte Komponente eines Kurbelgehäuseentlüftungs(PCV)-Systems zu diagnostizieren, wenn die Veränderung der Größe halber Ordnung größer als eine Schwellenveränderung ist.
  5. System nach Anspruch 4, wobei die Veränderung der Größe halber Ordnung eine Differenz zwischen einer ersten Größe halber Ordnung, wenn das PCV-System aktiv ist, und einer zweiten Größe halber Ordnung enthält, wenn das PCV-System inaktiv ist, und wobei die Komponente des PCV-Systems einen Ölfilter aufweist; und/oder wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um: eine Verschlechterung einer Zylinderkomponente zu diagnostizieren, wenn die Veränderung der Größe halber Ordnung nicht größer ist als die Schwellenveränderung und die erste Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  6. System nach Anspruch 1, wobei: der Sensor ein Abgas-NOx-Sensor ist; zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung des abgetasteten Signals zu bestimmen; und zur Diagnose des Zustands des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Zylinderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  7. System nach Anspruch 1, wobei: der Sensor ein Abgasdrucksensor oder ein Abgastemperatursensor ist; zur Verarbeitung des abgetasteten Signals, um die jeweilige Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten des abgetasteten Signals zu bestimmen, die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe halber Ordnung einer Frequenzkomponente halber Ordnung zu bestimmen; und zur Diagnose des Zustands des Motors basierend auf der jeweiligen Größe für jede der einen oder mehreren ausgewählten Frequenzkomponenten die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um eine Zylinderfehlzündung zu diagnostizieren, wenn die Größe halber Ordnung größer als eine Schwellengröße ist.
  8. System nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um einen oder mehrere Motorbetriebsparameter durch Anpassung einer Kraftstoffeinspritzmenge oder -zeitsteuerung anzupassen.
  9. System, das aufweist: einen Motor mit mehreren Zylindern, die mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind; einen Kurbelwellendrehzahlsensor; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um: eine Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor abzutasten; ein Zylinderklopfen basierend auf der abgetasteten Ausgabe von dem Kurbelwellendrehzahlsensor zu detektieren; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
  10. System, das aufweist: einen Motor mit mehreren Zylindern, die mit einer Kurbelwelle gekoppelt sind; einen Kurbelwellendrehzahlsensor; und eine Steuereinrichtung, die eingerichtet ist, um: ein von dem Kurbelwellendrehzahlsensor ausgegebenes Signal abzutasten; das abgetastete Signal zu verarbeiten, um eine Größe einer ausgewählten Frequenzkomponente des Signals zu bestimmen, wobei die Größe aus dem Signal bestimmt wird, das während eines gegebenen Bereiches von Kolbenpositionen für einen Zylinder des Motors abgetastet wird; ein Zylinderklopfen des Zylinders zu detektieren, wenn die Größe eine Schwellengröße überschreitet; und einen oder mehrere Motorbetriebsparameter als Reaktion auf die Detektion des Zylinderklopfens anzupassen.
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