JP2002517672A - 電磁操作可能なガス交換弁を備えたピストン式内燃機関の燃焼不良を検出する方法 - Google Patents

電磁操作可能なガス交換弁を備えたピストン式内燃機関の燃焼不良を検出する方法

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JP2002517672A JP2000553712A JP2000553712A JP2002517672A JP 2002517672 A JP2002517672 A JP 2002517672A JP 2000553712 A JP2000553712 A JP 2000553712A JP 2000553712 A JP2000553712 A JP 2000553712A JP 2002517672 A JP2002517672 A JP 2002517672A
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 本発明は、電子式エンジン制御装置を介して可変制御される電磁式動弁機構を備えたピストン式内燃機関の燃焼不良を検出するための方法に関する。この場合、運転中シリンダ制御プログラムを介してエンジン制御装置によって、負荷に依存する制御が行われ、それによって１個または複数のシリンダが燃料供給や点火に対して別々に影響を及ぼすことによって、燃焼を行う他のシリンダと比べて少なくとも出力を低下させられる。少なくとも、その都度の負荷に対して出力が低下したシリンダが、シリンダ特性信号によって、エンジン制御装置のシリンダ制御プログラムによって検出され、それによって生じる、予め定めた運転特性データの偏差が、予め設定可能な時間間隔をおいて“普通運転”として

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 電子式エンジン制御装置を介して制御される完全に可変制御可能なガス交換弁
（吸排気弁）を備えたピストン式内燃機関の場合には、部分負荷運転時に要求に
応じてすべてのシリンダへの燃料供給を減らす代わりに、個々のシリンダの燃料
供給と点火に影響を与えることによって、個々のシリンダの出力を“零出力”ま
で低下させ、残りのシリンダが通常の燃焼を行うことにより、ピストン式内燃機
関の負荷に依存する制御を行うことができる。
【０００２】 例えば６気筒エンジンの場合、部分負荷要求に基づいて、燃料供給や点火を減
少または停止することによって２個のシリンダの出力を零出力に減らすことが可
能である。好ましくは、部分負荷相の時間全体で、２個のシリンダの出力を零出
力に低下させないで、すなわち２個のシリンダを停止させないで、この部分負荷
相の間周期的に交替させてその都度異なるシリンダの燃料供給と点火を順々に停
止する。それによって、常に２個の他のシリンダが順々に停止され、常に４個の
シリンダが再び完全に燃焼を行う。この方法の利点は、部分負荷運転に適合させ
るために、６個全部のシリンダへの燃料供給を減らす代わりに、停止したシリン
ダだけに燃料がもはや供給されず、燃焼を行うシリンダには燃料が供給されるこ
とにある。この燃料の供給量は、全負荷運転で必要な燃料の量に一致する。その
結果、その都度燃焼を行うシリンダでは、燃焼が最適に行われる。
【０００３】 個々のシリンダの周期的な出力低下または停止は必然的に、例えば滑らかな回
転の悪化のような、予め定めた運転データの変更を伴う。これは、シリンダの一
部への供給が減らされる場合にも生じる。滑らかな回転の悪化は運転異常として
、燃焼不良の検出にも利用可能であるので、個々のシリンダによって引き起こさ
れる滑らかな回転の悪化は、適当なセンサ装置を使用して検出する場合、当該の
シリンダが適切に停止しても、燃焼不良として見なされる。このような部分負荷
運転の際に実際に燃焼不良が生じると、この燃焼不良は例えば回転数変化の検出
によって容易に識別することができない。なぜなら、この運転方法の場合、ピス
トン式内燃機関はプログラムに従って行われる弁開閉制御の変更に基づいて、“
普通運転”の場合よりも大きな回転数変化で正常に動作するからである。
【０００４】 “燃料供給”の概念は、それぞれのシリンダまたは吸気通路に直接燃料噴射さ
れる場合のように、燃料が個々のシリンダに別々に計量供給される装置を含んで
いる。
【０００５】 “燃焼不良”の概念は、１個または複数のシリンダの燃料供給およびまたは点
火の、エンジン制御装置によって生じる停止ではなく、故障によって生じる停止
を含んでいる。
【０００６】 本発明の根底をなす課題は、シリンダの一部だけの出力を零出力まで低下させ
ることによって前述のように部分負荷制御運転する場合にも、燃焼不良を検出す
ることができる方法を提供することである。
【０００７】 この課題は本発明に従い、少なくとも、その都度の負荷に対して出力が低下し
たシリンダが、シリンダ特性信号によって、エンジン制御装置のシリンダ制御プ
ログラムによって検出され、それによって生じる、予め定めた運転特性データの
偏差が、予め設定可能な時間間隔をおいて“普通運転”として認識され、この普
通運転の偏差を超える、予め定めた運転特性データの偏差が、燃焼不良として認
識され、調整信号が発せられることによって解決される。少なくとも、出力を低
下させて運転するシリンダのシリンダ特性信号を検出することにより、全負荷運
転でも、特に部分負荷運転でも、個々のシリンダの出力低下によって生じる、予
め設定された運転特性データの変化が、エンジン制御装置によって、“正常”と
してひいては“普通運転”として認識される。このような運転方法の場合に、完
全な燃焼を行うシリンダまたは燃焼を低下させたシリンダにおいて燃焼不良が生
じると、更に、検出される運転特性データの時間的な経過に変化が生じる。この
変化は連続信号の予め定めた閾値に対する偏差によって、“正常でない”ものと
して検出可能である。その都度の負荷のために燃焼を行うシリンダの順序がエン
ジン制御装置内のシリンダ制御プログラムによって設定されているので、シリン
ダ特性信号から、燃焼不良を生じているシリンダの正確な割り当てを検出可能で
ある。燃焼不良が生じると、“搭載診断（オンボード診断）”として例えば調整
信号が表示される。この調整信号によって、修理工場に行って燃焼不良の原因を
明らかにすることを運転者に指示する。しかし、エンジン制御装置を介して直接
応答し、燃焼不良が認識されたシリンダについて、１個または複数のシリンダの
点火と燃料供給を停止するかまたは長時間停止し、運転者によって設定された負
荷要求に相応して、エンジン制御装置を介して個々のシリンダに対する負荷分配
を異なるように行うことができる。
【０００８】 この場合、本発明の実施形に従って、回転数変化が周期的な時間信号として検
出され、連続する時間信号の間に時間差がある場合、それによって変化する回転
数変化が燃焼不良として認識されることが望ましい。
【０００９】 本発明による方法の他の実施形では、予め定めた運転特性データとして、図示
平均有効圧が検出される。図示平均有効圧の値、すなわちサイクル毎に生じる仕
事は、個々のシリンダについて圧力経過を決定することによって実現可能である
。その際、適当なセンサによって測定されるクランク角位置は実際のシリンダ容
積に換算され、閉曲線積分∫PdV を求めることによって仕事が検出されるかある
いは行程容積で割った後でいわゆる図示平均有効圧Pmi が検出される。部分負荷
運転のエンジン制御を介して、１個または複数のシリンダあるいは周期的に交替
してその都度順々に１個のシリンダが、低下した出力（零出力でもよい）で運転
されると、これは図示平均有効圧Pmi の低下として検出される。この値が予め設
定された閾値よりも下にあるときには、当該のシリンダに燃焼不良が生じている
ことが検出される。しかし、エンジン制御装置のシリンダ制御プログラムを介し
て、どのシリンダが低下した出力で運転されるかを知っているので、エンジン制
御プログラムに従って全出力または低下した出力で正常に運転されるシリンダに
ついて、低下した図示平均有効圧が検出されるときにのみ、燃焼不良の発生がエ
ンジン制御装置によって検出される。その際、プログラムに従って低下したこの
出力の図示平均有効圧の閾値は、当該のシリンダについて下回るときに燃焼不良
と認識される閾値である。その代わりに、この方法は、次のように変形可能であ
る。すなわち、閾値比較を行う前に、意図的に、すなわちプログラムに従って低
下した出力で運転されるシリンダの検出されたPmi 値に、適当な係数が掛け算さ
れる、すなわち適切に“外挿”されるように変形可能である。それによって、全
負荷または低下した負荷で正常に運転されているシリンダの燃焼不良を検出する
ことが可能である。
【００１０】 本発明の他の実施形では、予め定められる運転特性データとして、排気管路内
の排気圧力が検出される。この圧力検出はそれぞれ個々のシリンダの排気通路内
で行うことができるので、個々の圧力センサの位置によって、個々のシリンダに
対する割り当てが設定される。
【００１１】 圧力センサの数を減らすときには、個々のシリンダから来る排気通路の合流個
所の直ぐ前方で、排気管路内に１個だけの圧力センサを設けることによって、排
気圧力変化を検出することができる。排気管路内の圧力変化はクランク軸の適当
な信号タップを介して個々のシリンダに割り当てることができる。燃料供給不足
または点火エラーによって生じる燃焼の不良は、排気管路内で大きな圧力低下に
よって認識可能である。この圧力低下がエンジン制御装置を介して意図されたも
のであるときには、圧力センサから出る信号が差止められ、ここで検出された偏
差が“普通運転”として認識される。しかし、この圧力低下がシリンダ制御プロ
グラムに従って燃焼を行うべきであるシリンダに関連して生じる場合には、この
圧力低下は燃焼不良として認識され、適当な信号を発生する。エンジン制御プロ
グラムによる個々のシリンダの前述の部分燃焼は同様に、排気管路内の小さな圧
力低下の形で認識可能である。
【００１２】 本発明による方法の他の実施形では、予め定められる運転特性データとして、
個々のシリンダの燃焼室内のイオン電流が検出される。この場合、イオン電流の
検出は固有のセンサを介してあるいはそれぞれのシリンダのプラグに一体化され
たイオン電流検出部を介して行われる。この場合、燃焼を行うシリンダ、すなわ
ち高温ガスを含むシリンダでは、イオン電流が流れ、しかもシリンダ部分負荷で
運転されるときにもイオン電流が流れるという利点がある。燃焼不良が起こり、
燃焼が発生しないと、イオン電流は生じないので、シリンダ制御プログラムにも
基づいてこのシリンダが燃焼を行うべきであるときには、この偏差に基づいてエ
ンジン制御装置において燃焼不良を認識することができる。
【００１３】 本発明による方法の有利な実施形では、その都度燃焼を行うシリンダおよびま
たは出力を低下したシリンダのその都度のシリンダ負荷が検出され、予め定めた
運転特性データの偏差の経過に割り当てる際に考慮される。シリンダを停止して
運転する場合、特にシリンダを交互に停止して運転する場合、１個または複数の
シリンダの停止に加えて、変化する負荷要求が燃料供給の変化によって生じ得る
ので、予め定めたシリンダ停止プログラムの場合に燃料供給ひいては負荷が個々
のシリンダ毎に変化するときに、予め定めた運転データの変化、特に回転数変化
の検出時に運転データの変化が生じる。この場合にも、回転数変動の変化によっ
てエンジン制御装置を介して、この変化が“正常”であるかまたは“正常でない
”かを認識するために、この事実をエンジン制御装置によって認識することがで
きる。シリンダ停止時の時間の急激な変化は、調整信号を発生しないで、抑制さ
れる。“予想される”時間の急激な変化に加えて、他の時間の急激な変化が検出
されて初めて、エンジン制御装置の応答が行われる。その都度燃焼を行うシリン
ダのそれぞれの負荷の検出は例えば、開放時間に基づく、個々のシリンダへの空
気供給量から検出可能である。
【００１４】 本発明による方法の実施形では、外部からの運転特性データ変化、特に駆動ト
レーンを介しての運転特性データの変化、とりわけ回転数の変化が示されるとき
に、燃焼不良のためのエンジン制御装置の検出方法が停止される。これは特に、
このようなピストン式内燃機関が車両駆動装置として使用され、当該の車両が例
えば道路の穴または大きな凸凹上を走行し、大きく変化するトルク低下に基づい
て駆動トレーンを介してピストン式内燃機関の回転数変化が生じる場合である。
【００１５】 本発明の有利な他の実施形では、調整信号によって、燃焼不良を検出されたシ
リンダの燃料供給、点火およびガス交換弁の制御が停止される。この方法により
、個々のシリンダの負荷に依存する停止および始動を行う電子式エンジン制御装
置が利用されるという利点がある。方法によって、１個のシリンダについて何度
も燃焼不良が連続して生じることが検出されると、このシリンダはそれ以降のエ
ンジン運転の間停止される。電磁操作可能なガス交換弁が停止時に開放位置に保
持可能であるので、停止したシリンダは“空転状態”で一緒に回転する。停止し
たシリンダはエンジン制御装置において、燃焼を行うべきシリンダまたは燃焼を
行うべきでないシリンダの順序で一緒に考慮される。そのとき、すべてのシリン
ダを燃焼すべき全負荷運転だけが不可能である。停止すべきシリンダのすべての
電磁式動弁機構を停止する代わりに、このシリンダの吸気弁を普通運転で操作し
、そして圧縮行程を行わないで、停止するシリンダが制動作用しないように、排
気弁を制御すると合目的である。
【００１６】 予め定められる運転特性データとしての回転数変化の例について、６気筒エン
ジンの異なる回転数経過を示すグラフに基づいて、方法を詳しく説明する。
【００１７】 図１は普通の６気筒運転時の回転数経過を示している。回転数変化は非常に規
則正しく、図示した例では２０００ＲＰＭの上方の狭い帯域にある。規則正しい
回転数を検出するために、ここでは、最後の１２０°のクランク角度（クランク
軸角度）のために必要な時間を示す周期的な時間信号が利用される。滑らかな回
転の場合、各々のクランク角度間隔のために同じ時間が必要である。これに対し
て、回転数が低下すると、クランク軸が同じ回転角度間隔を通過するのに長い時
間がかかる。更に、例えば６０°のクランク角度の小さなクランク角度範囲を設
定することができる。基本的には、他のクランク角度間隔または時間間隔が同様
に適している。異なるシリンダ数の場合、クランク角度間隔の設定が合目的であ
る。その都度出力される周期的な時間信号は星印の形で示してあり、図示した回
転数のための定常的な普通運転では１０ｍｓよりも幾分下にある。
【００１８】 図２には、６気筒エンジンについて、シリンダの点火不良または噴射不良によ
る燃焼不良（ミスファイア）の状態が、そのほかは同じ運転条件で示してある。
シリンダの不良（ミス）によってエンジンの回転数が低下し、周期的な時間信号
が約10.2ｍｓの高い値に急に上昇する。この急激な上昇は燃焼不良を検出するた
めの優れた判断基準として用いることができる。例えば、連続する２つの時間差
Δｔの差が閾値と比較される。この閾値はエンジンの運転点、例えば負荷や回転
数に依存する。この閾値を上回ると、燃焼不良が認識され、このシリンダの意図
的な停止について特性信号がシリンダ制御プログラムからなるエンジン制御装置
に存在しないときには適当な信号が生じる。クランク角度に対する発生時間差Δ
ｔの割り当て（帰属）から、どのシリンダで不良が発生したかがエンジン制御装
置によって検出可能である。
【００１９】 図３には、シリンダ制御プログラムに相応してシリンダが適切に停止させられ
る運転態様が示してある。シリンダの停止によって、回転数が低下するがしかし
、短時間で元の目標レベルに達する。なぜなら、停止したシリンダの全体トルク
の不足分がエンジン制御装置を介して、まだ作動している他のシリンダの負荷を
高めるように制御することによって補償されるからである。しかし、この場合に
も、当該のシリンダに点火不良または噴射不良が発生したときに生じるような時
間差が周期的な時間信号から確認可能である。しかし、当該のシリンダが適切に
停止し、エンジン制御装置がシリンダ制御プログラムを介して“情報を提供し”
、残りのシリンダの負荷を高めることによって対応するので、この運転状態につ
いて燃焼不良がエンジン制御装置で検出されなくなる。連続する周期的な時間信
号から判るように、回転数が元の値に上昇することによって、時間的に検出され
るクランク角度範囲のための元の信号経過が再び生じる。それ以降の回転数変化
は、図１のグラフとほぼ同じであるがしかし、幾分大きな不規則的な回転数変化
を伴う。
【００２０】 図４は、図３の運転態様について、すなわち意図したシリンダ停止の際に、例
えば１個のシリンダの意図した停止のほかに更に、まだ作動しているシリンダで
燃焼不良が生じるときに、周期的な時間信号の時間的な連続がどのように生じる
かを示している。シリンダ制御プログラムによってシリンダが停止した後で回転
数が低下する際に先ず最初に発生する、１６０°での周期的な時間信号と３８０
°での周期的な時間信号との間の時間差Δｔは、エンジン制御装置の応答を開始
しない。というのは、この検出が意図したシリンダ停止に基づいて有効に作用し
なくなるかまたは所属の閾値が変更されているからである。
【００２１】 停止後燃焼不良のために回転数が更に低下すると、６４０°での時間信号とそ
れに続く７６０°での時間信号との間に時間差Δｔ2 が生じる。回転数低下の方
向への他の時間差のこの第２の発生は、エンジン制御にとって、シリンダ特性信
号によって“認識”不可能であるので、この第２の時間の急変化は予想されない
ものであり、従って燃焼不良として認識され、適当な応答作用を開始することで
きる。
【００２２】 供給すべき運転データとして、回転数変化の代わりに、個々のシリンダの図示
平均有効圧（図示平均圧力）Pmi または排気管路内の排気圧力Pab または個々の
シリンダの燃焼室内のイオン電流が検出されるときに、本発明による方法に従っ
て、類似の方法で処理することができる。違いは、これらの運転特性データを個
々のシリンダについて周期的に検出しなければならず、回転数変化の検出の場合
のようにクランク軸を介して検出できないことだけである。回転数変化の設定の
際に検出される運転特性データとしての時間差を検出する代わりに、運転特性デ
ータに応じて、周期的にすなわちそれぞれのシリンダの１つまたは複数の作動サ
イクルの間隔をおいて、その都度設定される運転特性データ、すなわち図示平均
有効圧Pmi または排気圧力Pab またはイオン電流Ｉを監視すべきである。
【００２３】 図５の概略的な測定グラフには、６気筒エンジンについて、図示平均有効圧Pm
i が時間的に連続して測定点として記入されている。この場合、明瞭にするため
にのみ、測定点が互いに接続されている。その都度作用するシリンダについて、
図示平均有効圧の値が記入されている。特にオットーエンジンにとって典型的な
変化が示してある。
【００２４】 ここで観察されたエンジンの場合、エンジン制御のために、シリンダ４につい
て適切な停止または負荷低下が行われるので、このシリンダの図示平均有効圧は
残りのシリンダよりも大幅に低くなる。
【００２５】 点火不良を検出するための従来の方法の場合には、一定の目標値閾値Ｓが設定
される。その結果、適切な停止または負荷低下によってシリンダ４に生じる大幅
に低下した圧力が、燃焼不良として判断され、ここで観察されるサイクルの終わ
りのシリンダ６の燃焼不良に関する区別は不可能である。
【００２６】 本発明による方法の場合には、これは可変の閾値Ｓv によって回避される。エ
ンジン制御装置が、シリンダ４が停止しているかまたは低下した負荷で運転され
ることを“知っている”ので、その都度閾値が低下させられ、それによってシリ
ンダ４について講じられる診断“燃焼不良”は行われない。しかし、シリンダ６
の第３の周期の本当の燃焼不良の場合には、閾値を大幅に下回るので、エンジン
制御により、この運転以上は燃焼不良として検出可能である。排気管路内の圧力
を検出する際には、類似のグラフとなる。この場合、排気圧力はその都度特に重
要な時点で検出される。この排気圧力は同様にエンジン制御装置を介して設定さ
える。イオン電流を検出する場合にも、類似のグラフとなる。この両者の場合、
本発明に従って、閾値Ｓv が、図６に示すように、その都度プログラムに従って
停止されるシリンダあるいは低下した負荷で運転されるシリンダのためのエンジ
ン制御装置によって低下するので、“本当の”燃焼不良だけを検出することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 付加的な時間信号と共にクランク軸位置に依存する回転数経過を示すグラフで
ある。
【図２】 燃焼不良を含む回転数経過を示すグラフである。
【図３】 意図したシリンダ停止を含む回転数経過を示すグラフである。
【図４】 付加的な燃焼不良を含む、図３の運転方法の場合の回転数経過を示すグラフで
ある。
【図５】 技術水準による燃焼不良を検出する圧力経過を示すグラフである。
【図６】 本発明に従って燃焼不良を検出する回転数経過を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュミッツ・ギュンター ドイツ連邦共和国、Ｄ−52074 アーヘン、 ヴェーネターストラーセ、23 (72)発明者 エシュ・トーマス ドイツ連邦共和国、Ｄ−52070 アーヘン、 ゼルザー・ヴィンケル、35 Ｆターム(参考） 2G087 AA13 AA15 BB14 CC13 CC35 3G301 HA01 HA07 HA19 JA02 JA03 JB09 KA01 KA06 KA08 KA16 LA07 LB02 LC02 MA01 MA05 MA11 MA24 NA06 NA07 ND18 NE14 NE15 PC02Z PD14Z PE02Z PE03Z PE04Z PE10A PF16Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 運転中シリンダ制御プログラムを介してエンジン制御装置に
    よって、負荷に依存する制御が行われ、それによって１個または複数のシリンダ
    が燃料供給や点火に対して別々に影響を及ぼすことによって、燃焼を行う他のシ
    リンダと比べて少なくとも出力を低下させられる、電子式エンジン制御装置を介
    して可変制御される動弁機構を備えたピストン式内燃機関の燃焼不良を検出する
    ための方法において、少なくとも、その都度の負荷に対して出力が低下したシリ
    ンダが、シリンダ特性信号によって、エンジン制御装置のシリンダ制御プログラ
    ムによって検出され、それによって生じる、予め定めた運転特性データの偏差が
    、予め設定可能な時間間隔をおいて“普通運転”として認識され、この普通運転
    の偏差を超える、予め定めた運転特性データの偏差が、燃焼不良として認識され
    、調整信号が発せられることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 運転特性データとして回転数変化が検出されることを特徴と
    する請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 回転数変化が周期的な時間信号として検出され、連続する時
    間信号の間に時間差がある場合、それによって変化する回転数変化が燃焼不良と
    して認識されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 予め定められる運転特性データとして、図示平均有効圧が検
    出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 予め定められる運転特性データとして、排気管路内の排気圧
    力が検出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 予め定められる運転特性データとして、個々のシリンダの燃
    焼室内のイオン電流が検出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 その都度燃焼を行うシリンダおよびまたは出力を低下したシ
    リンダのその都度のシリンダ負荷が検出され、予め定めた運転特性データの偏差
    の経過に割り当てる際に考慮されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一
    つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 調整信号が効力を生じる際に、燃焼不良と認識されるシリン
    ダの燃料供給と点火がエンジン制御装置を介して停止されることを特徴とする請
    求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
  9. 【請求項９】 調整信号が効力を生じる際に、燃焼不良のシリンダの電磁式
    動弁機構がエンジン制御装置を介してアイドリング運転に切換えられることを特
    徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】 燃料不良のシリンダの停止が制御プログラム順に考慮され
    、制御プログラムによって適当に変更された順序が実施されることを特徴とする
    請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 外部からの回転数変化の際に、エンジン制御装置の検出方
    法が停止されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
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