Detektierungsvornchtung

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Detektierungsvornchtung zum Detektieren von Fehlzündungen in Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 13.

Fehlzündungen innerhalb eines Zylinders eines Verbrennungsmotors beispielsweise eines Personenkraftfahrzeuges oder eines Motorrades entstehen z.B., wenn das in dem Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzte Luft/Kraftstoffgemisch innerhalb des Zylinders nicht explodiert, so dass unverbranntes Gemisch in den nachgeschalteten Katalysator transportiert werden kann.

Dieses unverbrannte Gemisch kann dann beispielsweise über die Auslassventile in den Abgasstrang bis zu dem Katalysator oder auch bis in die Auspuffanlage gelangen, wo es sich entzünden kann, wobei sich diese Entzündung z.B. im Wesentlichen durch einen sichtbaren Funken darstellt. Diese zumeist ungewollte Zündung des Gemisches außerhalb des Verbrennungsraumes der Brennkraftmaschine bzw. des Motors kann beispielsweise zu einem starken Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators führen, wodurch dieser frühzeitig altert oder sogar zerstört wird. Zudem beeinflussen diese Verbrennungsaussetzer die Abgaswerte negativ, was zu Verstößen gegen gesetzliche Vorschriften bezüglich zulässiger Schadstoffemissionen von Fahrzeugen führen kann. Somit ist es erforderlich diese Verbrennungsaussetzer zu entdecken und durch die Anwendung von entsprechenden Maßnahmen zukünftig zu vermeiden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das in den Zylinder eingespritzte Luft/Kraftstoffgemisch sich bevor der Kolben den oberen Todpunkt erreicht, entzündet, wodurch es zu einer sogenannten frühzeitigen Entzündung des Gemisches kommt. Durch diese unkontrollierte Entzündung, welche auch als Klopfen bezeichnet wird, verbrennt das Gemisch unkontrolliert mit hoher Geschwindigkeit, wodurch die Temperatur und der Druck schlagartig ansteigen und sich somit Druckwellen mit Schallgeschwindigkeit im Brennraum ausbreiten und auf dessen Wände treffen. Dadurch wird der Motor mechanisch und thermisch sehr hoch belastet, wodurch Druckspitzen auftreten können, welche die Kolben, die Lager und/oder die Zylinderköpfe nachhaltig beschädigen können. Zur Erkennung von Fehlzündungen ist aus dem allgemeinen Stand der Technik ein an der Kurbelwelle des Motors angeordnetes 60-2 Messzahnrad bekannt, welches lediglich 58 Zähne aufweist, wobei zwei nebeneinander liegende Zähne fehlen. Diese fehlenden Zähne bilden eine Aussparung, welche als Markierung für einen Sensor dient, welcher die Drehbewegung des Zahnrades der Motorwelle mittels des Messzahnrades überwacht. Bei jeder Drehung der Kurbelwelle, welche von den Kolben eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, dreht sich das Zahnrad innerhalb eines definierten Drehwinkels. Der Sensor ermittelt nun, ob sich das Messzahnrad nun in einer definierten Zeit um den definierten Drehwinkel gedreht hat und ob alle Zähne des Zahnrades mit gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit den Sensor passiert haben. Vollendet das Zahnrad erst nach Ablauf eines definierten Zeitintervalls seine Drehung um den definierten Drehwinkel, so kann man davon ausgehen, dass eine Fehlzündung und in diesem Falle eine Verbrennungsaussetzung stattgefunden hat. Das definierte Zeitintervall muss kontinuierlich an die Fahrgegebenheiten, wie beispielsweise der Geschwindigkeit und der Beschleunigung sowie der Fahrzeugbelastung angepasst werden. Da jedoch in den heutigen Fahrzeugen die Drehzahl der Kolbenwelle eines Ottomotors bzw. deren Kolbenbewegung oder die Drehzahl eines Wankelmotors sehr schnell geregelt wird, um die Motorleistung zeitnah an die entsprechende Belastungen anzupassen, ist eine eindeutige Erkennung einer Fehlzündung über ein herkömmliches 60-2 Messzahnrad nicht mehr möglich.

Demzufolge ist es erforderlich eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Fehlzündung trotz sehr schneller Regelungen und Steuerungen des Motors zuverlässig erkennt und ggf. regeln kann. Demnach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Detektierungsvorrichtung zum Detektieren von Fehlzündungen in Verbrennungsmotoren zur Verfügung zu stellen, welche trotz stetiger Regelung und Steuerung des Verbrennungsmotors und unabhängig von einwirkenden Umgebungsfaktoren eine Fehlzündung im Verbren- nungsmotor zuverlässig erkennen kann und kostengünstig ist.

Diese Aufgabe löst die vorliegende Erfindung mittels einem Verfahren sowie einer

Detektierungsvorrichtung zum Erkennen von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor gemäß den Ansprüchen 1 und 13.

Ein Verfahren zum Detektieren von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor, welcher drehsteif über eine Rotorwelle mit einem Generator verbunden ist, weist eine

Detektierungsvorrichtung des Generators zum Detektieren der Fehlzündungen auf, welche Abweichungen aufgrund von Fehlzündungen des Verbrennungsmotors durch einen Vergleich von erhaltenden Istwerten mit Sollwerten, welche von einem Drehzahlregler vorgegeben werden, ermittelt.

Dabei kann der Generator einerseits als stromerzeugende Elektromaschine, beispielsweise während des Betriebes des Verbrennungsmotors und andererseits als stromverbrauchende Elektromaschine bzw. als Elektromotor, beispielsweise während des Stillstandes des Verbrennungsmotors verwendet werden.

Demnach wird die Fehlzündung innerhalb des Brennraumes eines Verbrennungsmotors, welcher beispielsweise ein Otto- oder Wankelmotor sein kann, nicht wie bisher durch ein Steuergerät des Verbrennungsmotors überwacht bzw. ermittelt, sondern durch ein Steuergerät bzw. eine Detektierungsvorrichtung eines Elektromotors bzw. eines Generators bzw. einer Elektromaschine.

Der Rotor des Elektromotors ist folglich beispielsweise auf der Antriebswelle bzw. Kurbelwel- le des Ottomotors oder auf der Exzenterwelle des Wankelmotors oder auf einer Rotorwelle, welche mit der Kurbel- oder Exzenterwelle verbunden ist, drehsteif angeordnet und wird durch die Bewegung des Motors angetrieben. Demnach arbeitet der dem Verbrennungsmotor nachgeschaltete Elektromotor als Generator dessen Rotor durch die Motorarbeit angetrieben wird und einen elektrischen Strom mit einer definierten Stromstärke erzeugt. D.h., findet in den Zylindern des Motors eine Verbrennung statt, wird beispielsweise die Kurbelwelle durch die translatorische Bewegung der Kolben in Rotation bzw. die Exzenterwelle des Wankelmotors in Rotation versetzt. Da der Motor über die Rotorwelle des Generators mit dem Generator verbunden ist, ist demnach entweder die Kurbelwelle bzw. Antriebswelle oder die Exzenterwelle mit der Rotorwelle verbunden bzw. entspricht der Rotorwelle, welche ebenfalls in Rotation versetzt wird.

Durch die Bewegung der Rotorwelle wird der Rotor des Generators betrieben, welcher aufgrund der in Umfangsrichtung um den Rotor angeordneten Magnete bzw. Induktionsspulen ein Magnetfeld und damit elektrischen Strom erzeugt, welcher bevorzugt ein dreiphasiger Wechselstrom ist.

Die Detektierungsvorrichtung, welche beispielsweise ein Bestandteil der Steuerungseinrichtung des Elektromotor oder bevorzugt die Steuerungseinrichtung des Elektromotors ist, überwacht die Drehbewegung der Rotorwelle genauso wie die erzeugten elektrischen Strö- me bzw. die erzeugte Stromstärke.

Alle von der Detektierungsvorrichtung überwachten Größen werden als Istwerte angenommen und mit Sollwerten, welche von einem Drehzahlregler ermittelt bzw. vorgegeben werden, verglichen.

Der Drehzahlregler ist ein dem Elektromotor bzw. dem Generator vorgeschaltetes Element und soll beispielsweise bei einer wechselnden Last eine konstante Drehzahl des Elektromotors sicherstellen. Zur Detektierung von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor werden im Folgenden drei Möglichkeiten vorgestellt und näher erläutert:

Eine erste Vorgehensweise zur Detektierung von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor ist beispielsweise, dass die Detektierungsvorrichtung die von dem Generator erzeugte Stromstärke misst und mit den Sollwerten der Stromstärke, welche von dem Drehzahlregler vorgegeben werden, vergleicht.

Eine zweite Vorgehensweise zur Detektierung von Fehlzündungen in einem Verbrennungs- motor ist beispielsweise, dass eine Winkelbeschleunigung der Rotorwelle des Generators aus mittels eines Positionssensors ermittelten Winkelwerten der Rotorwelle, welche den Winkel, um den sich die Rotorwelle innerhalb eines definierten Zeitraumes im ihre Achse dreht, darstellen, von der Detektierungsvorrichtung abgeleitet und mit Sollwerten des Drehzahlreglers verglichen wird.

Eine dritte Vorgehensweise zur Detektierung von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor ist beispielsweise, dass der Verlauf der Winkelwerte der Rotorwelle des Generators innerhalb definierter Zeitgrenzen mittels der Bestimmung von definierten geschwindigkeitsabhängigen Grenzen von der Detektierungsvorrichtung analysiert wird.

Bei der ersten Variante wird bevorzugt durch den Generator ein dreiphasiger Wechselstrom erzeugt, dessen resultierende Amplitude als Istwert von der Detektierungsvorrichtung innerhalb eines definierten Zeitfensters ermittelt und gemessen wird. Dazu wird der erzeugte Wechselstrom bzw. die resultierende Amplitude vorzugsweise innerhalb eines definierten Zeitfensters betrachtet, welche die Dauer einer Zündungsperiode bzw. die Zündungsfrequenz umfasst. Da im Schnitt beispielsweise aller 12ms eine Zündung erfolgt, wird demnach die resultierende Amplitude z.B. in einem Zeitfenster mit der Dauer von 12ms analysiert. Da jedoch je nach Belastung des Fahrzeuges die Frequenz der Zündung deutlich geringer ausfallen kann, beispielsweise aller 10ms, wird das Zeitfenster, in welchem die resultierende Amplitude betrachtet wird entsprechend der Zündungsfrequenz kontinuierlich angepasst.

Folglich können die Zeitfenster, in welchen die resultierende Amplitude des erzeugten drei- phasigen Wechselstroms analysiert wird vorzugsweise jeweils eine unterschiedliche Zeitdauer aufweisen.

Nachdem die Detektierungsvorrichtung die resultierende Amplitude des dreiphasigen Wechselstromes ausgelesen hat, ermittelt ebenfalls vorzugsweise die Detektierungsvorrichtung eine Differenz aus dem Istwert und dem Sollwert, welcher vorzugsweise von dem Drehzahlregler vorgegeben wird.

D.h., dass der Drehzahlregler beispielsweise einen Sollwert für die Stromstärke bzw. die re- sultierende Amplitude des dreiphasigen Wechselstromes entsprechend der aktuell vorherrschenden Belastung des Fahrzeuges bzw. des Verbrennungsmotors vorgibt.

Mittels einer einfachen Rechenoperation, wie bevorzugt einer Subtraktion, wird dem Sollwert der Istwert bzw. dem Istwert der Sollwert abgezogen. Die entstandene Differenz ist ein Delta der vorliegenden Stromstärke bzw. der vorliegenden resultierenden Amplitude der Stromstärke, welche je nach Fahrzeugbelastung in definierten Grenzen betrachtet wird.

Diese Differenz entspricht einer Regelabweichung, welcher die Detektierungsvorrichtung bestimmte motor- und drehzahlabhängige Grenzen zuordnet, innerhalb derer eine Fehlzün- dung auftritt.

D.h., da die Zündung im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors vorzugsweise als eine Art Störgröße empfunden werden kann, welche sich auf die Rotordrehung sowie auf die erzeugten Ströme bzw. Stromstärken und folglich auf die resultierende Amplitude auswirkt, erzeugt diese Zündung folglich auch eine Regelabweichung, d.h. eine zumindest kurzzeitigen Abweichung des gemessenen Ist-Wertes vom Soll-Wert. Demnach ist eine Regelabweichung im Wesentlichen ein Indiz für eine Zündung.

Die Regelabweichung ist folglich die Abweichung des Istwertes von dem Sollwert und wird von der Detektierungsvorrichtung bevorzugt innerhalb definierter drehzahlabhängiger und/oder motorabhängiger Grenzen betrachtet, welche je nach Motor- bzw. Fahrzeugbelastung unterschiedliche Werte annehmen können.

Liegt die Regelabweichung außerhalb dieser definierten Grenzen, so ist vorzugsweise davon auszugehen, dass keine Fehlzündung im Verbrennungsmotor stattgefunden hat.

Liegt andererseits keine Regelabweichung vor, d.h. entspricht der gemessene Istwert dem vorgegebenen Sollwert bzw. ist beispielsweise die Regelabweichung so gering, dass diese innerhalb definierter Grenzen angeordnet werden kann, so ist eine Fehlzündung im Brenn- räum des Verbrennungsmotors aufgetreten. D.h., dass in diesem Fall keine Zündung im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors stattgefunden hat, welche eine Regelabweichung verursachen würde.

Tritt dennoch eine Regelabweichung auf, welche jedoch beispielsweise noch innerhalb der definierten Grenzen liegt, so kann davon ausgegangen werden, dass es sich hierbei z.B. um zündungsunabhängige Störgrößen handelt.

Zusätzlich zu der Analyse der Regelabweichung wird eine Betrachtung des Gradienten der resultierenden Amplitude des dreiphasigen Wechselstromes durchgeführt.

D.h., dass der Istwert einen Gradienten aufweist, welcher mit einem Gradienten-Sollwert, welcher von dem Drehzahlregler vorgegeben wird, mittels der Detektierungsvorrichtung verglichen wird. Der Gradient der resultierenden Amplitude entspricht der Steigung der resultierenden Amplitude innerhalb eines definierten Wertebereiches, wobei der Gradient einen Rückschluss auf eine definierte Stromerzeugung des Generators ermöglicht. D.h., dass innerhalb eines bestimmten Wertebereiches der Generator über den gesamten Zeitraum eine vorgegebene Stromstärke erzeugen muss, welche sich durch eine Kurve einer resultierenden Amplitude ausdrückt.

Wrd beispielsweise innerhalb des Verbrennungsraumes des Verbrennungsmotors eine Zündung des Luft-/Gasgemisches ausgelöst, so kommt es zu einer kurzzeitigen Steigerung des erzeugten Stromes bzw. der erzeugten Stromstärke in dem Generator innerhalb des definier- ten Zeitfensters. Dadurch entsteht vorzugsweise eine Abweichung des Soll-Stromwertes vom Ist-Stromwert, wodurch auch die aufgezeichnete Kurve der resultierenden Amplitude vorzugsweise einen abweichenden Gradienten zum Soll-Wert-Gradienten aufzeigt. Liegt demnach der Gradient der gemessenen resultierenden Amplitude außerhalb definierter Grenzen liegt vorzugsweise keine Fehlzündung vor bzw. hat eine Zündung im Verbren- nungsraum des Verbrennungsmotors stattgefunden.

Somit kann beispielsweise eine Fehlzündung bzw. eine Zündung im Verbrennungsmotor aufgrund der Abweichung des Gradienten-Istwertes vom Gradienten-Sollwert detektiert werden. Gemäß der zweiten Variante zum Detektieren von Fehlzündungen in Verbrennungsmotoren werden vorzugsweise mittels des Positionssensors die Winkelpositionen der Rotorwelle des Generators innerhalb definierter Zeitgrenzen erfasst und der Detektierungsvorrichtung die Winkelpositionen als Winkelwerte übermittelt.

D.h., dass der Positionssensor beispielsweise derart an der Rotorwelle des Generators angeordnet ist, dass er innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes eine Bewegung der Rotorwelle um ihre Achse erfassen kann. Somit wird der Wnkel gemessen, den die Rotorwelle nach einer definierten Zeitdauer um ihre Achse rotiert ist. Dieser Winkelwert bzw. die einzel- nen Winkelwerte werden von dem Positionssensor an die Detektierungsvorrichtung übermittelt.

Danach leitet die Detektierungsvorrichtung aus den Winkelwerten die Wnkelgeschwindigkeit und aus der Winkelgeschwindigkeit die Winkelbeschleunigung ab.

Das Ableiten bis zur Winkelbeschleunigung ist vorzugsweise_erforderlich, um die gemessenen Winkelgeschwindigkeitsdaten im Wesentlichen zu entzerren bzw. zu glätten, um Abweichungen innerhalb der Datenmenge kenntlich machen zu können. Damit kann ein charakteristischer Anstieg von einer negativen Beschleunigung, beispielsweise beim Abbremsen der Rotorwelle durch eine Fehlzündung, in eine positive Beschleunigung, beispielsweise bei einer Zündung, dargestellt werden.

Nachdem die Winkelbeschleunigung aus der Wnkelgeschwindigkeit abgeleitet wurde, werden die Werte der Wnkelbeschleunigung bevorzugt mittels eines Frequenzdiskriminators gefiltert.

Der Frequenzdiskriminator ist dafür verantwortlich die zu den Sollwerten abweichenden Istwerte aus der Vielzahl der Werte herauszufiltern, damit die Detektierungsvorrichtung bewerten kann, ob eine Fehlzündung des Verbrennungsmotors vorliegt oder nicht.

D.h., wenn eine Fehlzündung im Verbrennungsmotor innerhalb eines definierten Zeitraumes stattgefunden hat, wodurch dementsprechend die in dem Zeitraum vorliegende Zündung ausgefallen ist, bleibt die Wnkelbeschleunigung der Rotorwelle zum Zeitpunkt der Zündung nahezu konstant oder nimmt sogar leicht ab, anstatt zum Zündzeitpunkt zumindest kurzeitig zuzunehmen. Dieses Ausbleiben einer Erhöhung der Winkelbeschleunigung bzw. der Dreh- zahl entspricht einer Fehlzündung des Verbrennungsmotors und wird mittels des Frequenzdiskriminators erkannt.

Entsprechend der dritten Variante zum Detektieren von Fehlzündungen in einem Verbren- nungsmotor wird durch einen Positionssensor die Winkelposition der Rotorwelle des Generators erfasst und die Winkelwerte der Detektierungsvornchtung übermittelt. Diese Wnkelwerte werden in definierten Zeitgrenzen von dem Positionssensor ausgelesen. Die

Detektierungsvornchtung bewertet den Trend der Wnkelwerte, den sogenannten Verlauf der Winkelpositionen der Rotorwelle in definierten geschwindigkeits- und/oder motorabhängigen Grenzen, d.h. je nach Motor- bzw. Fahrzeugbelastung werden die zur Beurteilung der Winkelposition der Rotorwelle herangezogenen Grenzen neu definiert.

Liegen alle Winkelwerte im Wesentlichen innerhalb der definierten Grenzen fand eine Fehlzündung in dem Verbrennungsmotor statt.

Zudem wird eine Detektierungsvornchtung zum Detektieren von Fehlzündungen in einem Verbrennungsmotor, welcher über eine Rotorwelle mit einem Generator bzw. einem Elektromotor bzw. einer Elektromaschine drehfest verbunden ist, beansprucht, wobei die

Detektierungsvornchtung in oder an dem Generator angeordnet ist.

Demnach ist die Detektierungsvornchtung beispielsweise lediglich ein Bestandteil des Steuergerätes des Generators bzw. bevorzugt das Steuergerät des Generators. Ein zusätzliches Steuergerät an dem Verbrennungsmotor selbst wird dabei nicht mehr zwingend benötigt, da die Überwachung sowie die Steuerung und Regelung des Verbrennungsmotors von dem Steuergerät des Generators durchgeführt werden kann.

Dabei kann der Generator selbst auch ein Elektromotor sein bzw. als ein Elektromotor arbeiten, wenn beispielsweise aufgrund der Start-Stop-Automatik an einer Ampel die Kolben des Verbrennungsmotors in eine definierte Startposition bewegt werden müssen, um ein schnel- les Starten und Anfahren des Fahrzeuges zu ermöglichen.

Dazu kann der Elektromotor über eine Drehbewegung der Rotorwelle, welche beispielsweise an der Kolbenwelle drehsteif angeordnet ist oder ein Bestandteil der Kolben- oder Antriebswelle ist, die Kolben in den Zylindern in eine definierte und optimale Ausgangsposition be- wegen, bevor der Motor gestartet und das Luft/Kraftstoffgemisch in die Zylinder gepresst wird.

Es ist auch möglich, dass der beschriebene Verbrennungsmotor kein Ottomotor bzw. Dieselmotor, sondern eine Wankelmotor ist, dessen Exzenterwelle beispielsweise drehsteif mit der Rotorwelle verbunden ist oder die Rotorwelle ein Abschnitt der Exzenterwelle darstellt.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft

Prinzipskizzen von Flussdiagrammen sowie von Diagrammen der ersten, zweiten und dritten Variante zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor dargestellt sind.

Komponenten, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Komponenten nicht in allen Figuren gekennzeichnet und erläutert sein müssen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Flussdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik mit einer daran angeordneter Detektierungsvorrichtung zur Analyse der Stromstärke,

Fig. 2 eine Prinzipskizze eines Ablaufdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Variante,

Fig. 3 einen Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung des Verlaufes der Stromstärke über die Zeit,

Fig. 4 eine Prinzipskizze eines Flussdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik mit daran angeordneter Detektierungsvorrichtung zur der Analyse der Wnkelgeschwindig- keit bzw. des Wnkelwertes,

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines Ablaufdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Variante, Fig. 6 eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der dritten Variante,

Fig. 7 eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung der Winkelbeschleunigung über die Zeit, und

Fig. 8 eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung der Winkelposition des

Rotors über die Zeit. Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Flussdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik mit einer daran angeordneten Detektierungsvorrichtung 1 zur Analyse der Stromstärke. Die Rotation der Kurbel- oder Antriebswelle bzw. der Exzenterwelle, welche an einer Rotorwelle 2a des Elektromotors 2 bzw. des Generators 2 angeordnet ist, wird über einen Positions- und Geschwindigkeitssensor 3 überwacht, welcher die ausgelesenen Werte beispielsweise mit den Werten über die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeuges und damit der aktuellen Motorbelastung sowie die erforderlichen Referenz- bzw. Sollwerte bündelt 4 und an einen Proportional-Integral-Regler (PID) 5 übermittelt, welcher die geforderte Stromstärke lq_soll ermittelt bzw. vorgibt. lq_soll ist hierbei ein Sollwert des Momentenstroms Iq bzw. des momentbildenden Stroms Iq, welcher im Generator gebildet werden soll. Der ld_soll-Strom 6 dagegen ist der Sollwert des Blindstroms Id bzw. des Feldbildenden Stromes Id und weist gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt den Wert Null auf.

Die im Stand der Technik verwendete FOC-Steuerung bzw. der FOC-Algorithmus (Feldorien- tierte Steuerung bzw. Regelung), welcher zur Steuerung eines dreiphasigen Statorstroms verwendet wird, um eine erweiterte Drehzahl und Positioniergenauigkeit des Elektromotors 2 zu erzielen, erzeugt einen dreiphasigen Spannungsvektor.

Da die FOC-Steuerung bzw. der FOC-Algorithmus ein aus dem allgemeinen Stand der Technik bekanntes Vorgehen ist, soll hierbei nur kurz auf die einzelnen Schritte des FOC- Algorithmus eingegangen werden:

Mittels der Clark-Transformation 12 wird das zweidimensionale, dreiachsige, auf den Stator des Elektromotors 2 bezogene Koordinatensystem auf ein zweiachsiges System umgewandelt, welches auf der gleichen Referenz beruht und welches durch eine Park-Transformation 13 in ein anderes zweiachsiges System transformiert wird, welche die Ströme bzw. Strom- stärken Iq ist und Id ist als Ergebnis haben. Id ist und Iq ist sind die aktuellen an dem

Elektromotor 2 vorliegenden und gemessenen Stromstärken.

Die vom Elektromotor 2 bzw. Generator 2 erzeugten bzw. anhand der Park-Transformation 13 erzeugten Ströme bzw. Stromstärken Iq ist und Id ist werden gemeinsam mit den Sollwerten lq_soll und ld_soll jeweils einem zweiten PID 7 und einem dritten PID 8 übermittelt.

Der Sollwert lq_soll steuert beispielsweise das Ausgabe-Drehmoment des Motors 2, während die Ausgänge der PIDs 7 und 8 mit Vq und Vd den Spannungsvektor liefern, welcher an den Motor 2 geschickt wird.

Anhand der über die inverse Park-Transformation 9 erzeugten Spannungen Va und Vß wird ein neuer Transformationswinkel abgeschätzt, welcher zur Platzierung des nächsten Spannungsvektors verwendet wird. Mittels der inversen Clark-Transformation werden die Werte Va und Vß in Dreiphasenwerte Va, Vb, Vc gemäß der Drei-Phasen-Brücke 11 zurücktransformiert.

Bei der aus dem Stand der Technik bekannten FOC-Methode werden die einzelnen Dreipha- sen-Pulsweitenmodulationssignale per Space-Vector-Modulation (SVM) sinusförmig modu- liert und an die Dreiphasenwicklungen des Motors 2 angelegt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Detektierungsvorrichtung 1 zwischen dem ersten PID 5 und dem zweiten PID 7 zwischengeschaltet und nimmt den ermittelten bzw. transformierten Wert des Iq ist Stromes sowie den aus dem ersten PID 5 ausgegebenen Sollwert des Stromes bzw. der Stromstärke lq_Soll auf.

Der Strom bzw. die Stromstärke Id ist und ld_soll werden bei der Analyse der

Detektierungsvorrichtung_vorzugsweise nicht verwendet, da der Blindstrom bevorzugt Null sein soll, da alle drei Widerstände des Generators bevorzugt die gleiche Wderstandsgröße aufweisen.

Anhand der beiden Stromstärken Iq ist und lq_soll wird die Regelabweichung berechnet, welche je nach Positionierung bezüglich definierter Grenzen auf eine Fehlzündung hinweist oder nicht. Das Ergebnis„Fehlzündung ja" oder„Fehlzündung nein", welches von der

Detektierungsvorrichtung 1 ausgegeben wird, wird in eine entsprechenden Regel- und Steuereinrichtung des Elektromotors (hier nicht gezeigt) oder eventuell auch des Verbrennungsmotors (hier nicht gezeigt) übermittelt, um eine entsprechende Steuerung des Motors einzu- leiten bzw. ein entsprechende Warnsignal über die Steuerung an den Fahrzeugführer zu übermittelt, welcher dadurch aufgefordert wird eine Werkstatt zur Behebung des Problems aufzusuchen.

Die Aufzeichnungen über eine entdeckte Fehlzündung werden beispielsweise von der Detektierungsvorrichtung selbst oder von einer entsprechenden Speichereinrichtung aufgezeichnet und vorzugsweise langfristig gespeichert, damit bei einer späteren Fehleranalyse des Fahrzeuges bzw. des Verbrennungsmotors oder der Steuersysteme erkannt werden kann, dass beispielsweise Fehlzündungen vorlagen und unter welchen Bedingungen. Die Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze eines Ablaufdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der ersten Variante zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor.

Der in dem Generator erzeugte Strom Iq ist 20 bzw. die Stromstärke Iq ist 20 wird der Detektierungsvorrichtung 1 übermittelt, welche eine resultierende Amplitude 22 aus dem dreiphasigen Wechselstrom erstellt und mit einem lq_soll-Wert 21 , welcher von dem Drehzahlregler (hier nicht gezeigt) vorgegeben und ebenfalls der Detektierungsvorrichtung 1 übermittelt wird 23, von der Detektierungsvorrichtung 1 derart verglichen wird, dass mittels einer Subtraktion der Iq_ist-Wert 20 von dem lq_soll-Wert 21 bzw. der lq_soll-Wert 21 von dem Iq_ist-Wert 20 subtrahiert 24 wird. Durch diese Rechenoperation 24 ergibt sich eine Differenz 25 bzw. ein Delta 25 bzw. eine Regelabweichung 25 bzw. keine Regelabweichung 25, welche innerhalb definierter Grenzen x und y, die sich beispielsweise aus motor- und/oder drehzahlabhängigen Grenzen definieren, liegt, insofern eine Fehlzündung stattgefunden hat. Demnach hat keine Zündung im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors eine Regelabweichung ausgelöst, welche außerhalb der definierten Grenzen liegt.

Dabei können die Grenzen x und y unterschiedliche Werte aufweisen.

Zeitgleich erfolgt eine Analyse des Gradienten 27 der resultierenden Amplitude 20, wobei die Stromstärke 20 dafür einmal über die Zeit abgeleitet 26 werden muss. Auch die Beurteilung des Gradienten 27 erfolgt innerhalb definierter Grenzen w und v, welche unterschiedlich zu den Grenzen x und y sein können und vorzugsweise entsprechend der Motor- bzw. Fahrzeugbelastung stetig neu ausgewählt bzw. definiert werden. Liegt die Ableitung der Steigung 27 innerhalb dieser definierten Grenzen, wird davon ausgegangen, dass eine Fehlzündung vorliegt.

Da jedoch bevorzugt beide Ergebnisse 25 und 27 benötigt werden, um eine eindeutige Aussage darüber treffen zu können, ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht, werden bei- de Ergebnisse mittels eines„UND"-Operators in einem Schritt 28 miteinander verglichen.

Da der UN D-Operator vorzugsweise voraussetzt, dass beide Merkmale den gleichen Wert bzw. das gleiche Ergebnis, wie beispielsweise„Fehlzündung ist aufgetreten" oder„Fehlzündung ist nicht aufgetreten" aufweisen müssen, ist davon auszugehen, dass keine Fehlzün- dung aufgetreten ist, solange beide Ergebnisse 27 und 25 nicht den Wert„Fehlzündung ist aufgetreten" aufweisen bzw. beide Ergebnisse 27 und 25 nicht lediglich Werte aufweisen, welche innerhalb der definierten Grenzen x und y bzw. w und v liegen.

Es ist jedoch auch möglich, dass beispielsweise mittels eines„ODER-Operators" agiert wird, indem lediglich ein Analyseschritt, nämlich die Berechnung und Bewertung der Regelabweichung oder die Analyse des Gradienten, eine Fehlzündung detektieren muss, um ein Auftreten einer Fehlzündung als„wahr" zu bestätigen.

In der Fig. 3 ist eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung des Verlaufes der Strom- stärke über die Zeit dargestellt, wobei die Verlaufskurve 30 die ermittelte Stromstärke Iq ist und die Verlaufskurve 31 die von dem Drehzahlregler (hier nicht gezeigt) vorgegebene Stromstärke lq_soll darstellt.

Die Blitze 33a, 33b und 33c stellen einzelne Zündungen 33a, 33b und 33c bzw. einzelne Zündungszeitpunkte 33a, 33b und 33c innerhalb des Brennraumes der Verbrennungsmaschine dar.

Das Diagramm der Fig. 3 zeigt deutlich, dass der von dem Generator erzeugte Strom Iq ist mit dem Referenzstromwert lq_soll korreliert, jedoch ist aufgrund der Datenfülle nicht zu er- kennen, ob eine Zündung 33a, 33b und 33c zum Zündzeitpunkt 33a, 33b und/oder 33c statt- gefunden hat oder nicht. Dieses sogenannte Rauschen ist demnach für eine Auswertung zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor ungeeignet und muss entsprechend beispielsweise durch eine Ableitung über die Zeit geglättet bzw. entzerrt werden. Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze eines Flussdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß dem Stand der Technik mit daran angeordneter

Detektierungsvorrichtung zur Analyse der Winkelgeschwindigkeit bzw. des Wnkelwertes. Dieses Flussdiagramm entspricht dem in Fig.1 vorgestellten Flussdiagramm zur Visualisierung des Ablaufes einer FOC-Steuerung, wobei lediglich die Detektierungsvorrichtung nicht wie in Fig.1 zwischen dem ersten PID 5 und dem zweiten PID 7 angeordnet ist, um die

Stromstärken Iq ist und lq_soll für eine Auswertung heranzuziehen, sondern beispielsweise zwischen dem Elektromotor 2 bzw. Generator 2 und dem Positions- und Geschwindigkeitssensor 2. Als Eingangsgröße zur Beurteilung ob eine Fehlzündung aufgetreten ist oder nicht zieht die Detektierungsvorrichtung 1 die Positionswerte bzw. die Wnkelpositionen der Rotorwelle 2a an, welche von dem Sensor 3 erfasst werden. Dies wird benötigt, um mittels der Winkelwerte bzw. der Wnkelpositionswerte die Winkelgeschwindigkeit gemäß der zweiten Variante oder den Trend der Winkelwerte gemäß der dritten Variante zu ermitteln.

In Fig. 5 ist eine Prinzipskizze eines Ablaufdiagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der zweiten Variante dargestellt.

Über einen Sensor 3 wird die Positionierung der Rotorwelle (hier nicht gezeigt) während ei- nes definierten Zeitraumes beobachtet, wobei sich die Rotorwelle um ihre Achse dreht und dabei einen bestimmten Weg innerhalb des definierten Zeitfensters zurücklegt. Dabei kann die Welle beispielsweise einen Weg um einen definierten Drehwinkel, welcher beispielsweise zwischen 0° bis 360° liegt,_zurücklegen. Diese Rotation der Rotorwelle erzeugt die der Detektierungsvorrichtung 1 übermittelten Wnkelwerte 51 , welche durch die erste Rechen- Operation 52 zu der Wnkelgeschwindigkeit 52 abgeleitet werden. Durch eine erneute Ableitung 54 der Wnkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl ist es möglich die magnetische Flussdichte B über die Frequenz f in einem Diagramm 55 darzustellen bzw. die Winkelbeschleunigung über die Zeit bzw. innerhalb eines definierten Zeitfensters darzustellen, um eventuelle Störgrößen, welche auf ein Auftreten einer Zündung schließen lassen, herausfiltern zu können. Weiterhin ist es beispielsweise möglich die Werte der Winkelbeschleunigung 56 mittels eines Frequenzdiskriminators 57 filtern zu lassen, um etwaige Störgrößen bzw. Istwerte, welche von den Sollwerten abweichen, ermitteln zu können. Dieser Frequenzdiskriminator 57 ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes elektronisches Bauteil, dessen Funktionsweise somit nicht weiter erläutert werden muss. Es ist denkbar, dass der Frequenzdiskriminator 57 ein Element der Detektierungsvorrichtung 1 darstellt oder an dieser angeordnet ist.

Fig. 6 zeigt eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Detektierung einer Fehlzündung in einem Verbrennungsmotor gemäß der dritten Variante. Die aus dem Positionssensor 3 erhal- tenen Winkelwerte 61 werden hier über die Zeit innerhalb eines definierten Zeitfensters betrachtet. Weiterhin werden zur Analyse des Wnkelwertes eine obere 60a und eine untere Grenze 60b herangezogen, welche je nach Belastung des Motors neu definiert werden können und demnach motor- bzw. drehzahlabhängig sind. Befinden sich die Winkelwerte 61 innerhalb der definierten Grenzen 60a und 60b bzw. verläuft der Trend der Wnkelwerte 61 innerhalb dieser definierten Grenzen 60a und 60b, kann davon ausgegangen werden, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist, da kein vom Soll-Wert abweichender Ist-Wert detektiert wurde, der vorzugsweise außerhalb der definierten Grenzen liegt und bevorzugt bei einer Zündung innerhalb eines Brennraumes einer Verbrennungsmaschine auftritt. Die Fig. 7 stellt eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung der Wnkelbeschleuni- gung über die Zeit dar. Die abgebildeten Blitze 33a und 33b symbolisieren hier wieder eine Zündung 33a und 33b bzw. einen Zündzeitpunkt 33a und 33b.

Die Verlaufskurve 70 zeigt Istwerte der Wnkelbeschleunigung der Rotorwelle des Genera- tors über die Zeit. Man erkennt deutlich, dass die Wnkelbeschleunigung direkt nach der ersten Zündung 33a zunimmt und nach einer bestimmten Zeit wieder abnimmt. D.h., dass die Rotorwelle nach einer Zündung in einem Zylinder des Verbrennungsmotors kurzzeitig positiv beschleunigt wird und dann beispielsweise aufgrund von Reibungsverlusten eine negative Beschleunigung erfährt, also leicht abgebremst wird. Erfolgt dann die zweite Zündung 33b wird die Rotorwelle wieder positiv beschleunigt usw.

Fällt beispielsweise die erste Zündung 33a aus, d.h. zum Zündzeitpunkt 33a findet keine Zündung 33a innerhalb des Brennraumes der Verbrennungsmaschine statt, wird die Beschleunigung der Rotorwelle immer geringer, was einem Bremsen der Rotorwelle entspricht. Dies wird mit der Verlaufskurve 71 dargestellt. Die Reduzierung der Beschleunigung der Rotorwelle wird erst wieder umgekehrt, wenn die zweite Zündung 33b erfolgreich durchgeführt wurde und die Rotorwelle wieder eine positive Beschleunigung erfährt.

Der Verlauf der Verlaufskurve 71 , welche eine Fehlzündung repräsentiert, kann beispielsweise durch die Detektierungsvorrichtung selbst oder durch den Frequenzdiskriminator erkannt werden. Die Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze eines Diagramms zur Abbildung der Winkelposition des Rotors über die Zeit zur Detektierung der Fehlzündung gemäß der dritten Variante.

Innerhalb eines definierten Zeitfensters, welches je nach Motorbelastung definiert wird und beispielsweise eine Zeitdauer von 12ms umfasst, werden die Wnkelwerte, welche von ei- nem Sensor (hier nicht gezeigt) an die Detektierungsvorrichtung (hier nicht gezeigt) übermittelt werden, über die Zeit aufgetragen.

Dazu wird eine Vielzahl von Werten nach bestimmten Zeitintervallen beispielsweise aller 0, 1 ms von dem Sensor abgelesen. Jeder Wert gibt dem Sensor an, in welcher Position sich die Welle derzeit befindet. D.h., ob die Rotorwelle sich beispielsweise nach dem ersten Zeitabschnitt bereits um 1 °oder um 2° oder um 3° usw. um ihre Achse, welche durch die Zündung in den Zylindern des Verbrennungsmotors betrieben wird, gedreht hat.

Der Wert 61a der Verlaufskurve 61 stellt die Position der Rotorwelle bei einer Zündung in einem Zylinder des Verbrennungsmotors dar. Dieser Wert ist der einzige Wert, welcher sich innerhalb des definierten Zeitfensters, welches lediglich nur eine Zündung berücksichtigt, außerhalb der vorgegebenen oberen 60a und unteren Grenze 60b befinden darf, da die Zündung einher geht mit einer leichten Änderung der Beschleunigung der Rotorwelle und damit mit einer Veränderung des Winkelwertes der Rotorwelle. Würde der Wert 61a eben- falls innerhalb der definierten Grenzen, welche beispielsweise geschwindigkeitsabhängige Grenzen sind, liegen, ist dies ein Anzeichen, dass eine Fehlzündung aufgetreten ist.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind. Bezugszeichenliste

1 Detektierungsvorrichtung

2 Elektromotor

2a Rotorwelle

3 Positions- und Geschwindigkeitssensor

4 Bündelung

5 erster Proportional-Integral-Regler

6 Referenzwert des feldbildenden Stromes ld_soll

7 zweiter Proportional-Integral-Regler

8 dritter Proportional-Integral-Regler

9 inverse Park-Transformation

10 inverse Clark-Transformation

1 1 Drei-Phasen-Schaltung

12 Clark-Transformation

13 Park-Transformation

20 Eingangswert Iq ist

21 Eingangswert lq_soll

22 Übermittlung bzw. Auswertung des Eingangswertes Iq ist

23 Übermittlung bzw. Auswertung des Eingangswertes Iq isoll

24 Rechenoperation

25 Analyse der Regelabweichung

26 Ableitung des Iq ist

27 Analyse des Gradienten

28 UN D-Operator

30 Verlaufskurve Iq ist

31 Verlaufskurve lq_soll

33a erste Zündung

33b zweite Zündung

33c dritte Zündung

51 Winkelwertes

52 Ableitung des Winkelwertes

53 Winkelgeschwindigkeit

54 Ableitung der Winkelgeschwindigkeit Diagramm

Winkelbeschleunigung

Frequenzdiskriminator

a obere Grenze

b untere Grenze

Verlaufskurve des Winkelwertesa Winkelpositionswert bei Zündung

Winkelbeschleunigungswerte bei Zündung

Winkelbeschleunigungswerte bei Fehlzündung