事件检测系统的制作方法

1.本主题涉及火花点火发动机。更具体地，涉及检测火花点火发动机中事件的发生。


背景技术：

2.内燃机(ic)通过向环境排放各种废气，是污染和全球变暖的重要原因。ic发动机通过燃烧排放有害气体，诸如co、hc、nox和碳氢化合物等的化石燃料产生动力。气体的排放已经并正在使环境条件恶化，并且因此汽车制造商迫切需要尝试将ic发动机动力总成的排放量降低到以前无法想象的水平。
3.除了控制与减少气体的排放以外，汽车产业正迅速转向在车辆上实施“车载诊断(on board diagnostic：obd)”，用于通知用户车辆的状态。obd系统根据不同国家的制度分类为多个种类，例如obd阶段i&obd阶段ii。典型地，obd ii聚焦于三个方面——发动机失火检测、催化转化器监测和lambda传感器监测。然而，取决于地方机构的定义，这在不同的司法管辖区可能有所不同。
4.为了提高发动机的燃烧效率并减少排放，检测和监测ic发动机中的事件(例如失火、爆震等)至关重要。当喷射的空气燃料混合物完全不燃烧或者部分燃烧时，会发生失火。ic发动机的失火影响燃烧质量并降低催化剂转换器的性能，从而导致不希望的排放增加以及系统的耐久性下降。
附图说明
5.参考附图进行详细描述。所有附图中使用相同的附图标记来表示类似的特征和组件。
6.图1示例性地示出了具有发动机的离子电流测量电路的点火系统；
7.图2示例性地示出了电联接至图1中示例性地示出的点火系统的事件检测系统；
8.图3示例性地示出了由离子电流测量电路测量的离子电流信号相对于时间的变化的图形表示；
9.图4至图5示例性地示出了在频域中，在失火状态和无失火状态下，离子电流信号的图形表示；
10.图6示例性地示出了基于由频带确定单元确定的频带的数量，根据离子电流信号确定发生失火的示意图；
11.图7至图9示例性地示出了在失火状态和无失火状态期间，数字离子电流信号在不同频带中的变化的图形表示；
12.图10示例性地示出了包括用于确定在内燃机中发生失火的步骤的方法的流程图；
13.图11示例性地示出了包括确定在发动机中发生失火的步骤的流程图；以及
14.图12示例性地示出了包括确定在发动机中发生失火的步骤的流程图。
具体实施方式
15.基于特定的发动机循环期间发生的燃烧量，内燃机(ic)中的失火事件可以分类为部分或者全部。在大多数发动机中，失火的识别是通过监测发动机曲轴的角加速度执行的。任何失火都会导致曲轴的角加速度的瞬时变化，而检测该瞬时变化以确定失火事件的发生。然而，当使用相同的角加速度方法时，由于使用的ic发动机的低机械惯性，具有较低容量(例如，容量小于200立方厘米)的单缸发动机对检测失火来说是一个挑战。由于动力总成上存在各种负载干扰(尤其是当发动机被用于车辆时)，单缸ic发动机的失火识别的问题变得更具有挑战性。
16.还设计了其他几种用于单缸发动机的发动机失火的检测的技术。这些技术包含瞬时曲轴转速分析、缸内压力分析、瞬时曲轴扭矩分析等。由于发动机中的低机械惯性和负载扰动，用于检测失火的曲轴转速面临很多挑战。这些方面对检测发动机失火的可靠性产生了不利影响。解决发动机中的失火事件的检测问题的替代解决方案是利用发动机中的火花事件中产生的离子电流。当空气-燃料混合物在ic发动机气缸内点燃时，空气颗粒电离。通过在火花塞上施加适当的高压，可以测量离子电流，这是因为离子电流的电量反映了空气-燃料混合物的电离程度。因此，离子电流流取决于燃烧事件。离子电流信号可以在离子电流测量电路的帮助下来捕获。需要处理捕获的信号以检测失火。在离子电流信号的帮助下，可以采用多种技术来区分失火和正常燃烧。
17.离子电流信号的积分是检测失火的常规技术。然而，离子电流信号的积分无法正确显示部分失火，这是因为在失火和无失火的状态下积分值是一致的。存在各种会导致发动机失火的原因。点火线圈电路中的电气故障是其中之一。点火线圈中没有离子电流流有助于检测完全失火。然而，在火花塞上产生微弱火花导致部分失火的情况下，使用离子电流信号的检测需要对离子电流信号进行滤波和处理以提取信息。
18.在汽车上的ic发动机的应用中，发生失火状态的缺点如下：由于在燃烧事件中发生失火，燃料将被浪费，这是因为没有火花用于燃料燃烧。由于里程数的减少，这将降低车辆的性能。失火检测将使驾驶员了解车辆中的失火事件，并且通过调查和纠正失火原因，用户可以提高车辆的性能。失火的检测和减少将对车辆的耐久性产生影响。此外，由于存在燃烧事件的损失，所以失火对车辆的动力/提速有直接影响。由于失火，用户在驾驶中可能会感到突然的颠簸。这些可能给车辆的使用者带来不适。同样，由于失火，废气中的未燃烧的燃料会影响转换器中的催化剂的寿命，并对排放产生直接影响。因此，需要基于发动机中的离子电流感测来有效地检测事件，例如无失火、完全失火和部分失火，以获得发动机的平稳体验、耐久性并遵守排放标准。
19.本主题公开了一种设定在发动机中的点火事件期间产生的离子电流信号的大小和形状以获得关于发动机中的失火(完全或部分)事件的信息的方法。因此，离子电流测量值指示发动机中的燃烧事件以及燃烧质量。测量的离子电流信号构成为显示与失火状态相比在无失火状态下的动态。离子电流信号的频谱用来提取基本信息并区分发动机中的无失火状态和失火状态。
20.在一个实施例中，公开了一种发动机的事件检测系统，包括离子电流测量电路、预定数量的频带限制器模块、预定数量的频域转换单元和离子信号分析器。离子电流测量电路测量在火花塞中的火花事件期间产生的点火线圈中的离子电流信号。通信地联接到离子
电流测量电路的预定数量的频带限制器模块产生预定数量的带滤波离子电流信号。预定数量的频域转换单元通信地联接至预定数量的频带限制器模块，将预定数量的带滤波离子电流信号转换至频域中的预定数量的数字离子电流信号。离子信号分析器通信地联接至预定数量的频域转换单元，利用与预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅阈值分析预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅并且将该预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅与预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅阈值进行比较，以确定发动机中的事件的发生。
21.在一个实施例中，事件检测系统还包括频带确定单元，用于基于所测量的离子电流信号的电压电平的变化来确定所测量的离子电流信号中的预定数量的频带。预定数量的频带中的每一者对应于预定数量的频带限制器模块中的每一者。预定数量的频带限制器模块中的每一者对应于预定数量的带滤波离子电流信号中的每一者。预定数量的带滤波离子电流信号中的每一者对应于预定数量的数字离子电流信号中的每一者。在一个实施例中，频带的预定数量是三。预定数量的频带限制器模块中的每一者是具有相应的低截止频率和相应的高截止频率的带通滤波器。
22.预定的频域转换单元中的每一者对时域中的预定数量的带滤波离子电流信号中的每一者执行傅里叶变换，以获得频域中的预定数量的数字离子电流信号。傅里叶变换是应用于预定数量的带滤波离子电流信号中的每一者的fft算法。
23.在一个实施例中，事件检测系统还包括通知单元，用于基于对由离子信号分析器对预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅相对于预先存储的振幅阈值的比较分析，生成并通知发动机的用户关于事件的发生。在一个实施例中，事件检测系统还包括振幅数据库服务器，用于存储对应于所测量的离子电流信号中的频带的振幅阈值。
24.在另一个实施例中，公开了一种用于确定内燃机中的事件发生的方法。该方法由上述所公开的事件检测系统实现。该方法包括以下步骤：在火花塞中的火花事件期间，由离子电流测量电路测量从ic发动机的点火线圈接收到的离子电流信号的电压电平。此外，公开了通过预定数量的频带限制器模块对接收到的离子电流信号进行滤波以生成预定数量的带滤波离子电流信号的步骤。此外，该方法包括通过预定数量的频域转换单元将预定数量的带滤波离子电流信号转换至预定数量的数字离子电流信号的步骤；以及由离子信号分析器利用对应于预定数量的数字离子电流信号中的每一者的频带的振幅阈值分析预定数量的数字离子信号中的每一者的振幅，以必然地确定在发动机中的事件的发生。
25.该方法还包括由事件检测系统的频带确定单元基于所测量的离子电流信号的电压电平的变化来确定所测量的离子电流信号中的预定数量的频带，并且将振幅阈值存储在振幅阈值服务器(205)中。对时域中的预定数量的带滤波离子电流信号到频域的转换包括对预定数量的频带滤波离子电流中的每一者进行傅里叶变换。傅里叶变换是应用于预定数量的带滤波离子电流信号中的每一者的快速傅里叶变换(fft)算法。
26.在一个实施例中，由离子信号分析器分析预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅包括：确定预定数量的数字离子电流信号中的每一者的对应频带，在振幅数据库服务器中查找与预定数量的数字离子信号中的每一者的所确定的频带相对应的振幅阈值，比较预定数量的数字离子电流中的每一者的振幅与相对应的振幅阈值，并基于该比较确定在发动机中的事件的发生。该方法还包括基于由离子信号分析器的比较分析，由事件检测
系统的通知单元生成并通知发动机的用户关于事件的发生。该方法还包括将事件故障信息历史存储在电子控制单元中用于发动机诊断分析的步骤。该方法利用fft和带通滤波器用于识别事件，例如发动机中的失火以及部分失火。
27.图1示例性地示出了具有发动机的离子电流测量电路107的点火系统100。点火系统100由如下部件组成：具有一次侧101和二次侧103的点火线圈、火花塞106和控制电路105，例如，具有电气开关设备104的电子控制单元(ecu)，以产生在发动机的气缸中产生火花所需的高压峰。一次侧线圈101连接在电池102与电气开关设备104之间。当电气开关设备104处于闭合状态时，点火线圈的一次侧101储存能量。一旦控制电路105将电气开关设备104的状态改变为断开，由于一次侧101中的电流突然终端，在点火线圈的一次侧101中产生例如400v的电压。在火花塞106处产生约20-25kv的二次高压(取决于一次线圈和二次线圈的匝数比)，这导致电压击穿，从而允许离子电流流流过火花塞106。离子电流测量电路107在二次侧103连接，以提供偏置电压，进而产生离子电流流。离子电流测量电路107由在触发火花的过程中充电的电容器组成。一旦触发火花，由电容器保持的电荷在火花电极两端产生电势差，从而导致离子电流流。离子电流测量电路107连接至点火线圈的二次侧103的端子103b以检测失火。需要对捕获的离子电流信号进行滤波和处理，以提取与发动机中的燃烧事件有关的基本信息。
28.图2示例性地示出了电联接至如在图1中示例性地示出的点火系统100的事件检测系统200。事件检测系统200包括连接至点火线圈的二次侧103的离子电流测量电路107、n个频带限制器模块203、n个频域转换单元204和离子信号分析器206。数字n是在1到无穷大之间变化的预定数量。事件检测系统200包括与离子电流测量电路107电联接的频带确定单元202。
29.离子电流测量电路107测量流过点火线圈二次侧的离子电流信号。离子电流测量电路107测量离子电流信号的电压电平。图3中示出失火事件和无失火事件期间的离子电流信号的电压电平的变化。基于离子电流信号的电压电平相对于时间的变化，频带确定单元202确定频带n的数量、n个频带中的每一者的低截止频率和高截止频率。当在图3中示例性地示出的离子电流信号转换至在图4中示例性地示出的频域时，频带确定单元202确定在频域中整个离子电流信号的低截止频率和高截止频率，其中在失火和无失火状态下，离子电流信号的振幅有预定的变化量。基于离子电流信号在频域信号中的振幅变化，频带确定单元识别n个频带，如图3至图4中公开的，每个都有低截止频率和高截止频率。
30.频带限制器模块的数量是n，其等于由频带确定单元202确定的频带的数量(n)。n个频带限制器模块203对离子电流信号进行滤波并产生n个带滤波离子电流信号。频带限制器模块203中的每一者是例如在频带内工作的带通滤波器。每个频带由低截止频率和高截止频率限定。频带限制其模块中的每一者在该频带的低截止频率和高截止频率之间过滤离子电流信号。每个频带限制器模块输出带滤波离子电流信号。每个频带限制器模块利用点火线圈二次侧的电压、点火线圈一次侧的电压和发动机转速为基准，对离子电流信号进行滤波。预先确定的发动机转速用来触发由事件检测系统对失火的检测的开始和结束。在发动机转速之间，由事件检测系统执行离子电流信号滤波和处理。由于没有存储数据以供后续处理，因此失火的检测是实时连续地进行的。
31.n个频域转换器单元204中的每一者都作用于n个带滤波信号中的带滤波离子电流
信号。由于离子电流信号的频谱提供了关于燃烧事件的信息，所以n个频域转换器单元204将n个带滤波离子电流信号从时域转换至频域。n个频域转换器单元204产生n个数字离子电流信号。如在图7至图9中详细公开的，每个数字离子电流信号包括具有相应振幅的多个频率分量。频域转换器单元204对带滤波离子电流信号执行fft，并获取发送至离子信号分析器206的数字离子电流信号。离子信号分析器206分析构成带滤波数字离子电流信号的fft频谱的频率分量的振幅，以检测发生失火。离子信号分析器206利用与数字离子电流信号相对应的振幅阈值来分析每个数字离子电流的每个频率分量的振幅。振幅阈值存储在振幅数据库服务器205中。振幅阈值对应于由离子电流测量电路107接收的离子电流信号的频带。在由频带确定单元202确定频带数量的同时，振幅数据库服务器205被填充有与基于实验研究或理论计算获得的频带相对应的振幅阈值，该实验研究或理论计算对应于发动机的失火。
32.离子信号分析器206确定数字离子电流信号中的每一者的对应频带，并且在振幅数据库服务器205中的振幅数据库中执行对应的振幅阈值at的查找。此外，离子信号分析器206将预定数量的数字离子电流信号(dics)中的每一者的频率分量的振幅a与对应的振幅阈值进行比较，并基于该比较确定发动机201中发生失火。在一个实施例中，离子信号分析器206可以基于分析设置失火标志和无失火标志。
33.事件检测系统200还包括通知单元207，通知单元207用于基于由离子信号分析器206的分析生成并通知发动机201的用户发生失火。基于失火标志和无失火标志，通知单元207向用户的用户设备发送通知。用户设备可以是智能手机、台式电脑、笔记本电脑、汽车仪表盘等。该通知可以是语音警报、向用户传达错误代码和识别的故障的相关信息的文本通知。根据替代实施例，警报或失火故障信息历史可以存储在电子控制单元(ecu)105或任何存储单元中。该通知或存储的历史可在以后用于服务工程师对故障的诊断和纠正。
34.图3示例性地示出了由离子电流测量电路107测量的离子电流信号相对于时间的变化的图形表示。可以看出，与无失火状态相比，在失火状态开始时，离子电流信号的电压电平表现出信号图案(振幅和频率)的动态电压变化。由图2详细描述的事件检测系统200的其他部件分析电压电平的变化，以确定发生失火。频带确定单元202在不使用带通滤波器的情况下对在图3中所示的离子电流信号执行傅里叶变换，以识别频带的数量、每个频带的高截止频率和低截止频率。
35.图4至图5示例性地示出了在失火状态和无失火状态下，离子电流信号在频域中的图形表示。如在图4中示例性地示出，频域中的离子电流信号是由频带确定单元202对如在图3中示例性地示出的离子电流信号进行傅里叶变换后得到的。图示示出了在失火状态和无失火状态期间，离子电流信号的频率分量在f2赫兹(hz)到f8赫兹的范围内变化。频率从f0赫兹，f1赫兹，f2赫兹变化到f13赫兹，f14赫兹。f2赫兹是f1赫兹的两倍，f3是f1赫兹的三倍，以此类推，f14是f1赫兹的14倍。频率分量的振幅从a0，a1，a2，变化到a9，其中a2是a1的两倍，a3是a1的三倍，以此类推，a9是a1的九倍。
36.从图形表示中可以明显看出，离子电流信号包括由于振动和发动机动力学产生的噪声，为了去除引发的噪声，需要使用过滤器。使用具有f8赫兹的高截止频率和f2赫兹的低截止频率的单频限制器模块，获得如图5所示的在频域中的离子电流信号的图形表示。如在图5中示例性地示出，在f2赫兹与f8赫兹的频率之间，频率分量的振幅的变化在不同频带中
不同。基于频率分量的振幅的变化，频带确定单元202确定n个频带以及每个频带的高截止频率和低截止频率。示例性地，从图5的图形表示中，频带确定单元202确定了三个频带和在每个频带中的高截止频率和低截止频率。带通滤波器1具有f1赫兹的低截止频率和f3赫兹的高截止频率。带通滤波器2具有f3赫兹的低截止频率和f5赫兹的高截止频率。带通滤波器3具有f5赫兹的低截止频率和f7赫兹的高截止频率。由于n＝3，即识别了三个频带，所以如在图6中示例性地示出，频带限制器模块203的数量也是三个，并且频域转换单元204也是三个。
37.图6示例性地示出了基于由频带确定单元202确定的频带的数量，从离子电流信号确定发生失火的示意图。如在以上示例中公开的，存在三个频带限制器模块203a、203b和203c，每个具有高截止频率和低截止频率。频带限制器模块是带通滤波器。带通滤波器1 203a具有f1赫兹的低截止频率和f3赫兹的高截止频率。带通滤波器2 203b具有f3赫兹的低截止频率和f5赫兹的高截止频率。带通滤波器3 203c具有f5赫兹的低截止频率和f7赫兹的高截止频率。频带确定单元202选择低截止频率和高截止频率，使得离子电流信号在这两个频率之间的失火和无失火状态期间显示出明显的变化。每个带通滤波器203a、203b和203c产生带滤波的离子电流信号。使用傅里叶变换将时域中的带滤波离子电流信号转换至频域。然后，在每个带通滤波器块之后，将快速傅里叶变换(fft)应用于带通滤波信号。三个fft块204a、204b和204c执行fft并产生三个数字离子电流信号。从数字离子电流信号的频谱来看，离子信号分析器206可以通过与来自实验研究的适当的预定阈值进行比较来检测每个频带中的失火，这一点将进一步公开。在一个实施例中，频带限制器模块203、频域转换单元204和离子信号分析器206体现为发动机/电子控制单元105中的软件模块。
38.图7至图9示例性地示出了在失火状态和无失火状态期间在不同频带中的数字离子电流信号的变化的图形表示。从图7至图9中的频谱中可以明显看出，每个带滤波离子电流信号的fft在失火和无失火状态下都有变化。在图7中示例性示出的数字离子电流信号由带通滤波器1 203a和fft块1 204a的组合产生的，并且位于f1赫兹的低截止频率与f3赫兹的高截止频率之间。可以观察到，对于无失火状态，在图7中的数字离子电流信号的频率分量的振幅在大约f1赫兹时高于a9，并且频率分量的振幅在f1赫兹至f3赫兹时高于a4。然而，对于失火状态，频率分量的振幅在大约f1赫兹时低于a7，并且频率分量的振幅在f1赫兹至f3赫兹时低于a2。基于频带f1赫兹至f3赫兹中的频率分量的振幅，频带确定单元202确定振幅阈值，并将对应于频率的振幅阈值存储在振幅数据库服务器205中，用于由离子信号分析器206进一步使用。
39.图8中示例性地示出的数字离子电流信号从带通滤波器2203b和fft块2204b的组合产生，并且在f3赫兹的低截止频率与f5赫兹的高截止频率之间。可以观察到，对于无失火状态，频率分量的峰值振幅在f4赫兹与f6赫兹之间大于a7，而对于失火状态，频率分量的峰值振幅在f4赫兹与f6赫兹之间从a6变化到a8。有时，对于失火状态和无失火状态的两个数字离子电流信号在相同频率上一致，并且振幅带从a6到a8重叠。然而，在无失火状态下存在多个振幅大于a8的峰值，但在失火状态下只有一个峰值。基于频带f3赫兹到f5赫兹中的频率分量的振幅，频带确定单元202确定振幅阈值，并将对应于频率的振幅阈值存储在振幅数据库服务器205中，用于由离子信号分析器206进一步使用。
40.图9中示例性地示出的数字离子电流信号从带通滤波器3203c和fft块3204c的组
合产生，并且位于f5赫兹的低截止频率与f7赫兹的高截止频率之间。可以观察到，对于无失火状态，对于从f5赫兹到f7赫兹变化的所有频率，频率分量的振幅都在a4以上，而对于失火状态，对于从f5赫兹到f7赫兹变化的所有频率，振幅都在a4以下。基于频带f5赫兹到f7赫兹中的频率分量的振幅，频带确定单元202确定振幅阈值，并将对应于频率的振幅阈值存储在振幅数据库服务器205中，用于由离子信号分析器206进一步使用。
41.频带确定单元202确定对于在图9中的数字离子电流信号的对于无失火状态的振幅阈值在大约f1赫兹时高于a9，并且在f1赫兹至f3赫兹时高于a4。对于失火状态的振幅阈值在大约f1赫兹时低于a7，并且在f1赫兹至f3赫兹之外低于a2。频带确定单元202确定无失火状态的振幅阈值为频带f3赫兹至f5赫兹中振幅高于a7的多个频率成分。在频带f3赫兹至f5赫兹中，失火状态的振幅阈值是没有振幅超过a7的多个频率成分。频带确定单元202确定对于从f5赫兹变化至f7赫兹的所有频率，对于无失火状态的振幅阈值高于a4。对于在频带f5赫兹至f7赫兹中的从f5赫兹变化至f7赫兹的所有频率，对于失火状态的振幅阈值低于a4。这些振幅阈值对应于存储在振幅数据库服务器205中的频率。
42.当从离子电流测量电路107接收到离子电流信号时，三个频带限制器模块203a，203b，203c产生三个带滤波离子电流信号，并且三个频率转换单元204a，204b，204c产生三个数字离子电流信号。由离子信号分析器206检查属于频带的每个数字离子电流信号，以确定失火的发生。对于来自特定频带的数字离子信号，离子分析器206将数字离子电流中的频率分量的振幅与对应于预先存储在振幅数据库服务器205中的振幅数据库中的频率的振幅阈值进行比较。如图6中示例性地示出，在将频率分量的振幅与振幅阈值相比较时，离子信号分析器206可以检测到失火的发生并激活失火标志。基于失火标志，通知单元207生成通知以向发动机201的用户通知失火的发生。
43.图10示例性地示出了包括用于确定内燃机201中发生失火的步骤的方法的流程图。如在图2中示例性地示出，该方法由事件检测系统200实现。在步骤1001，在火花塞106中的火花事件期间，离子电流测量电路107测量从ic发动机201的点火线圈101和103接收的离子电流信号的电压电平。在步骤1002，频带限制器模块203过滤接收到的离子电流信号以产生预定数量的带滤波离子电流信号。在步骤1003，频域转换单元204将预定数量的时域中的带滤波离子电流信号转换至预定数量的频域中的数字离子电流信号。在步骤1004，离子信号分析器206使用与存储在振幅数据库服务器205中的预定数量的数字离子电流信号中的每一者的频带所对应的振幅阈值分析预定数量的数字离子电流信号中的每一者的振幅。基于上述分析，离子信号分析器206产生失火标志，其表明在发动机201中发生失火。
44.图11示例性地示出了包括确定发动机201中发生失火的步骤的流程图。在步骤1101，离子电流测量电路107在每个发动机周期内测量并捕获或存储离子电流信号。在步骤1102，离子电流信号经过截止频率的过滤，以去除较高频率例如图3中的f12-f16赫兹中的噪声成分。在步骤1103，使用具有f1至f3赫兹的频带的带通滤波器1 203a。在步骤1104，使用具有f3至f5赫兹的频带的带通滤波器2203b。在步骤1105，使用具有f5至f7赫兹的频带的带通滤波器3203c。离子电流信号通过带通滤波器1 203a、带通滤波器2203b和带通滤波器3203c。对于每个带滤波离子电流信号，分别在步骤1106、1107和1108使用fft算法计算数字傅里叶变换(dft)以将时域带滤波离子电流信号转换至频域数字离子电流信号。离子信号分析器206对每个数字离子电流信号的阈值条件执行比较检查。如上详细描述中所公开的，
振幅阈值是由图7至图9确定。在步骤1109，如果数字离子电流信号的频率分量的峰值振幅在f1赫兹时高于a9，在f1赫兹至f3赫兹时高于a4，则检查频带f1赫兹至f3赫兹的数字离子电流信号。如果是，在步骤1113，确认由离子信号分析器206已检测到发生失火，并且由通知单元207产生故障指示灯(mil)指示。如果否，在步骤1112，离子信号分析器206确认检测到无失火。
45.在步骤1110，如果数字离子电流信号的频率分量的振幅在f5赫兹至f7赫兹高于a3，则检查频带f5赫兹至f7赫兹中的数字离子电流信号。如果是，在步骤1113，由离子信号分析器206确认已经检测到发生失火，并且由通知单元207产生mil指示。如果对振幅比较的回答是“否”，在步骤1112，离子信号分析器206确认检测到无失火。在步骤1111，如果从f3赫兹至f5赫兹存在多个振幅大于a7的峰值，则检查到频带f3赫兹至f5赫兹中的数字离子电流信号。如果对振幅比较的回答是“是”，则在步骤1113，由离子信号分析器206检测到失火，并且由通知单元207产生mil指示。如果对振幅比较的回答是“否”，则在步骤1112，离子信号分析器206检测到无失火。
46.在该方法中，如果任何一个带滤波离子电流信号满足阈值条件，则检测到失火。然而，为了提高确定失火发生的方法的准确性，如图12中示例性地示出的，当且仅当所有三个频带(n)的阈值条件得到满足时，才可以检测到失火。
47.图12示例性地示出了包括确定发动机201中发生失火的步骤的流程图。在步骤1201，离子电流测量电路107确保并捕获每个发动机循环中的离子电流信号。在步骤1202，离子电流信号经过截止频率过滤，以去除较高频率例如在图3中的f12-f16赫兹的噪声成分。在步骤1203，使用具有f1至f3赫兹的频带的带通滤波器1 203a。在步骤1204，使用具有f3至f5赫兹的频带的带通滤波器2203b。在步骤1205，使用具有f5至f7赫兹的频带的带通滤波器3203c。离子电流信号通过带通滤波器1 203a、带通滤波器2203b和带通滤波器3203c。对于每个带滤波离子电流信号，分别在步骤1206、1207和1208，使用fft算法计算数字傅里叶变换(dft)以将时域带滤波离子电流信号转换至频域数字离子电流信号。离子信号分析器206执行用于每个离子电流信号的阈值条件的检查。如上详细描述中所公开的，振幅阈值由图7至图9确定。在步骤1209，如果数字离子电流信号的频率分量的峰值振幅在f1赫兹时高于a9，在f1赫兹至f3赫兹时高于a4，则检查和比较频带f1赫兹至f3赫兹内的数字离子电流信号。如果是，则由离子信号分析器206检查步骤1211中的频带f3赫兹至f5赫兹的阈值条件。如果在步骤1209中的条件是“否”，则在步骤1212，离子信号分析器206确定并推断出检测到无失火。
48.在步骤1211，如果从f3赫兹到f5赫兹存在多个振幅大于a7的峰值，则检查并比较频带f3赫兹到f5赫兹中的数字离子电流信号。如果步骤1211中的条件为“是”，由离子信号分析器206检查在步骤1210中的用于频带f5赫兹到f7赫兹的阈值条件。如果在步骤1211中的条件为“否”，离子信号分析器206在步骤1212检测到检测无失火。因此，如果在步骤1209中的条件为“是”而在步骤1211中的条件为“否”，离子信号分析器206在步骤121确定并推断出检测到无失火。在步骤1210，如果数字离子电流信号的频率分量的振幅在f5赫兹至f7赫兹之间高于a3，则检查和比较频带f5赫兹至f7赫兹中的数字离子电流信号。如果步骤1210中的条件为“是”，在步骤1213，由离子信号分析器206检测到失火，并且由通知单元207产生mil指示。如果步骤1210中的条件为“否”，离子信号分析器206在步骤1212检测到未检测到
无失火。因此，如果步骤1211中的条件为“是”并且步骤1210中的条件为“否”，离子信号分析器206确定并推断在步骤1212没有检测到无失火。
49.本发明在ic发动机的车载诊断领域提供了如下技术改进：本发明提供了一种新的方法和电路，通过借助于数字信号处理技术，在频域中分析离子电流信号，将振幅阈值数据存储在硬件中用于分析和比较，随后推断失火状态，来检测火花点火发动机中的失火和部分失火。通过比较“失火和无失火状态”期间的离子电流信号，在频域中提取基本信息，并预设适当的阈值条件以区分失火和正常燃烧。当前主题能够克服已知技术的缺点，确保准确地检测出失火，从而能够可靠地控制和减少尤其是小容量发动机的排放。
50.此外，火花事件是非常快速的现象，最长时间为几毫秒。离子电流信号快速地流过电路，瞬时火花结束。因此，为了在短时间内收集与火花事件相关的大量数据，使用了具有非常高采样率的频域转换单元。频带限制器模块是基于由频带确定单元识别的频带数量来选择的。频带限制器模块过滤掉限定带内的信号，从而可以准确地比较各个频带的数字离子电流信号。同时，智能配置频带使得数字离子电流信号在失火和无失火的条件下都显示出明显的统计变化。发动机转速和点火线圈一次侧的电压都用作参考，以启动频带限制器模块、频域转换单元和离子信号分析器的失火检测。这两种信号用于提高事件检测系统的可靠性。如果点火线圈的一次侧的电压由于某些故障而未被检测到，则发动机转速将用作事件检测系统的实时触发器。
51.基于离子电流测量的失火检测将使发动机的用户实时了解车辆火花点火发动机中的失火事件，并且通过调查和纠正失火原因，提高车辆的性能，从而提高了可靠性、耐久性、车辆的里程数和为车辆用户提供的舒适性。此外，发动机中的失火的及时检测和故障的纠正减少车辆中的催化剂和lambda性能的下降。
52.除了检测发生失火之外，本发明的事件检测系统可以执行爆震检测，确定火花塞正时误差并执行火花持续时间测量，执行发动机中的燃烧质量的分析，并且使用离子电流感测辅助发动机的火花塞维护。
53.在不偏离本发明范围的情况下，改进和修改可以并入本文。
54.附图标记说明
55.100
ꢀꢀ
点火系统
56.101
ꢀꢀ
点火线圈的一次侧
57.102
ꢀꢀ
电池正极端子
58.103
ꢀꢀ
点火线圈的二次侧
59.104
ꢀꢀ
控制单元
60.105
ꢀꢀ
开关设备
61.106
ꢀꢀ
火花塞
62.107
ꢀꢀ
离子电流测量电路
63.200
ꢀꢀ
事件检测系统
64.201
ꢀꢀ
发动机
65.202
ꢀꢀ
频带确定单元
66.203
ꢀꢀ
频带限制器模块
67.203a 带通滤波器1
68.203b 带通滤波器2
69.203c 带通滤波器3
70.204
ꢀꢀ
频域转换单元
71.204a fft块1
72.204b fft块2
73.204c fft块3
74.205
ꢀꢀ
振幅数据库服务器
75.206
ꢀꢀ
离子信号分析器
76.207
ꢀꢀ
通知单元