CN101881233A - 一种发动机失火检测方法及其检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机失火检测方法及其检测系统，其包括以下步骤：1)在发动机的曲轴和凸轮轴上分别设置一信号盘，且在分别靠近两信号盘的发动机机体上设置两相位传感器，且将所述两传感器电连接一处理器，在处理器中预设发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数；2)计算各缸的波峰/波谷段的持续曲轴角度；3)计算出各缸的各波峰/波谷段的起始曲轴角度；4)根据两传感器采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸在两起始曲轴角度之间的波峰/波谷段的平均转速；5)计算各缸波峰/波谷段的转速和；6)计算得到判断失火转速限值；7)依次对各缸的失火状态进行判断，完成一次失火检测，返回步骤4)，进入下一次失火检测。本发明失火检测速度快，而且检测结果可靠、准确，可以直接应用在现有的各种发动机电控系统中。

Description

一种发动机失火检测方法及其检测系统

技术领域

本发明涉及一种电控发动机的控制方法及系统，特别是关于一种发动机失火检测方法及其检测系统。

背景技术

电控发动机正常工作时，通常是依靠燃油正常燃烧释放的热量来加热空气，使空气受热膨胀、做功。但是在某些情况下，比如：柴油机喷油器堵塞导致的不正常喷射燃油、汽油机点火线圈失效等，均会造成燃油燃烧不完全，或者完全不燃烧，燃油燃烧不完全和完全不燃烧的现象统称为失火。失火的危害性主要表现在以下几个方面：首先是发动机的动力性，由于失火的本质是不正常燃烧，这直接导致燃料放热不足，最终表现为发动机输出的动力减少，动力性明显下降；其次是发动机的排放，由于失火中的燃油不能充分燃烧，容易产生大量的碳氢化合物和一氧化碳，恶化了发动机的排放。除此之外，失火还会导致发动机的转速波动较大、产生异常噪音等。鉴于失火对发动机性能的严重影响，失火检测已经成为车载诊断系统的重要检测内容之一。

现有的电控发动机失火检测方法多是通过加速度来进行检测，其基本原理是：燃油燃烧加热的膨胀气体会对发动机做功，必然会使发动机加速度有所变化。这一过程中，加速度变化的幅度与燃油燃烧释放热量密切相关，所以可以根据发动机加速度的变化程度来判断燃油释放出的热量，进而判断发动机是否处于失火状态。加速度的失火检测方法虽然简单，但是由于发动机加速度是通过测量瞬时转速而间接获得的，而发动机瞬时转速的测量极易受到信号噪声、信号盘齿数等的影响，使得测量结果的误差偏大，因此通过加速度来检测失火的可靠性难以得到保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种快速且可靠的发动机失火检测方法及其检测系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种发动机失火检测方法，其包括以下步骤：1)在发动机的曲轴和凸轮轴上分别设置一信号盘，且在分别靠近两所述信号盘的发动机机体上设置两相位传感器，且将所述两传感器电连接一处理器，在所述处理器中预设发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数；2)计算各缸的波峰/波谷段的持续曲轴角度，计算公式如下：IntPhi＝720°/2/Cmax，式中，IntPhi是各缸波峰/波谷段的持续曲轴角度，i＝1～Cmax，Cmax为发动机具有的缸数；3)计算出各缸的各波峰/波谷段的起始曲轴角度，计算公式如下：

PhiPt_2i＝PhiTDC_i-OffPhi

PhiPt_2i-1＝PhiPt_2i-IntPhi，

式中，PhiTDC_i是第i缸上止点曲轴角度，OffPhi是各缸的偏移曲轴角度，PhiPt_2i是第i缸波谷段的起始曲轴角度，PhiPt_2i-1是第i缸波峰段的起始曲轴角度；4)根据所述两传感器采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸在两起始曲轴角度之间的波峰/波谷段的平均转速；5)计算各缸波峰/波谷段的转速和，计算公式如下：

$\mathrm{PSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PSpd}}_i$

$\mathrm{FSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FSpd}}_i$

式中，PSpd_i是第i缸波峰段的平均转速，FSpd_i是第i缸波谷段的平均转速，PSpdSum是各缸波峰段的转速和，FSpdSum是各缸波谷段的转速和；6)计算得到判断失火转速限值，计算公式如下：TSpd＝K*|PSpdSum-FSpdSum|，式中，K为设定失火比例系数，TSpd是判断发动机的失火转速限值；7)依次对各缸的失火状态进行判断，若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值大于失火转速限值，则当前该缸正常工作；若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值小于失火转速限值，则当前该缸处于失火状态，完成一次失火检测，返回步骤4)，进入下一次失火检测。

所述各缸的偏移曲轴角度OffPhi的范围是-90°～90°。

所述各缸的偏移曲轴角度均为OffPhi＝45°。

所述失火比例系数K的取值范围为0.01～0.3。

所述失火比例系数K＝0.1。

一种发动机失火检测装置，其特征在于，它包括：一曲轴信号盘，其固定在发动机的曲轴凸轮轴上；一凸轮轴信号盘，其固定在发动机的凸轮轴上；一曲轴信号盘传感器，其设置在靠近所述曲轴信号盘的发动机机体上，用于检测曲轴相位信息；一凸轮轴信号盘传感器，其设置在靠近所述凸轮轴信号盘的发动机机体上，用于检测凸轮轴相位信号；一处理器，其中预设有发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数；所述曲轴信号盘传感器和凸轮轴信号盘传感器分别将曲轴相位信息和凸轮轴相位信号输送给所述处理器，由所述处理器计算、判断出发动机的失火状态。

所述各缸偏移曲轴角度的范围是-90°～90°。

所述失火比例系数的取值范围为0.01～0.3。

所述各缸上止点对应曲轴角度分别为0°、180°、360°和540°，所述各缸的偏移曲轴角度均为OffPhi＝45°，所述失火比例系数K＝0.1。

所述曲轴信号盘传感器和凸轮轴信号盘传感器采用光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器，所述处理器采用的型号是FreeScale 9S12XEP100。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、由于本发明首先通过计算各缸的波峰和波谷段的持续曲轴角度，再来计算出各缸的各波峰和波谷段的起始曲轴角度，并根据传感器采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸在两起始曲轴角度之间的波峰/波谷段的平均转速和各缸波峰/波谷段的转速和，之后再计算出判断失火转速限值，最后依次对各缸的失火状态进行判断，若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值大于失火转速限值，则当前该缸正常工作，反之则当前该缸处于失火状态，因此采用平均转速作为评价各缸失火的标准，比原有的基于加速度判断失火的方法更准确，计算量也小，速度快。2、由于本发明装置中的曲轴信号盘传感器和凸轮轴信号盘传感器可以采用光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器等常用的传感器，因此本发明所使用的设备成本低，易于推广使用。3、由于本发明系统中的处理器采用的型号是FreeScale 9S12XEP100，该处理器计算速度快，有利于失火状态信息的准确获得。本发明失火检测速度快，而且检测结果可靠、准确，可以直接应用在现有的各种发动机电控系统中。

附图说明

图1是是本发明系统的结构示意图

图2是本发明方法的流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明系统包括一曲轴信号盘1、一凸轮轴信号盘2、一曲轴信号盘传感器3、一凸轮轴信号盘传感器4和一处理器5。其中，曲轴信号盘1固定在发动机的曲轴上，随曲轴一起转动。凸轮轴信号盘2固定在发动机的凸轮轴上，随凸轮轴一起转动。曲轴信号盘传感器3设置在靠近曲轴信号盘1的发动机的机体上，用于检测曲轴信号盘1随曲轴一块旋转引起的磁场状态变化，即曲轴相位信息。凸轮轴信号盘传感器4设置在靠近凸轮轴信号盘2的发动机的机体上，用于检测凸轮轴信号盘2随凸轮轴一块旋转引起的磁场状态变化，即凸轮轴相位信号。处理器5同时电连接曲轴信号盘传感器3和凸轮轴信号盘传感器4，用于采集曲轴信号盘传感器3和凸轮轴信号盘传感器4检测到的信息，并通过采集到的信息来判断发动机的失火状态。本实施例中，曲轴信号盘传感器3和凸轮轴信号盘传感器4可以采用光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器；处理器5采用的型号是FreeScale9S12XEP100。

如图2所示，本发明方法判断发动机的失火状态的步骤如下：

1)在发动机的曲轴和凸轮轴上分别设置一信号盘，且在分别靠近两信号盘的发动机机体上设置两相位传感器，且将两传感器电连接一处理器，在处理器中预设发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数。

1)根据发动机的缸数，计算各缸的波峰/波谷转速段的持续曲轴角度，计算公式如下：

IntPhi＝720°/2/Cmax，

式中，IntPhi是各缸波峰/波谷转速段的持续曲轴角度，i＝1～Cmax，Cmax为发动机具有的缸数。

2)根据设定的上止点曲轴角度和偏移曲轴角度，以及波峰/波谷各转速段的持续曲轴角度，计算出各缸的各波峰和波谷转速段的起始曲轴角度，计算公式如下：

PhiPt_2i＝PhiTDC_i-OffPhi

PhiPt_2i-1＝PhiPt_2i-IntPhi，

式中，PhiTDC_i是第i缸上止点曲轴角度，比如：PhiTDC₁是第1缸上止点曲轴角度，PhiTDC_Cmax是最后一缸上止点曲轴角度；OffPhi是各缸波峰转速段结束处到对应缸上止点的偏移曲轴角度，简称各缸的偏移曲轴角度，其是根据发动机的具体状态确定的，通常取值范围是-90°～90°；PhiPt_2i是第i缸波谷转速段的起始曲轴角度，比如：PhiPt₂是第一缸波谷转速段的起始曲轴角度；PhiPt_2i-1是第i缸波峰转速段的起始曲轴角度，比如：PhiPt₁是第一缸波峰转速段的起始曲轴角度。

3)根据曲轴信号盘传感器3和凸轮轴信号盘传感器4采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸在两起始曲轴角度之间的波峰/波谷段的平均转速，再将各缸的波峰/波谷转速段的平均转速累加，得到波峰/波谷转速段的转速和，计算公式如下：

$\mathrm{PSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PSpd}}_i$

$\mathrm{FSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FSpd}}_i$

式中，PSpd_i是第i缸波峰转速段的平均转速，FSpd_i是第i缸波谷转速段的平均转速，PSpdSum是各缸波峰转速段的转速和，FSpdSum是各缸波谷转速段的转速和。

4)根据波峰/波谷转速段的转速和，计算得到判断失火转速限值，计算公式如下：

TSpd＝K*|PSpdSum-FSpdSum|，

式中K为设定失火比例系数，其是根据发动机的具体状态确定，通常取值范围为0.01～0.3；TSpd是判断发动机的失火转速限值。

5)依次对各缸的失火状态进行判断，若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值大于失火转速限值，则当前该缸正常工作；否则认为当前该缸处于失火状态，判断公式如下：

TSpd＜|PSpd_i-FSpd_i|。

6)返回步骤3)。

如图3所示，下面是处理器3判断发动机的失火状态的一个具体实施例。

本实施例中的发动机为一四缸发动机，各缸上止点对应曲轴角度分别为0°、180°、360°和540°，即PhiTDC₁＝0°，PhiTDC₂＝180°，PhiTDC₃＝360°，PhiTDC₄＝540°，各缸的偏移曲轴角度均为OffPhi＝45°，设定失火比例系数K＝0.1。

1)计算各缸的波峰/波谷转速段的持续曲轴角度：

IntPhi＝(720°/2/4)＝90°。

2)计算出各缸的各波峰/波谷转速段的起始曲轴角度，计算公式如下：

PhiPt₂＝PhiTDC₁-OffPhi＝720°-45°＝675°

PhiPt₁＝PhiPt₂-IntPhi＝675°-90°＝585°

PhiPt₄＝PhiTDC₂-OffPhi＝180°-45°＝135°

PhiPt₃＝PhiPt₄-IntPhi＝135°-90°＝45°

PhiPt₆＝PhiTDC₃-OffPhi＝360°-45°＝315°

PhiPt₅＝PhiPt₆-IntPhi＝315°-90°＝225°

PhiPt₈＝PhiTDC₄-OffPhi＝540°-45°＝495°

PhiPt₇＝PhiPt₈-IntPhi＝495°-90°＝405°

3)根据曲轴信号盘传感器3和凸轮轴信号盘传感器4采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸波峰转速段的平均转速：PSpd₁、PSpd₂、PSpd₃和PSpd₄，各缸波谷转速段的平均转速：FSpd₁、FSpd₂、FSpd₃和FSpd₄。

4)计算波峰转速段的转速和为：PSpdSum＝PSpd₁+PSpd₂+PSpd₄+PSpd₄，波谷转速段的转速和为：FSpdSum＝FSpd₁+FSpd₂+FSpd₃+FSpd₄。

5)计算判断失火转速限值：TSpd＝0.1*|PSpdSum-FSpdSum|。

6)依次对各缸的失火状态进行判断，判断公式如下：

TSpd＜|PSpd₁-FSpd₁|，则第一缸正常工作；否则认为第一缸处于失火状态。

TSpd＜|PSpd₂-FSpd₂|，则第二缸正常工作；否则认为第二缸处于失火状态。

TSpd＜|PSpd₃-FSpd₃|，则第三缸正常工作；否则认为第三缸处于失火状态。

TSpd＜|PSpd₄-FSpd₄|，则第四缸正常工作；否则认为第四缸处于失火状态。

Claims (10)

1.一种发动机失火检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在发动机的曲轴和凸轮轴上分别设置一信号盘，且在分别靠近两所述信号盘的发动机机体上设置两相位传感器，且将所述两传感器电连接一处理器，在所述处理器中预设发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数；

2)计算各缸的波峰/波谷段的持续曲轴角度，计算公式如下：

IntPhi＝720°/2/Cmax，

式中，IntPhi是各缸波峰/波谷段的持续曲轴角度，i＝1～Cmax，Cmax为发动机具有的缸数；

3)计算出各缸的各波峰/波谷段的起始曲轴角度，计算公式如下：

PhiPt_2i＝PhiTDC_i-OffPhi

                        ，

PhiPt_2i-1＝PhiPt_2i-IntPhi

式中，PhiTDC_i是第i缸上止点曲轴角度，OffPhi是各缸的偏移曲轴角度，PhiPt_2i是第i缸波谷段的起始曲轴角度，PhiPt_2i-1是第i缸波峰段的起始曲轴角度；

4)根据所述两传感器采集到的曲轴和凸轮轴的相位信息，计算出各缸在两起始曲轴角度之间的波峰/波谷段的平均转速；

5)计算各缸波峰/波谷段的转速和，计算公式如下：

$\mathrm{PSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{PSpd}}_i$

$\mathrm{FSpdSum}=\underset{i=1}{\overset{C\max }{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{FSpd}}_i,$

式中，PSpd_i是第i缸波峰段的平均转速，FSpd_i是第i缸波谷段的平均转速，PSpdSum是各缸波峰段的转速和，FSpdSum是各缸波谷段的转速和；

6)计算得到判断失火转速限值，计算公式如下：

TSpd＝K*|PSpdSum-FSpdSum|，

式中，K为设定失火比例系数，TSpd是判断发动机的失火转速限值；

7)依次对各缸的失火状态进行判断，若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值大于失火转速限值，则当前该缸正常工作；若第i缸的波峰转速段与波谷转速段的平均转速之差的绝对值小于失火转速限值，则当前该缸处于失火状态，完成一次失火检测，返回步骤4)，进入下一次失火检测。

2.如权利要求1所述的一种发动机失火检测方法，其特征在于：所述各缸的偏移曲轴角度OffPhi的范围是-90°～90°。

3.如权利要求2所述的一种发动机失火检测方法，其特征在于：所述各缸的偏移曲轴角度均为OffPhi＝45°。

4.如权利要求1或2或3所述的一种发动机失火检测方法，其特征在于：所述失火比例系数K的取值范围为0.01～0.3。

5.如权利要求4所述的一种发动机失火检测方法，其特征在于：所述失火比例系数K＝0.1。

6.一种实现如权利要求1～5中任一项所述方法的发动机失火检测装置，其特征在于，它包括：

一曲轴信号盘，其固定在发动机的曲轴凸轮轴上；

一凸轮轴信号盘，其固定在发动机的凸轮轴上；

一曲轴信号盘传感器，其设置在靠近所述曲轴信号盘的发动机机体上，用于检测曲轴相位信息；

一凸轮轴信号盘传感器，其设置在靠近所述凸轮轴信号盘的发动机机体上，用于检测凸轮轴相位信号；

一处理器，其中预设有发动机中各缸的偏移曲轴角度、上止点曲轴角度和失火比例系数；

所述曲轴信号盘传感器和凸轮轴信号盘传感器分别将曲轴相位信息和凸轮轴相位信号输送给所述处理器，由所述处理器计算、判断出发动机的失火状态。

7.如权利要求6所述的一种发动机失火检测装置，其特征在于：所述各缸偏移曲轴角度的范围是-90°～90°。

8.如权利要求6或7所述的一种发动机失火检测装置，其特征在于：所述失火比例系数的取值范围为0.01～0.3。

9.如权利要求7或8所述的一种发动机失火检测装置，其特征在于：所述各缸上止点对应曲轴角度分别为0°、180°、360°和540°，所述各缸的偏移曲轴角度均为OffPhi＝45°，所述失火比例系数K＝0.1。

10.如权利要求6或7或8或9所述的一种发动机失火检测装置，其特征在于：所述曲轴信号盘传感器和凸轮轴信号盘传感器采用光电式位置传感器、磁感应式位置传感器或者霍尔式位置传感器，所述处理器采用的型号是FreeScale 9S12XEP100。

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