CN102374094A - 发动机失火故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机失火故障诊断方法，包括：判断发动机是否存在影响失火诊断故障，更新失火故障诊断的信息索引值，判断发动机是否满足发动机故障诊断的运转条件，判断当前工况是否处于禁止失火诊断的区域，根据加速模式下的加速度特征值确定失火气缸，计算扭矩模式下的扭矩特征值，根据失火率判断是否存在催化器损坏型失火，和根据失火率判断是否存在排放劣化型失火。该方法可以及时、准确发现发动机的失火，提高了失火诊断的准确性，不易误判，并可以确定失火是因排放损坏或是催化器损坏造成的。

Description

发动机失火故障诊断方法

技术领域

本发明涉及发动机失火故障诊断方法，特别是一种在车载诊断(OBD)系统中使用的失火故障诊断方法。

背景技术

OBD系统对发动机失火的故障诊断是非常重要的，在发动机失火时，大量未经燃烧的可燃混合气进入催化转换器中，导致排放超标，同时未燃HC(碳氢化合物)和大量氧气会在催化器中燃烧，导致催化器温度升高，导致催化转化器的急剧损坏。因此OBD必须能够探测造成HC排放突变的任意失火、单缸失火或多缸失火，失火诊断不仅要能发现失火现象，还要判定发动机的失火类型是排放损坏型失火，还是催化器损坏型失火，并报告诊断故障。

目前的失火诊断常采用扭矩模式或加速度模式对单缸或多缸进行失火诊断计算，通过判断失火率来确定是否存在失火，并报告故障诊断类型，即判定是是引起排放劣化的失火、还是引起催化器损坏的失火。当连续两个工作循环都发生排放劣化型失火时，系统将点亮故障灯；而当发生催化器损坏型失火时，故障灯则以闪烁的形式提醒驾驶员。单独采用扭矩模式或加速模式虽计算简便，但当车辆处于高速阶段或恶劣路面上时，容易导致测量结果不准确，造成误判。

发明内容

本发明的目的是提供一种及时、准确发现发动机的失火，它依次采用加速度模式和扭矩模式进行诊断，提高了失火诊断的准确性，不易误判，并可以确定出失火的原因是排放劣化或是催化器损害的发动机失火故障诊断方法。

本发明提供了一种发动机失火故障诊断方法，包括：(A)判断发动机是否存在影响失火诊断故障，(B)更新失火故障诊断的信息索引值，(C)判断发动机是否满足发动机故障诊断的运转条件，(D)判断当前工况是否处于禁止失火诊断的区域，(E)进行加速模式下的失火诊断数据计算，计算加速度特征值，确定发生失火的气缸，(F)进行扭矩模式下的失火诊断数据计算，计算扭矩特征值，(G)如果失火率大于催化器损坏性失火预定值，则判定存在催化器损坏型失火，和(H)如果失火率大于排放损坏型失火预定值，则判定存在排放劣化型失火。

在发动机失火故障诊断方法的再一种具体实施方式中，步骤(B)的失火故障诊断的信息索引值包括各缸压缩上止点、两个依次位于上止点的时间间隔和两个上述时间间隔的时间差，它们是：各缸压缩上止点tij，其中i＝1，2，3…，j＝1，2，3，4，两个依次位于上止点的时间间隔，即：T(i-1)4＝ti1-t(i-1)4，Ti1＝ti2-ti1，Ti2＝ti3-ti2，和Ti3＝ti4-ti3，其中i＝1，2，3…；和两个上述时间间隔的时间差，即：ΔTi1＝Ti2-Ti1，ΔTi2＝Ti3-Ti2，ΔTi3＝Ti4-Ti3，和ΔTi4＝T(i+1)1-Ti4；其中i＝1，2，3…。

在发动机失火故障诊断方法的另一种具体实施方式中，步骤(E)的加速度特征值计算如下：Ni1＝(ΔTi2-ΔTi1)+(ΔTi2-ΔTi3)，Ni2＝(ΔTi3-ΔTi2)+(ΔTi3-ΔTi4)，Ni3＝(ΔTi4-ΔTi3)+(ΔTi4-ΔT(i+1)1)，Ni4＝(ΔT(i+1)1-ΔTi4)+(ΔT(i+1)1-ΔT(i+1)2)，其中i＝1，2，3…；在发动机失火故障诊断方法的还一种具体实施方式中，如果上述加速度特征值Nij大于标定限值，其中i＝1，2，…；j＝1，2，3，4，则判定发动机失火，根据i和j与实际工作缸的对应关系，确定发生失火的发动机气缸号。

在发动机失火故障诊断方法的又一种具体实施方式中，步骤(F)所述扭矩特征值计算如下：M1＝ΔT11-ΔT13，M2＝ΔT12-ΔT14，M3＝ΔT13-ΔT21，M4＝ΔT14-ΔT22，M5＝ΔT21-ΔT23，M6＝ΔT22-ΔT24，M7＝ΔT23-ΔT31，M8＝ΔT24-ΔT32，依此类推。

在发动机失火故障诊断方法的又一种具体实施方式中，其中从第三个发动机循环t31时刻起，U1＝Mj＝MAX(M1，M2，M3，M4)，其中：j＝1，2，3，4，U2＝M(j+1)，U3＝M(j+2)，U4＝M(j+3)；在t32时刻：U1＝Mj＝MAX(M2，M3，M4，M5)，其中：j＝2，3，4，5，U2＝M(j+1)，U3＝M(j+2)，U4＝M(j+3)；如果(ABS(U1-U3)+ABS(U2-U4))大于标定限值，则判定发动机失火。

失火诊断过程首先对发动机转速、负荷、油温、水温等状态及一些标志位的状态进行条件判定确定诊断是否使能，失火诊断使能条件满足后，进入失火诊断，采用加速度模式和扭矩模式进行诊断，使失火诊断更加准确。

附图说明

图1是一种发动机失火故障诊断装置的结构示意图。

图2示意性表示了本发明的发动机失火故障诊断方法的流程。

图3是曲轴转速随曲轴转角变化的一个示意性曲线。

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

图1所示为一种发动机失火故障诊断装置，它包括一个发动机管理模块20、一个与发动机管理模块20相连的失火诊断模块30、和一个连接失火诊断模块30与发动机管理模块20的OBD系统管理单元40。

发动机管理模块20包括一个发动机状态传感器输入单元21、一个特殊条件判定单元22、一个实时诊断信息单元23、一个转速和负荷信息单元24、一个故障灯控制单元25和一个串口通讯模块26。为便于图面清楚，在图1中发动机管理单元20分成了两个部分。

其中，与发动机状态传感器输入单元21相连的传感器可以包括：进气压力温度传感器、节气门开度传感器、冷却水温度传感器、系统电压传感器、大气压力传感器和发动机运转时间传感器。与转速和负荷信息单元24相连的传感器可以包括节气门开度传感器和发动机转速传感器。故障灯控制单元25的输出控制OBD故障指示灯(图中未示)，串口通讯模块26可与OBD诊断模块(图中未示)相连。

失火诊断模块30包括一个使能条件判定单元31、一个诊断模式判定单元32、一个扭矩模式单元33、一个加速度模式单元34、一个失火次数及失火率计算单元35和一个结果判定单元36。使能条件判定单元31与发动机状态传感器输入单元21、特殊条件判定单元22及实时诊断信息单元23相连。特殊条件判定单元22可以向使能条件判定单元31输出表示节气门变化率过大的信号、负扭矩或拖动工况的信号、减速断油的信号、颠簸路面的信号或低油位的信号。

诊断模式判定单元32与转速和负荷信息单元24相连，扭矩模式单元33和加速度模式单元34同时与诊断模式判定单元32相连，并向失火次数及失火率计算单元35输入出信号，失火次数及失火率计算单元35向结果判定单元36输出信号。

OBD系统管理单元40与结果判定单元36及发动机管理模块20中的故障灯控制单元25相连。

图2显示了一种发动机失火故障诊断方法的示意性实施方式。如图所示，程序开始后，首先执行步骤S11，判断发动机是否存在影响失火诊断故障，例如包括：喷油器喷嘴故障、燃油泵故障、点火线圈故障、压力传感器、水温传感器、进气温度传感器故障、油门踏板故障和加速度传感器故障等。如果发现存在任何一种影响失火诊断的故障，则失火故障诊断程序进入步骤S40，结束本次循环的故障诊断。

如果步骤S11判断出不存在影响失火诊断的故障，程序进入步骤S12，更新失火故障诊断的信息索引值。

在本发明的一种示意性实施方式中，更新失火故障诊断的信息索引值包括测定各缸压缩上止点、计算两个依次位于上止点的时间间隔和计算两个上述时间间隔的时间差。

例如一个直列四缸发动机来说，测量的在不同时刻发动机的转速如图3所示，假设：t11为第一发动机循环1缸压缩上止点位置时刻，t12为第一发动机循环3缸压缩上止点位置时刻，t13为第一发动机循环4缸压缩上止点位置时刻，t14为第一发动机循环2缸压缩上止点位置时刻，t21为第二发动机循环1缸压缩上止点位置时刻，t22为第二发动机循环3缸压缩上止点位置时刻，t23为第二发动机循环4缸压缩上止点位置时刻，t24为第二发动机循环2缸压缩上止点位置时刻，依此类推tn1为第n发动机循环1缸压缩上止点位置时刻，tn2为第n发动机循环3缸压缩上止点位置时刻，tn3为第n发动机循环4缸压缩上止点位置时刻，tn4为第n发动机循环2缸压缩上止点位置时刻。

据此可以计算出两个依次位于上止点的时间间隔，即：T11＝t12-t11，T12＝t13-t12，T13＝t14-t13，T14＝t21-t14，T21＝t22-t21，T22＝t23-t22，T23＝t24-t23，T24＝t31-t24，依此类推T(n-1)4＝tn1-t(n-1)4，Tn1＝tn2-tn1，Tn2＝tn3-tn2，Tn3＝tn4-tn3。

随后可以计算出两相邻间隔之间的行程时间差，即：ΔT11＝T12-T11，ΔT12＝T13-T12，ΔT13＝T14-T13，ΔT14＝T21-T14，ΔT21＝T22-T21，ΔT22＝T23-T22，ΔT23＝T24-T23，在计算出了两个相邻间隔之间的行程差后，程序进入步骤S14，判断发动机是否满足发动机故障诊断的运转条件，这些条件包括：发动机运转时间应大于200秒，系统电压应大于12V，发动机的进气量要大于2克/秒，节气门开度大于2％，冷却水温大于70度，以及大气压力大于70kpa。

如果发动运转条件满足了失火故障诊断的要求，程序进入步骤S15。如果是，程序转入步骤S40，停止失火故障诊断；如果不是，则程序进入下面的失火故障诊断计算和处理步骤。

在失火故障诊断方法的一个示意性实施方式中，禁止失火诊断的区域必须同时满足两个条件：一个是禁止诊断的转速范围，即进行失火诊断发动机要满足的转速条件要处于780rpm至4500rpm之间，当发动机超出这个范围，可以判定工况在非诊断区域；另一个发动机的负荷要处于正常范围之内，例如进气歧管压力(MAP)范围应当处于18kpa至96kpa之间，当发动机超出这个范围，可以判定工况在非诊断区域。

如果判断发动机处于非禁止诊断的区域，则程序进入步骤S21，进行加速度模式下的失火诊断计算；反之则程序返回开始，进行下一次失火诊断程序在步骤S21计算加速度模式诊断的数据。在失火故障诊断方法的一个示意性实施方式中，可以计算加速度特征值，即设：N11＝(ΔT12-ΔT11)+(ΔT12-ΔT13)，N12＝(ΔT13-ΔT12)+(ΔT13-ΔT14)，N13＝(ΔT14-ΔT13)+(ΔT14-ΔT21)，N14＝(ΔT21-ΔT14)+(ΔT21-ΔT22)，N21＝(ΔT22-ΔT21)+(ΔT22-ΔT23)，N22＝(ΔT23-ΔT22)+(ΔT23-ΔT24)，N23＝(ΔT24-ΔT23)+(ΔT24-ΔT31)，N24＝(ΔT31-ΔT24)+(ΔT31-ΔT32)，依此类推。如果Nij＞标定限值(其中i＝1，2，…；j＝1，2，3，4)，则可以判定有失火发生，并且根据i和j与实际工作缸的对应关系，从而确定发生失火的缸号。

之后进入步骤S22，计算扭矩模式下诊断数据。在失火故障诊断方法的一个示意性实施方式中，可以计算扭矩特征值，即设：ΔT11＝T12-T11，ΔT12＝T13-T12，ΔT13＝T14-T13，ΔT14＝T21-T14，ΔT21＝T22-T21，ΔT22＝T23-T22，ΔT23＝T24-T23，依此类推，扭矩特征值Mi是：M1＝(ΔT12-ΔT13)-(ΔT12-ΔT11)＝ΔT11-ΔT13，M2＝(ΔT13-ΔT14)-(ΔT13-ΔT12)＝ΔT12-ΔT14，M3＝(ΔT14-ΔT21)-(ΔT14-ΔT13)＝ΔT13-ΔT21，M4＝(ΔT21-ΔT22)-(ΔT21-ΔT14)＝ΔT14-ΔT22，M5＝(ΔT22-ΔT23)-(ΔT22-ΔT21)＝ΔT21-ΔT23，M6＝(ΔT23-ΔT24)-(ΔT23-ΔT22)＝ΔT22-ΔT24，M7＝(ΔT24-ΔT31)-(ΔT24-ΔT23)＝ΔT23-ΔT31，M8＝(ΔT31-ΔT32)-(ΔT31-ΔT24)＝ΔT24-ΔT32，依此类推。

采用这种方法计算特征值，发生失火时，计算出的特征值大，易于从背景中区分出来。

即从发动机的第三次循环起，在t31时刻：U1＝Mi＝MAX(M1，M2，M3，M4)其中：i＝1，2，3，4U2＝M(i+1)，U3＝M(i+2)，U4＝M(i+3)；在t32时刻：U1＝Mi＝MAX(M2，M3，M4，M5)其中：i＝2，3，4，5U2＝M(i+1)，U3＝M(i+2)，U4＝M(i+3)；然后程序在步骤S25判断是否发生失火；如果(ABS(U1-U3)+ABS(U2-U4))＞标定限值，则认定失火发生，程序进入步骤S31，判断工作循环是否达到了预定的次数；反之程序返回开始，进行下一次失火诊断。

在步骤S31，如果发动机的工作循环尚未达到预定的次数，则程序返回开始，进行下一次判断；如果发动机工作循环已达到预定的次数，则程序进入步骤S32。在具体使用中，预定的次数一般按照国标进行设置，一般是100次。

在步骤S32计算失火率，即在一定的循环次数内用发生失火的次数除以总的燃烧次数。例如，在100次工作循环中存在400次燃烧，用检测至的失火次数除以400，即得到失火率。

在步骤S33，将计算出的失火率与预定的催化器损坏型失火预定值进行比较，如果超出这个预定值，则认定有催化器损坏型失火发生，程序进入步骤S35，统计催化器损坏型失火数据，即根据国家法规的要求记录催化器损坏型失火的次数、位置等信息。催化器损坏型失火预定值是在进行车辆标定试验过程中，标定技术人员根据不同的发动机转速和工作负荷，人为的预定的失火率，同时观测催化器中心的温度，如果温度超过特定限值(比如1000度)则记录此时的失火率，作为该工况下的催化器损坏型失火是否发生的依据。

如果步骤S33判断出不存在催化器损坏型失火，则程序进入步骤S34，判断是否存在排放损坏型失火，即失火率是否大于或等于排放损坏型失火预定值，如果失火率大于或等于排放损坏型失火预定值，判定存在排放损坏型失火，则程序进入步骤S36，统计排放劣化型失火数据，根据国家法规的要求记录排放损坏型失火的失火程度、次数、位置等信息。

进行排放损坏型失火预定值的标定时，标定工程师会通过失火发生器人为地产生固定失火率的失火，在此情况下进行排放试验。如果在特定失火率下的排放结果超出了国家规定的OBD限值，则将此时的失火率设为排放损坏型失火预定值。

在本发明的一种示意性实施方式中，催化器损坏型失火预定值和排放损坏型失火预定值是可以根据不同的发动机加以设定的，例如，催化器损坏型失火预定值可以为50，排放损坏型失火预定值可以为5。

在完成了步骤S35和S36后，程序进入步骤S37，将上述失火诊断的结果及信息汇报给故障管理模块进行处理。随后程序进入步骤S40，完成本次循环的失火故障诊断过程，进入下一循环的失火故障诊断。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.发动机失火故障诊断方法，其特征在于包括：

(A)判断发动机是否存在影响失火诊断故障，

(B)更新失火故障诊断的信息索引值，

(C)判断发动机是否满足发动机故障诊断的运转条件，

(D)判断当前工况是否处于禁止失火诊断的区域，

(E)进行加速模式下的失火诊断数据计算，计算加速度特征值，确定发生失火的气缸，

(F)进行扭矩模式下的失火诊断数据计算，计算扭矩特征值，

(G)如果失火率大于催化器损坏性失火预定值，则判定存在催化器损坏型失火，

(H)如果失火率大于排放损坏型失火预定值，则判定存在排放损坏型失火。

2.如权利要求1所述的发动机失火故障诊断方法，其中步骤(B)所述失火故障诊断的信息索引值包括各缸压缩上止点、两个依次位于上止点的时间间隔和两个上述时间间隔的时间差，它们是：

各缸压缩上止点tij，其中i＝1，2，3…，j＝1，2，3，4，

两个依次位于上止点的时间间隔，即：

T(i-1)4＝ti1-t(i-1)4，

Ti1＝ti2-ti1，

Ti2＝ti3-ti2，和

Ti3＝ti4-ti3，其中i＝1，2，3…；和

两个上述时间间隔的时间差，即：

ΔTi1＝Ti2-Ti1，

ΔTi2＝Ti3-Ti2，

ΔTi3＝Ti4-Ti3，和

ΔTi4＝T(i+1)1-Ti4；其中i＝1，2，3…。

3.如权利要求2所述的发动机失火故障诊断方法，其中步骤(E)所述加速度特征值计算如下：

Ni1＝(ΔTi2-ΔTi1)+(ΔTi2-ΔTi3)，

Ni2＝(ΔTi3-ΔTi2)+(ΔTi3-ΔTi4)，

Ni3＝(ΔTi4-ΔTi3)+(ΔTi4-ΔT(i+1)1)，

Ni4＝(ΔT(i+1)1-ΔTi4)+(ΔT(i+1)1-ΔT(i+1)2)，其中i＝1，2，3…。

4.如权利要求3所述的发动机失火故障诊断方法，其中如果所述加速度特征值Nij大于标定限值，其中i＝1，2，…，j＝1，2，3，4，则判定发动机失火，根据i和j与实际工作缸的对应关系，确定发生失火的发动机气缸号。

5.如权利要求2所述的发动机失火故障诊断方法，其中步骤(F)所述扭矩特征值计算如下：

M1＝ΔT11-ΔT13，

M2＝ΔT12-ΔT14，

M3＝ΔT13-ΔT21，

M4＝ΔT14-ΔT22，

M5＝ΔT21-ΔT23，

M6＝ΔT22-ΔT24，

M7＝ΔT23-ΔT31，

M8＝ΔT24-ΔT32，依此类推。

6.如权利要求5所述的发动机失火故障诊断方法，其中从第三个发动机循环t31时刻起，

U1＝Mj＝MAX(M1，M2，M3，M4)，其中：j＝1，2，3，4，

U2＝M(j+1)，

U3＝M(j+2)，

U4＝M(j+3)；

在t32时刻：

U1＝Mj＝MAX(M2，M3，M4，M5)，其中：j＝2，3，4，5

U2＝M(j+1)，

U3＝M(j+2)，

U4＝M(j+3)；

如果(ABS(U1-U3)+ABS(U2-U4))大于标定限值，则判定发动机失火。

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