CN109415993A - 发动机的失火检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

在发动机的失火检测装置及方法中，设置：转速传感器(43)，作为检测增压器(23)的转速(Nt)的增压器转速检测部；失火指标计算部(51)，由转速传感器(43)检测到的增压器(23)的转速(Nt)的变化程度计算失火指标(Yt)；及失火判定部(52)，若失火指标计算部(51)计算出的失火指标(yt)超过预先设定的判定值(D)，则判定发动机(10)的失火。

Description

发动机的失火检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种检测发动机失火的发动机的失火检测装置及方法。
背景技术
作为发动机的失火检测装置有下述专利文献1中所记载的装置。专利文献1中所记载的发动机的失火检测装置为基于与发动机排出的排气的氧浓度成比例的宽且线性的空燃比信号实施空燃比F/B控制，并根据其每一时刻的空燃比AF检测发动机中的失火的装置。具体而言，是比较检测到的空燃比与预先设定于空燃比稀侧的规定的失火判定值，当空燃比更稀于失火判定值时，对失火产生进行判定的装置。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-234814号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
发动机转速及空燃比等根据车辆的运行状态而变动。曲轴与车轮相连，因此导致根据车辆在坏路上行驶中从高低差等而所承受的行驶阻力(行驶负荷)而变动。因此，需要判定发动机转速或空燃比的下降是由失火引起或由行驶阻力引起，从而存在误检测的可能性。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于能够以高精度检测发动机失火的发动机的失火检测装置及方法。
用于解决技术课题的手段
用于实现上述目的的本发明的发动机的失火检测装置的特征在于，具备：增压器转速检测部，检测增压器的转速；失火指标计算部，由所述增压器转速检测部检测到的所述增压器的转速的变化程度计算失火指标；及失火判定部，若所述失火指标计算部计算出的失火指标超过预先设定的判定值，则判定发动机的失火。
因此，增压器转速检测部检测增压器的转速，失火指标计算部由增压器的转速的变化程度计算失火指标，若失火指标超过预先设定的判定值，则失火判定部判定发动机的失火，由此成为由增压器的转速的变化程度判定发动机的失火。增压器的转速与车辆运行状态相应的变动少，由此能够以高精度检测发动机的失火。
本发明的发动机的失火检测装置的特征在于，所述失火指标计算部根据伴随曲轴旋转的活塞在上止点位置时的所述增压器的转速的变化程度计算失火指标。
因此，当活塞位于上止点位置时，只要发动机没有失火，则气缸内压达到最高值，通过来自该气缸的排气进行旋转的涡轮的旋转也上升。因此，通过根据此时的增压器的转速的变化程度判定发动机的失火，能够进行高精度的发动机的失火的判定。
本发明的发动机的失火检测装置的特征在于，所述失火指标计算部将在上止点位置时的所述增压器的转速的下降率设为失火指标。
因此，通过根据增压器的转速的下降率判定发动机的失火，能够明确地判定发动机的失火。
本发明的发动机的失火检测装置的特征在于，所述失火指标计算部计算在上止点位置时的所述增压器的转速的下降率，并将所述增压器的转速的下降率的偏差设为失火指标。
因此，通过根据增压器的转速的下降率的偏差判定发动机的失火，能够明确地判定发动机的失火。
本发明的发动机的失火检测装置的特征在于，设置有检测曲柄角度的曲柄角检测部，当已判定所述发动机的失火时，所述失火判定部根据所述曲柄角检测部检测到的曲柄角度确定已失火的气缸。
因此，当已判定发动机的失火时，根据曲柄角度确定已失火的气缸，由此能够以高精度检测已失火的气缸。
并且，本发明的发动机的失火检测方法的特征在于，具有：检测增压器的转速的工序；由所述增压器的转速的变化程度计算失火指标的工序；及若失火指标超过预先设定的判定值，则判定发动机的失火的工序。
因此，增压器的转速与车辆运行状态相应的变动少，由此能够以高精度检测发动机的失火。
发明效果
根据本发明的发动机的失火检测装置及方法，能够以高精度检测发动机的失火。
附图说明
图1是表示第1实施方式的发动机的失火检测装置的结构框图。
图2是表示适用发动机的失火检测装置的发动机的概略结构图。
图3是表示发动机的失火检测方法的流程图。
图4是表示稳定运行时的失火判定处理的时序图。
图5是表示加速运行时的失火判定处理的时序图。
图6是表示第2实施方式的发动机的失火检测装置中的失火判定处理的时序图。
图7是表示第3实施方式的发动机的失火检测装置中的失火判定处理的时序图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的发动机的失火检测装置及方法的优选实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限定于该实施方式，并且，当有多个实施方式时，包括将各实施方式进行组合而构成的方式。
[第1实施方式]
图1是表示第1实施方式的发动机的失火检测装置的结构框图，图2是表示适用发动机的失火检测装置的发动机的概略结构图。
首先，对适用第1实施方式的发动机的失火检测装置的发动机进行详细说明。
如图2所示，第1实施方式的发动机10为4气缸柴油机。在缸体上紧固缸头而构成的发动机主体11设置有4个(在图2中，图示1个)缸膛12，在各缸膛12中经由缸套(省略图示)上下移动自如地分别支承有活塞13。虽然未图示，但发动机主体11在下部旋转自如地支承有曲轴，各活塞13经由连杆14分别与曲轴连结。
燃烧室15由缸膛12的壁面及下表面和活塞13的顶面区划而构成。燃烧室15在上方即发动机主体11中并列形成有进气口16及排气口17，且相对于进气口16及排气口17分别配置有吸气阀18及排气阀19的下端部。该吸气阀18及排气阀19沿轴向移动自如地支承于发动机主体11，并且向封闭进气口16及排气口17的方向(在图2中上方)被施力支承。吸气阀18及排气阀19通过未图示的吸气凸轮轴及排气凸轮轴的吸气凸轮及排气凸轮发挥作用而能够开闭进气口16及排气口17。并且，燃烧室15在上方即发动机主体11中设置有燃料喷射阀20。燃料喷射阀20能够向燃烧室15喷射高压燃料。
因此，发动机10在曲轴旋转2周的期间，成为执行吸气行程、压缩行程、膨胀行程及排气行程这4个行程，此时，成为吸气凸轮轴及排气凸轮轴旋转1周而吸气阀18及排气阀19开闭进气口16及排气口17。
发动机主体11在进气口16中连结有吸气管21，在排气口17中连结有排气管22。增压器23构成为压缩机24与涡轮25以通过旋转轴26一体旋转的方式连结。该增压器23中，通过流过发动机主体11的排气管22的排气而涡轮25旋转，涡轮25的旋转通过旋转轴26被传递而压缩机24旋转，该压缩机24对空气进行压缩并从吸气管21向发动机主体11进行供给。
在吸气管21与排气管22之间设置有废气再循环管27，在废气再循环管27中设置有EGR阀28及冷却器29。并且，吸气管21在压缩机24与废气再循环管27的连结部之间设置有冷却器30及开闭阀31。另一方面，排气管22设置有迂回涡轮25的旁通管32，在旁通管32中设置有废气旁通减压阀33。
因此，发动机主体11中，若从吸气管21向燃烧室15供给空气，则因活塞13的上升而该空气被压缩，若从燃料喷射阀20向燃烧室15喷射高压燃料，则该高压燃料自然点火而燃烧。而且，所产生的燃烧气体作为排气排出至排气管22。从燃烧室15排出的排气使增压器23中的涡轮25旋转，由此经由旋转轴26使压缩机24旋转，并对燃烧室15进行增压。
并且，若开放EGR阀28，则排气其一部分从排气管22流过废气再循环管27而输送至吸气管21。而且，作为该排气的再循环气体与流过吸气管21的空气混合并供给至燃烧室15。并且，若开放废气旁通减压阀33，则排气经过旁通管32而迂回涡轮25。
在如此构成的发动机10中，如图1所示，控制装置41连接有传感器信号处理单元42。传感器信号处理单元42连接有检测增压器23(参考图2)的转速的转速传感器(增压器转速检测部)43。在该情况下，转速传感器43检测压缩机24或涡轮25的叶片并作为脉冲信号输出至传感器信号处理单元42。传感器信号处理单元42根据每规定时间的脉冲信号的数量计算增压器23的转速。
并且，传感器信号处理单元42中曲柄角度A从控制装置41被输入。发动机10设置有检测曲轴的旋转角度(曲柄角度)的曲柄角传感器，检测到的曲柄角度输入于控制装置41，控制装置41将所输入的曲柄角度输出至传感器信号处理单元42。在该情况下，传感器信号处理单元42设成曲柄角度A从控制装置41被输入，但可以是各气缸的TDC(上止点)信号。
传感器信号处理单元42具备失火指标计算部51及失火判定部52。第1实施方式的发动机的失火检测装置由转速传感器(增压器转速检测部)43及传感器信号处理单元42(失火指标计算部51、失火判定部52)构成。
失火指标计算部51由增压器23的转速的变化程度计算失火指标。若失火指标超过预先设定的判定值，则失火判定部52判定发动机10的失火。
若具体进行说明，则失火指标计算部51根据曲柄角度或活塞13的TDC信号(上止点位置)中的增压器23的转速的变化程度计算失火指标。此时，失火指标计算部51计算在上止点位置时的增压器23的转速的下降率，并将该下降率的偏差设为失火指标。另外，失火指标计算部51可以将在上止点位置时的增压器23的转速的下降率设为失火指标，也可以将在上止点位置时的增压器23的转速的偏差设为失火指标。
若失火指标(将转速的偏差、转速的下降率、转速的下降率的偏差设为失火指标)超过预先设定的判定值，则失火判定部52判定发动机10的失火。在此，判定值为预先通过实验求出的值，且为区别由干扰等而引起的增压器23的转速的下降与发动机10的失火的值。当判定为失火指标超过判定值而已判定发动机10的失火时，失火判定部52根据曲柄角度或活塞13的TDC信号确定已失火的气缸。
在此，对第1实施方式的发动机的失火检测方法进行详细说明。图3是表示发动机的失火检测方法的流程图。
第1实施方式的发动机的失火检测方法具有检测增压器23的转速的工序、由增压器23的转速的变化程度计算失火指标的工序及若失火指标超过预先设定的判定值则判定发动机的失火的工序。
如图3所示，在步骤S11中，传感器信号处理单元42(失火指标计算部51)中压缩机24(或涡轮25)的叶片的脉冲信号从转速传感器43被输入。在步骤S12中，传感器信号处理单元42(失火指标计算部51)根据来自该转速传感器43的脉冲信号计算增压器23的转速Nt。在步骤S13中，传感器信号处理单元42(失火指标计算部51)实施滤波处理。例如，使用高通滤波器或带通滤波器从增压器23的转速去除由车辆运行而引起的转速变化(加减速成分)即低频成分，而只取出由发动机脉动而引起的转速变化(轴振动成分)即高频成分。
在步骤S14中，失火指标计算部51计算增压器23的转速Nt的下降率ΔNt。此时，失火指标计算部51根据各气缸中的活塞13的TDC信号，并由下述数式(1)计算在上止点位置时的增压器23的转速Nt的下降率ΔNt。
ΔNt(tn)＝[-1×{Nt(tn)-Nt(tn-1)}/Nt(tn-1)]×100……(1)
在步骤S15中，失火指标计算部51根据增压器23的转速Nt的下降率ΔNt，并由下述数式(2)计算失火指标yt。
yt(tn)＝-ΔNt(tn)+ΔNt(tn-1)……(2)
而且，在步骤S16中，传感器信号处理单元42(失火判定部52)判定失火指标yt是否超过了预先设定的判定值D。在此，若判定为失火指标yt未超过判定值D(否)，则返回步骤S11并继续进行处理。另一方面，若判定为失火指标yt超过了判定值D(是)，则在步骤S17中，判定发动机10的已失火的气缸。具体而言，判定当失火指标yt超过了判定值D时位于上止点位置的气缸之前的位于上止点位置的气缸已失火。
在此，举出具体事例进行说明。图4是表示稳定运行时的失火判定处理的时序图，图5是表示加速运行时的失火判定处理的时序图。
如图4所示，第1实施方式的发动机10为活塞以第2气缸C2、第1气缸C1、第3气缸C3、第4气缸C4的顺序到达上止点位置的4气缸发动机。在车辆稳定运行时，各气缸C2、C1、C3、C4以时间t1、t2、t3、t4……的顺序到达上止点位置，此时的气缸内压P分别成为最高值。此时，例如，在时间t1时到达了上止点的第2气缸C2在时间t3时成为排气工序，由此从时间t3起增压器23的转速Nt开始上升。
例如，若设为在时间t6时第1气缸C1已失火，则时间t6时的第1气缸C1的气缸内压下降，第1气缸C1成为排气工序的时间t8时的增压器23的转速Nt下降。于是，在时间t9时，转速下降率ΔNt上升，在该时间t9时，失火指标yt上升而超过判定值D。因此，在失火指标yt超过了判定值D的时刻，能够判定为比失火指标yt超过了判定值D的时间t9早3个行程时活塞13位于上止点位置(时间t6)的第1气缸C1已失火。
并且，在车辆加速运行时，如图5所示，例如，若设为在时间t23时第1气缸C1已失火，则时间t25时的第1气缸C1的气缸内压下降，第1气缸C1成为排气工序的时间t26时的增压器23的转速Nt下降。于是，在时间t26时，转速下降率ΔNt上升，在该时间t26时失火指标yt上升而超过判定值D。因此，在失火指标yt超过了判定值D的时刻，能够判定为比失火指标yt超过了判定值D的时间t26早3个行程时活塞13位于上止点位置(时间t23)的第1气缸C1已失火。
另外，在上述说明中，对车辆稳定运行时及加速运行时的失火判定进行了说明，但在减速运行时也能够进行判定。在该情况下，优选将判定值设定为低于车辆稳定运行时或加速运行时的值。但是，当车辆减速运行时，有时实施燃料切断控制，并且可以构成为在燃料切断控制时中止失火判定，或在车辆减速运行时中止失火判定。
如此，在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，设置有检测增压器23的转速Nt的转速传感器(增压器转速检测部)43、由转速传感器43检测到的增压器23的转速Nt的变化程度计算失火指标Yt的失火指标计算部51、及若失火指标计算部51计算出的失火指标yt超过预先设定的判定值D则判定发动机10的失火的失火判定部52。
因此，若转速传感器43检测增压器23的转速Nt，失火指标计算部51由增压器23的转速Nt的变化程度计算失火指标yt，则若失火指标yt超过判定值D，则失火判定部52判定发动机10的失火，由此成为由增压器23的转速Nt的变化程度判定发动机10的失火。增压器23未与曲轴相连而不受路面的影响，由此增压器23的转速Nt与车辆的运行状态相应的变动少。并且，对多个气缸适用1个增压器23，由此增压器23中的转动惯量小。因此，能够以高精度检测发动机10的失火。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，失火指标计算部51根据伴随曲轴旋转的活塞13在上止点位置时的增压器23的转速Nt的变化程度计算失火指标yt。因此，当活塞13位于上止点位置时，只要发动机10没有失火，则气缸内压P达到最高值，通过来自该气缸的排气而进行旋转的涡轮25的旋转也上升。因此，通过根据此时的增压器23的转速Nt的变化程度判定发动机10的失火，能够进行高精度的发动机10的失火的判定。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，失火指标计算部51将在上止点位置时的增压器23的转速Nt的下降率ΔNt设为失火指标yt。因此，通过根据增压器23的转速Nt的下降率ΔNt判定发动机10的失火，能够明确地判定发动机10的失火。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，失火指标计算部51计算在上止点位置时的增压器23的转速Nt的下降率ΔNt，并将增压器23的转速Nt的下降率ΔNt的偏差设为失火指标yt。因此，通过根据增压器23的转速Nt的下降率ΔNt的偏差判定发动机10的失火，能够明确地判定发动机10的失火。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，当已判定发动机10的失火时，失火判定部52根据曲柄角度或TDC信号确定已失火的气缸。因此，能够以高精度检测已失火的气缸。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，通过与控制装置41另行设置的传感器信号处理单元42进行发动机10的失火判定，因此无需设置高性能的控制装置，从而能够抑制产品成本的增加。
在第1实施方式的发动机的失火检测装置中，在车辆稳定运行时、加速运行时时及减速运行时中的任一运行时，也能够实施发动机10的失火判定。
并且，第1实施方式的失火检测方法具有检测增压器23的转速Nt的工序、由增压器23的转速Nt的变化程度计算失火指标yt的工序及若失火指标yt超过预先设定的判定值D则判定发动机10的失火的工序。因此，增压器23的转速Nt与车辆运行状态相应的变动少，由此能够以高精度检测发动机10的失火。
[第2实施方式]
图6是表示第2实施方式的发动机的失火检测装置中的失火判定处理的时序图。另外，本实施方式的发动机的失火检测装置的基本结构为与上述第1实施方式大致相同的结构，利用图1进行说明，并且对具有与上述第1实施方式相同的功能的部件标注相同的符号，并省略详细说明。
在第2实施方式中，如图1所示，控制装置41连接有传感器信号处理单元42。传感器信号处理单元42连接有检测增压器23(参考图2)的转速的转速传感器43。传感器信号处理单元42中，一个气缸的TDC(上止点)信号从控制装置41被输入。
传感器信号处理单元42具备失火指标计算部51及失火判定部52。第1实施方式的发动机的失火检测装置由转速传感器43、作为传感器信号处理单元42的失火指标计算部51及失火判定部52构成。
失火指标计算部51根据一个气缸中的活塞13的TDC信号(上止点位置)推定剩余三个气缸中的活塞13的上止点位置。即，如图6所示，在时间t41、t42时，若分别输入一个气缸中的活塞13的TDC信号，则通过将时间t41与时间t42之间的时间分为气缸数份(在本实施方式中为4气缸份)，能够将剩余三个气缸中的活塞13的上止点位置作为时间t411、t412、t413来计算。即，时间t41与时间t411的间隔t能够根据发动机的转速Ne及气缸数Cn并由下述数式计算。
t＝[2/(Ne/60)]×[1/Cn]
失火指标计算部51根据一个气缸中的活塞13的TDC信号(上止点位置)及所推定的剩余三个气缸中的活塞13在上止点位置时的增压器23的转速的变化程度计算失火指标。此时，失火指标计算部51计算在上止点位置时的增压器23的转速的下降率，并将该下降率的偏差设为失火指标。
若失火指标超过预先设定的判定值，则失火判定部52判定发动机10的失火。在此，判定值为预先通过实验求出的值，且为区别由干扰等而引起的增压器23的转速的下降与发动机10的失火的值。当判定为失火指标超过判定值而已判定发动机10的失火时，失火判定部52根据曲柄角度或活塞13的TDC信号确定已失火的气缸。
另外，发动机10的失火判定与上述第1实施方式相同，而省略说明。
如此，第2实施方式的发动机的失火检测装置中，即使在传感器信号处理单元42只知道一个气缸中的活塞13的上止点位置的情况下，失火指标计算部51根据一个气缸中的活塞13的TDC信号(上止点位置)推定剩余三个气缸中的活塞13的上止点位置，并根据各上止点位置时的增压器23的转速Nt判定发动机10的失火。因此，通过根据增压器23的转速Nt判定发动机10的失火，能够以高精度检测发动机10的失火。
[第3实施方式]
图7是表示第3实施方式的发动机的失火检测装置中的失火判定处理的时序图。另外，本实施方式的发动机的失火检测装置的基本结构为与上述第1实施方式大致相同的结构，利用图1进行说明，并且对具有与上述第1实施方式相同的功能的部件标注相同的符号，并省略详细说明。
在第3实施方式中，如图1所示，控制装置41连接有传感器信号处理单元42。传感器信号处理单元42连接有检测增压器23(参考图2)的转速的转速传感器43。传感器信号处理单元42中，一个气缸的TDC(上止点)信号从控制装置41被输入。
传感器信号处理单元42具备失火指标计算部51及失火判定部52。第1实施方式的发动机的失火检测装置由转速传感器43、作为传感器信号处理单元42的失火指标计算部51及失火判定部52构成。
失火指标计算部51根据发动机10的转速Ne及增压器23的转速Nt，推定各气缸中的活塞13的上止点位置。即，如图7所示，将增压器23的转速Nt的低值的时刻设定为时间t51、t52、t53、t54、t55……，从而能够将该时间t51、t52、t53、t54、t55……推定为各气缸的上止点位置。即，时间t51与时间t55的间隔t能够根据发动机10的转速Ne及气缸数Cn并由下述数式计算。
t＝[2/(Ne/60)]×[1/Cn]
失火指标计算部51根据一个气缸中的活塞13的TDC信号(上止点位置)及所推定的剩余三个气缸中的活塞13在上止点位置时的增压器23的转速的变化程度计算失火指标。此时，失火指标计算部51计算在上止点位置时的增压器23的转速的下降率，并将该下降率的偏差设为失火指标。
若失火指标超过预先设定的判定值，则失火判定部52判定发动机10的失火。在此，判定值为预先通过实验求出的值，且为区分由干扰等而引起的增压器23的转速的下降与发动机10的失火的值。
另外，发动机10的失火判定与上述第1实施方式相同，而省略说明。
如此，第3实施方式的发动机的失火检测装置中，即使在传感器信号处理单元42只知道发动机10的转速Ne的情况下，失火指标计算部51根据发动机10的转速Ne及增压器23的转速Nt，推定各气缸中的活塞13的上止点位置，并根据各上止点位置时的增压器23的转速Nt判定发动机10的失火。因此，通过根据增压器23的转速Nt判定发动机10的失火，能够以高精度检测发动机10的失火。
另外，在上述实施方式中，失火判定部52构成为若失火指标计算部51计算出的失火指标yt超过预先设定的判定值D则判定发动机10的失火，但并不限定于该结构。例如，可以准备根据发动机10负荷(发动机转速、增压器转速、燃料喷射量、气缸内压等)的上升而判定值D也上升的判定图，并使用该判定图判定发动机10的失火。
并且，在上述实施方式中，构成为传感器信号处理单元42根据增压器23的转速Nt判定发动机10的失火，但也可以不设置传感器信号处理单元42而控制发动机10的控制装置41本身根据增压器23的转速Nt判定发动机10的失火。即，可以在控制装置41中设置传感器信号处理单元42的失火指标计算部51及失火判定部52，且该控制装置41判定发动机10的失火。
符号说明
10-发动机，11-发动机主体，13-活塞，15-燃烧室，23-增压器，24-压缩机，25-涡轮，26-旋转轴，41-控制装置，42-传感器信号处理单元，43--转速传感器(增压器转速检测部)，51-失火指标计算部，52-失火判定部。

Claims (6)

1.一种发动机的失火检测装置，其特征在于，具备：
增压器转速检测部，检测增压器的转速；
失火指标计算部，由所述增压器转速检测部检测到的所述增压器的转速的变化程度计算失火指标；及
失火判定部，若所述失火指标计算部计算出的失火指标超过预先设定的判定值，则判定发动机的失火。
2.根据权利要求1所述的发动机的失火检测装置，其特征在于，
所述失火指标计算部根据伴随曲轴旋转的活塞在上止点位置时的所述增压器的转速的变化程度计算失火指标。
3.根据权利要求2所述的发动机的失火检测装置，其特征在于，
所述失火指标计算部将在上止点位置时的所述增压器的转速的下降率设为失火指标。
4.根据权利要求2所述的发动机的失火检测装置，其特征在于，
所述失火指标计算部计算在上止点位置时的所述增压器的转速的下降率，并将所述增压器的转速的下降率的偏差设为失火指标。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的发动机的失火检测装置，其特征在于，
设置有检测曲柄角度的曲柄角检测部，当已判定所述发动机的失火时，所述失火判定部根据所述曲柄角检测部检测到的曲柄角度确定已失火的气缸。
6.一种发动机的失火检测方法，其特征在于，具有：
检测增压器的转速的工序；
由所述增压器的转速的变化程度计算失火指标的工序；及
若失火指标超过预先设定的判定值，则判定发动机的失火的工序。
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