CN110872984A - 缸压传感器的故障诊断装置 - Google Patents

缸压传感器的故障诊断装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110872984A
CN110872984A CN201910660816.XA CN201910660816A CN110872984A CN 110872984 A CN110872984 A CN 110872984A CN 201910660816 A CN201910660816 A CN 201910660816A CN 110872984 A CN110872984 A CN 110872984A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure sensor
cylinder pressure
combustion chamber
engine
determination unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910660816.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110872984B (zh
Inventor
藤原颂示
桥本英俊
奥村拓仁
中川滋
鸟居和
木下真幸
津村雄一郎
田中大介
每熊泰树
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Publication of CN110872984A publication Critical patent/CN110872984A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110872984B publication Critical patent/CN110872984B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08Safety, indicating, or supervising devices
    • F02B77/083Safety, indicating, or supervising devices relating to maintenance, e.g. diagnostic device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08Safety, indicating, or supervising devices
    • F02B77/085Safety, indicating, or supervising devices with sensors measuring combustion processes, e.g. knocking, pressure, ionization, combustion flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/222Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
    • F02D2041/223Diagnosis of fuel pressure sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406Intake manifold pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101Engine speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/3011Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • F02D41/3041Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode with means for triggering compression ignition, e.g. spark plug
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

本发明为了提高缸压传感器故障诊断的正确度,提供了一种缸压传感器的故障诊断装置(100),其具备缸压传感器(SW6)和诊断缸压传感器的故障的诊断部(111)。诊断部包括:读取部(1111),读取特定的曲轴转角范围内缸压传感器的信号;基准相位判定部(1116),判定燃烧室(17)的容积变化所引起的压力变化的相位,即基准相位;故障判定部(1112),读取部读取的缸压传感器的信号的相位相对于基准相位判定部判定的基准相位而言迟滞超过预先设定的阈值时故障判定部(1112)判定为缸压传感器故障。

Description

缸压传感器的故障诊断装置
技术领域
在此公开的技术涉及一种缸压传感器的故障诊断装置。
背景技术
专利文献1记载了一种检出发动机燃烧室内压力的缸压传感器的异常检出装置。该装置的缸压传感器具有受到缸内压力而变形的变形部和贴在变形部的应变仪。变形部的材质组成由于热等的影响而变化,如果弹性模量变高的话,则不易弹性变形,且缸压传感器的输出值的增益降低。于是,该装置检出缸压传感器的输出值的增益,在增益低时诊断为缸压传感器异常。
另外,该装置为防止错误诊断,而在缸压传感器的输出值的增益低且输出波形出现时间上的偏差时诊断为发动机出现异常,在缸压传感器的输出值的增益低且输出波形未出现时间上的偏差时诊断为缸压传感器未出现异常。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2010-144670号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
但本申请发明人等研究后有了新发现,即由于缸压传感器的故障,缸压传感器的信号的相位相对于燃烧室内的压力变化的相位会出现迟滞。具体来说,如果承受燃烧室内的压力的隔膜的支撑部分(如缸压传感器的壳体)伸长、或该支撑部分出现破裂的话,虽然详细的机制尚不明确,但缸压传感器的信号的相位相对于燃烧室内的压力变化的相位会出现迟滞。本申请发明人等研究后发现,与由于发动机的运行状态变化导致燃烧室内的压力参差不齐而引起的信号的迟滞量相比,该缸压传感器在故障时产生的信号的迟滞量足够大。因此,只要检知缸压传感器的信号的相位的迟滞就能诊断缸压传感器的故障。
专利文献1记载的技术在缸压传感器的输出波形出现时间上的偏差时诊断为缸压传感器未出现异常。因此,专利文献1记载的技术无法诊断缸压传感器的信号的相位迟滞这种故障。
在此公开的技术能够提高缸压传感器故障诊断的正确度。
解决技术问题的技术手段
在此公开的技术涉及一种缸压传感器的故障诊断装置。故障诊断装置具备:缸压传感器,具有设置于往复式发动机的燃烧室内的隔膜且输出与所述燃烧室内的压力相对应的信号;诊断部,接受所述缸压传感器的信号输入且基于所述缸压传感器的信号诊断所述缸压传感器的故障。
然后,所述诊断部具有:读取部,读取特定的曲轴转角范围内所述缸压传感器的信号;基准相位判定部,判定所述燃烧室的容积变化所引起的压力变化的相位,即基准相位;故障判定部,当所述读取部读取的所述缸压传感器的信号的相位比所述基准相位判定部判定的所述基准相位的迟滞超过预先设定的阈值时,所述故障判定部判定所述缸压传感器故障。
采用这种技术方案的话,诊断部比较读取部读取的特定的曲轴转角范围内缸压传感器的信号的相位和基准相位判定部判定的燃烧室的容积变化所引起的压力变化的相位,即基准相位。缸压传感器的信号的相位相对于基准相位而言迟滞超过预先设定的阈值时,故障判定部判定缸压传感器故障。由此,故障诊断装置能正确诊断隔膜的支撑部分伸长,或出现破裂的缸压传感器的故障。
可设计为:所述读取部读取至少包含压缩上止点在内的所述特定的曲轴转角范围内所述缸压传感器的信号;所述基准相位判定部判定所述燃烧室内的最高压力对应的曲轴转角的值;与所述基准相位判定部判定的曲轴转角的值相比,所述缸压传感器的信号的最大值对应的曲轴转角的值偏离超过所述阈值时,所述故障判定部判定所述缸压传感器故障。
如果缸压传感器正常,缸压传感器的信号中最大值对应的曲轴转角的值相当于燃烧室内最高压力对应的曲轴转角的值。通过比较缸压传感器的信号中最大值对应的曲轴转角的值和基准相位判定部判定的曲轴转角的值,从而故障判定部能恰当判定缸压传感器的信号的相位比基准相位的迟滞。故障判定部能正确诊断缸压传感器的故障。
可设计为:所述缸压传感器的故障诊断装置具备:进气压传感器,输出与进入所述燃烧室的进气的压力相对应的信号;所述基准相位判定部基于所述进气压传感器的信号判定所述燃烧室内最高压力对应的曲轴转角的值。
这样一来,基准相位判定部在不使用缸压传感器的信号的情况下判定曲轴转角的值,因此即使缸压传感器故障,基准相位判定部也能精确判定最高压力对应的曲轴转角的值。这样一来,缸压传感器的故障诊断的正确度得以提高。
可设计为:所述基准相位判定部在所述往复式发动机的转数高时将所述基准相位相较于转数低时提前。
往复式发动机的转数高时冷却损失变少,因此燃烧室内最高压力对应的曲轴转角相对提前。通过在往复式发动机转数高时比低时使基准相位提前,从而基准相位判定部能精确判定基准相位。这样一来,故障判定部能正确进行缸压传感器的故障诊断。
可设计为:所述基准相位判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时将所述基准相位相较于空气量少时提前。
填充于燃烧室内的空气量多时燃烧室压缩过程中从活塞环衔接处泄露变多进而泄露损失变多,因此燃烧室内最高压力对应的曲轴转角相对提前。通过在填充于燃烧室内的空气量多时比少时使基准相位提前,从而基准相位判定部能精确判定基准相位。这样一来,故障判定部能正确进行缸压传感器的故障诊断。
可设计为:所述故障判定部在所述往复式发动机的转数高时使所述阈值相较于转数高时更小。
如前所述,往复式发动机在转数高时冷却损失变少,因此缸压传感器的信号的相位提前。通过在往复式发动机转数高时比低时使阈值更小,从而故障判定部能基于缸压传感器的信号的相位和基准相位的差正确进行缸压传感器的故障诊断。
可设计为:所述故障判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时使所述阈值相较于空气量少时更小。
如前所述,当填充于燃烧室内的空气量多时,泄露损失变多,因此缸压传感器的信号的相位提前。通过在填充于燃烧室内的空气量多时比少时使阈值更小,从而故障判定部能基于缸压传感器的信号的相位和基准相位的差正确进行缸压传感器的故障诊断。
可设计为:所述诊断部具有通知部,该通知部在所述故障判定部判定所述缸压传感器故障时进行报知。
这样一来,将缸压传感器已发生故障的消息告知用户后,就会进行已发生故障的缸压传感器的更换等。
可设计为:所述缸压传感器的故障诊断装置具备:发动机控制部,接受至少包含所述缸压传感器在内的检知部的信号输入,并根据所述检知部的信号控制设置于汽车的所述往复式发动机的运行;所述发动机控制部在所述汽车行驶中断燃料条件成立时停止对所述往复式发动机的燃料供应;所述诊断部在所述发动机控制部停止后对所述往复式发动机供应燃料时执行所述缸压传感器的故障诊断。
在发动机控制部已停止对往复式发动机供应燃料时,燃烧室内不进行燃烧。燃烧室内的压力变化仅由于燃烧室的容积变化而产生。故障判定部能基于缸压传感器的信号的相位和基准相位的差正确诊断缸压传感器的故障。
可设计为:所述缸压传感器的故障诊断装置具备点火部,该点火部设置于所述燃烧室内并接受所述发动机控制部的点火信号,对所述燃烧室内的混合气点火;关于所述燃烧室内的混合气,一部分混合气通过所述点火部的强制点火而开始引起有火焰传播的燃烧后,剩余未燃混合气通过自燃进行燃烧;为使所述未燃混合气在目标时间点自燃,所述发动机控制部在所述目标时间点之前向所述点火部输出所述点火信号;所述发动机控制部还根据所述缸压传感器的信号推定所述未燃混合气自燃的时间点。
本申请申请人提出了一种结合SI(Spark Ignition)燃烧与CI(CompressionIgnition)燃烧得到的SPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)燃烧。SI燃烧是一种通过对燃烧室中的混合气强制点火而开始的、伴随火焰传播的燃烧。CI燃烧是一种通过燃烧室中的混合气压缩着火而开始的燃烧。在SPCCI燃烧中,对燃烧室中的混合气强制点火使火焰传播燃烧开始后,SI燃烧发热且火焰传播导致压力上升,由此燃烧室中的未燃混合气进行CI燃烧。
CI燃烧发生在缸内温度到达视混合气的组成而定的着火温度时。如果在压缩上止点附近缸内温度达到着火温度并产生CI燃烧的话能使SPCCI燃烧的燃油效率最大化。
但另一方面,如果SPCCI燃烧中在压缩上止点附近产生CI燃烧则可能使缸内压力过度上升、燃烧噪音过大。若此时使点火时刻滞后,则会在做功冲程中活塞已下行相当程度的时刻产生CI燃烧,因此能抑制燃烧噪音。但发动机的燃油效率会降低。
为了在进行SPCCI燃烧的发动机中抑制燃烧噪音的同时提高燃料效率性能,就需要控制SPCCI燃烧,使得相对于曲轴转角的前进而言变化的燃烧波形是恰当的燃烧波形。
要对SPCCI燃烧进行控制例如可以使用表示SPCCI燃烧的特性的参数——CI燃烧开始时刻θci。CI燃烧开始时刻θci是未燃混合气自燃的时刻。实际的θci相较于目标θci提前的话,CI燃烧发生在距压缩上止点较近的时间点,因此燃烧噪音增大。要抑制燃烧噪音,发动机控制部需要掌握实际的θci。
能推定实际的θci则发动机控制部能根据实际θci与目标θci之间的差距调整点火时刻,由此就能使实际的θci接近目标θci。例如,实际θci相较于目标θci提前的情况下,发动机控制部通过使点火时刻滞后就能使实际θci滞后,由此能抑制燃烧噪音。
本申请申请人还提出了一种根据缸压传感器的信号推定θci的技术。
正确进行缸压传感器的故障诊断能使进行SPCCI燃烧的发动机抑制燃烧噪音同时提高燃料效率性能。
发明效果
如以上说明,通过所述缸压传感器的故障诊断装置能提高诊断的正确度。
附图说明
图1是发动机结构示例图;
图2是燃烧室的结构示例图,上图是燃烧室俯视图,下图是沿II-II线截面图;
图3是发动机控制装置的结构示例框图;
图4是缸压传感器的结构示例截面说明图;
图5是SPCCI燃烧的波形示例图;
图6是发动机控制部的功能结构示例框图;
图7是相对于发动机负荷而言进气门关闭正时的变化示例图;
图8是缸压传感器的故障诊断装置所涉及功能结构的示例框图;
图9是缸压传感器正常时输出的信号的波形与故障时输出的信号波形的示例图;
图10是判定Pmax及Pmax的曲轴转角的运算模块的结构示例图;
图11是缸压传感器的故障诊断所涉及的基准相位的补正值的示例图;
图12是缸压传感器正常时输出的信号波形与故障时输出的信号波形的示例图;
图13是缸压传感器的故障诊断涉及的第2阈值的示例图;
图14A是缸压传感器的故障诊断步骤中的一部分的示例流程图;
图14B是缸压传感器的故障诊断步骤中的一部分的示例流程图;
图15中上图是发动机转数与延迟周期的关系,下图是发动机转数与延迟时间的关系示图;
图16是与缸压传感器的故障诊断相关的各参数的变化示例时间图表;
图17是与图14B不同的缸压传感器的故障诊断步骤中的一部分的示例流程图。
具体实施方式
下面基于附图详细说明缸压传感器的故障诊断装置的相关实施方式。以下说明为缸压传感器的故障诊断装置的一例。
图1是具有缸压传感器的故障诊断装置的压燃式发动机的结构示例图。图2是发动机燃烧室的结构示例图。另外,图1中进气侧是纸面左侧,排气侧是纸面右侧。图2中进气侧是纸面右侧,排气侧是纸面左侧。图3是发动机控制装置的结构示例框图。
发动机1是通过燃烧室17重复进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程来运行的4冲程往复式发动机。发动机1搭载于四轮汽车。发动机1运行,由此汽车行驶。发动机1的燃料在该结构例中为汽油。燃料只要是至少包括汽油在内的液体燃料即可。例如,燃料也可以是包含生物乙醇等在内的汽油。
(发动机的结构)
发动机1具有汽缸体12和载置于汽缸体之上的汽缸盖13。汽缸体12内部形成有复数个汽缸11。图1及图2只显示了一个汽缸11。发动机1是多汽缸发动机。
各汽缸11内插入活塞3且活塞3能自由滑动。活塞3通过连杆14连结于曲轴15。活塞3与汽缸11及汽缸盖13一起划分出燃烧室17。另外,有时“燃烧室”是在广义上使用。即,有的情况下“燃烧室”指的是活塞3、汽缸11及汽缸盖13所形成的空间而与活塞3的位置无关。另外,在以下说明中有时会使用与燃烧室含义基本相同的词——“缸内”。
汽缸盖13的下侧面,即,燃烧室17的顶面如图2的下图所示由倾斜面1311与倾斜面1312构成。倾斜面1311自进气侧向后述喷油器6的轴X2向上倾斜。倾斜面1312自排气侧向喷油器6的轴X2向上倾斜。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。
活塞3的上侧面向燃烧室17的顶面隆起。活塞3的上侧面形成有凹部31。凹部31自活塞3的上侧面凹陷。凹部31在此结构例中为浅盘形状。凹部31的中心相对于汽缸11的中心轴X1而言向排气侧偏移。
发动机1的几何压缩比设定为10以上30以下。如后述,发动机1进行组合SI燃烧和CI燃烧而得的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧中利用SI燃烧产生的发热和压力上升控制CI燃烧。发动机1是压燃式发动机。但是当活塞3到达压缩上止点时,该发动机无需升高燃烧室17的温度高。发动机1能将几何压缩比设定为比较低的值。几何压缩比低有利于降低冷却损失以及降低机械损失。可以使发动机1的几何压缩比在常规规格(燃料辛烷值为91左右的低辛烷值燃料)为下14~17,在高辛烷值规格(燃料辛烷值为96左右的高辛烷值燃料)为下15~18。
汽缸盖13上对应每一汽缸11分别形成进气口18。进气口18有第1进气口及第2进气口两个进气口18,在此省略图示。进气口18与燃烧室17连通。进气口18是所谓的滚流口。即,进气口18的形状使燃烧室17中形成滚流。
进气口18配设有进气门21。进气门21使燃烧室17与进气口18之间开闭。进气门21通过配气机构在一定的时间点开闭。配气机构只要是使气门正时和/或气门升程情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括进气电动S-VT(Sequential-Valve Timing)23。进气电动S-VT23使进气凸轮轴的相位在一定范围内连续变化。进气门21的打开正时及关闭正时连续变化。此外,进气配气机构也可包含油压式S-VT,用以取代电动S-VT。
另外,汽缸盖13上对应每个汽缸11形成有排气口19。排气口19也包括第1排气口及第2排气口两个排气口19。排气口19与燃烧室17连通。
排气口19配设有排气门22。排气门22使燃烧室17与排气口19之间开闭。排气门22通过配气机构在一定的时间点开闭。该配气机构只要是使气门正时和/或气门升程情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括排气电动S-VT24。排气电动S-VT24使排气凸轮轴的相位在一定范围内连续变化。排气门22的打开正时及关闭正时连续变化。另外,排气配气机构也可包括油压式S-VT,以取代电动S-VT。
进气电动S-VT23及排气电动S-VT24调节进气门21及排气门22双方都打开的重合时间的长度。通过延长重合时间的长度则能对燃烧室17中的残留气体扫气。另外还能通过调节重合时间的长度来将内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)气体导入燃烧室17中。进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成了内部EGR系统。另外,不限于由S-VT构成内部EGR系统。
汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有喷油器6。喷油器6向燃烧室17中直接喷射燃料。喷油器6是燃料喷射部的一例。喷油器6配设在倾斜面1311与倾斜面1312的交叉部分。如图2所示,喷油器6的轴X2相对于汽缸11的中心轴X1而言位于排气侧。喷油器6的轴X2与中心轴X1平行。喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。喷油器6与凹部31相向。另外,也可以使喷油器6的轴X2与汽缸11的中心轴X1一致。在此技术方案下,也可以使喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。
喷油器6由具有复数个喷口的多喷口型的燃料喷射阀构成,此处省略详细图示。如图2中双点划线所示,喷油器6喷射燃料使燃料喷雾从燃烧室17中央放射状扩散。本结构例中,喷油器6具有10个喷孔,喷孔沿圆周方向等角度配置。
喷油器6与燃料供应系统61连接。燃料供应系统61包括燃料箱63、连结燃料箱63与喷油器6的燃料供应通路62。燃料箱63储存燃料。燃料供应通路62上设有燃料泵65和共轨64。燃料泵65通过压力向共轨64输送燃料。在该结构例中,燃料泵65是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。共轨64存储通过燃料泵65在高燃料压力下输送来的燃料。喷油器6打开后,存储在共轨64的燃料从喷油器6的喷口喷射到燃烧室17中。燃料供应系统61能将30MPa以上的高压力燃料供应至喷油器6。也可与发动机1的运行状态相应地改变供应至喷油器6的燃料的压力。另外,燃料供应系统61的结构不限于所述结构。
汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有火花塞25。火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火。火花塞25是点火部的一例。火花塞25在该结构例中相较于汽缸11的中心轴X1而言配设于进气侧。火花塞25位于两个进气口18之间。火花塞25安装在汽缸盖13且倾斜,自上而下越来越靠近燃烧室17中央。如图2所示,火花塞25的电极面向燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。另外也可以使火花塞25相对于汽缸11的中心轴X1而言配置于排气侧。另外也可以使火花塞25配置于汽缸11的中心轴X1上。
发动机1的一侧面连接着进气通路40。进气通路40与各汽缸11的进气口18连通。要进入燃烧室17的气体流经进气通路40。进气通路40的上游端部配设有空气滤清器41。空气滤清器41过滤新气。进气通路40的下游端附近配设有缓冲槽42。缓冲槽42下游的进气通路40是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路。独立通路的下游端连接于各汽缸11的进气口18。
进气通路40中的空气滤清器41与缓冲槽42之间配设有节流阀43。节流阀43通过阀门开度的调节来调节燃烧室17中新气的导入量。
另外,进气通路40中节流阀43的下游配设有增压器44。增压器44对要进入燃烧室17的气体进行增压。在该结构例中,增压器44是由发动机1驱动的机械式增压器。机械式的增压器44可以是罗茨式、双螺旋式(Lysholm式)、滑片式或离心式。
增压器44与发动机1之间设有电磁离合器45。电磁离合器45在增压器44与发动机1之间,从发动机1向增压器44传递驱动力或阻断驱动力的传递。如后所述,ECU10使电磁离合器45在阻断与连接之间切换,由此在开、关之间切换增压器44。
进气通路40中增压器44的下游配设有中冷器46。中冷器46用于冷却增压器44压缩后的气体。中冷器46例如是水冷式或油冷式。
进气通路40上连接着绕行通路47。绕行通路47使进气通路40中增压器44的上游部与中冷器46的下游部相互连接。绕行通路47绕过增压器44及中冷器46。绕行通路47中配设有气体旁通阀48。气体旁通阀48对流经绕行通路47的气体的流量进行调节。
ECU10在增压器44关闭时(即,电磁离合器45断开时)使气体旁通阀48全开。进气通路40中流动的气体绕过增压器44进入发动机1的燃烧室17。发动机1在非增压--即自然进气状态下运行。
增压器44打开后发动机1在增压状态下运行。ECU10在增压器44打开的情况下(即,电磁离合器45连接)对气体旁通阀48的开度进行调节。通过增压器44后的气体中的一部分经过绕行通路47逆流至增压器44上游。ECU10对映射气体旁通阀48的开度进行调节,则进入燃烧室17的气体的压力会改变。即,增压会改变。可以定义为:增压时是指缓冲槽42内的压力超过大气压时,非增压时是指缓冲槽42内压力在大气压以下时。
该结构例中通过增压器44、绕行通路47、气体旁通阀48构成了增压系统49。
发动机1包括使燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。涡流如图2中空箭头所示地流动。涡流产生部包括安装于进气通路40的涡流控制阀56。涡流控制阀56配设于与两个进气口18中的一进气口18相连的第一通路及与另一进气口18相连的第二通路中的第二通路,详细图示省略。涡流控制阀56是能够缩小第二通路的截面的开度调节阀。涡流控制阀56开度小,则从一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较多、从另一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较少,因此燃烧室17内的涡流增强。涡流控制阀56的开度大,则从两个进气口18分别进入燃烧室17的进气流量大致等同,因此燃烧室17内的涡流变弱。涡流控制阀56全开则不产生涡流。
发动机1的另一侧面连接有排气通路50。排气通路50与各汽缸11的排气口19连通。排气通路50是从燃烧室17排出的排气气体流经的通路。排气通路50的上游部分是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路,详细图示省略。独立通路的上游端与各汽缸11的排气口19连接。
排气通路50配设有包括复数个催化转化器的排气气体净化系统。上游的催化转化器配设在发动机舱内,图示省略。上游的催化转化器包括三元催化剂511、GPF(GasolineParticulate Filter)512。下游的催化转化器配设在发动机舱外。下游的催化转化器包括三元催化剂513。另外,排气气体净化系统不限于图例中的结构。例如,GPF也可省略。另外,催化转化器不限于包括三元催化剂在内的催化转化器。另外,三元催化剂及GPF的排列顺序可以适当改变。
进气通路40与排气通路50之间连接有EGR通路52。EGR通路52是使排气气体的一部分回流至进气通路40的通路。EGR通路52构成外部EGR系统。EGR通路52的上游端连接于排气通路50中上游催化转化器与下游催化转化器之间。EGR通路52的下游端连接于进气通路40中增压器44的上游部。流经EGR通路52的EGR气体不通过绕行通路47的气体旁通阀48,而是进入进气通路40中增压器44的上游部。
EGR通路52中配设有水冷式EGR冷却器53。EGR冷却器53冷却排气气体。另外,EGR通路52中配设有EGR阀54。EGR阀54对EGR通路52中流动的排气气体的流量进行调节。通过调节EGR阀54的开度就能对冷却后的排气气体——即外部EGR气体的回流量进行调节。
该发动机1中EGR系统55包括外部EGR系统、内部EGR系统。外部EGR系统能够将比内部EGR系统更低温的排气气体供应至燃烧室17。
压燃式发动机的控制装置包括使发动机1运行的ECU(Engine Control Unit)10。ECU10是以众所周知的微型计算机为基础的控制部,如图3所示,包括:包括执行程序的中央运算处理装置(Central Processing Unit:CPU)在内的微型计算机101;例如由RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)构成的、用于存放程序及数据的存储器102;用于输入输出电信号的I/F电路103。
如图1及图3所示,ECU10上连接有各种传感器SW1~SW17。传感器SW1~SW17向ECU10输出信号。传感器包括以下传感器。
空气流量传感器SW1:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游,输出与流经进气通路40的新气的流量相应的信号;
第1进气温度传感器SW2:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游、输出与流经进气通路40的新气的温度相应的信号;
第1压力传感器SW3:配置于进气通路40中EGR通路52的连接位置下游且增压器44的上游、输出与要进入增压器44的气体的压力相应的信号;
第2进气温度传感器SW4:配置于进气通路40中增压器44的下游且绕行通路47的连接位置上游,输出与从增压器44流出的气体的温度相应的信号;
进气压传感器SW5:安装于缓冲槽42,输出与增压器44下游的气体压力相应的信号;
缸压传感器SW6:与各汽缸11相对应地安装于汽缸盖13,输出与各燃烧室17内压力相应的信号;
排气温度传感器SW7:配置于排气通路50,输出与燃烧室17排出的排气气体的温度相应的信号;
线性氧传感器(linearO2传感器)SW8:配置于排气通路50中上游催化转化器上游,输出与排气气体中的氧浓度相应的信号;
氧传感器(LambdaO2传感器)SW9:配置于上游催化转化器的三元催化剂511下游,输出与排气气体中的氧浓度相应的信号;
水温传感器SW10:安装于发动机1,输出与冷却水的温度相应的信号;
曲轴转角传感器SW11:安装于发动机1,输出与曲轴15转角相应的信号;
油门开度传感器SW12:安装于油门踏板机构,输出与油门踏板的操作量成正比的油门开度相应的信号;
进气凸轮位置传感器SW13:安装于发动机1,输出与进气凸轮轴的转角相应的信号;
排气凸轮位置传感器SW14:安装于发动机1,输出与排气凸轮轴的转角相应的信号;
EGR差压传感器SW15:配置于EGR通路52,输出与EGR阀54上游及下游的差压相应的信号;
燃压传感器SW16:安装于燃料供应系统61的共轨64,输出与供应给喷油器6的燃料压力相应的信号;
第3进气温度传感器SW17:安装于缓冲槽42,输出与缓冲槽42内气体的温度——换言之与进入燃烧室17的进气温度相应的信号。
ECU10根据上述传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态并按照预先设定的控制逻辑运算出各设备的控制量。控制逻辑存储在存储器102。控制逻辑包括使用存储器102存储的映射运算目标量和/或控制量。
ECU10将运算出的控制量所对应的电信号输出至喷油器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供应系统61、节流阀43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、气体旁通阀48、涡流控制阀56。
例如,ECU10根据油门开度传感器SW12的信号与映射设定发动机1的目标扭矩并确定目标增压。然后ECU10根据目标增压以及由第1压力传感器SW3及进气压传感器SW5的信号得到的增压器44的前后差压进行调节气体旁通阀48开度的反馈控制。通过该反馈控制,增压达到目标增压。
另外,ECU10根据发动机1的运行状态和映射设定目标EGR率(即,相对于燃烧室17中全部气体而言EGR气体的比率)。然后ECU10根据目标EGR率和以油门开度传感器SW12信号为基础的吸入空气量确定目标EGR气体量,并基于由EGR差压传感器SW15的信号得到的EGR阀54的前后差压进行对EGR阀54的开度进行调节的反馈控制。通过该反馈控制使进入燃烧室17中的外部EGR气体量达到目标EGR气体量。
此外,ECU10在一定控制条件成立时执行空燃比反馈控制。具体而言,ECU10基于由linearO2传感器SW8及LambdaO2传感器SW9的信号得到的排气中的氧浓度调节喷油器6的燃料喷射量,使混合气的空燃比成为所希望的值。
此外的ECU10对发动机1进行控制的详细内容见后述。
ECU10还连接着通知部57。通知部例如由仪表板上设有的警告灯构成。如后所述,缸压传感器SW6的故障诊断装置100诊断出缸压传感器SW6故障时,通过通知部57报知用户。
(缸压传感器的结构)
图4是缸压传感器SW6的结构示例。缸压传感器SW6包括面向燃烧室17内配设的隔膜71。隔膜71由具有弹性的材料构成。隔膜71配设在缸压传感器SW6的前端。隔膜71的周边部被壳体支撑。壳体包括外壳体72和内壳体73。燃烧室17内的压力增高则隔膜71的外侧面受挤压,由此未被外壳体72及内壳体73支撑的隔膜71的中央部弯曲。
外壳体72固定于发动机1的汽缸盖13,图示省略。外壳体72是前端开口的筒状。隔膜71安装于外壳体72的前端面。隔膜71的周边部通过焊接固定于外壳体72。
内壳体73内插于外壳体72内。内壳体73位于外壳体72的前端部。内壳体73由复数个零部件组合构成。内壳体73也是筒状。隔膜71的周边部还通过焊接固定于内壳体73。
通过施力构件74向内壳体73朝向缸压传感器SW6前端施力。施力构件74在外壳体72内部相对于内壳体73而言配设于缸压传感器SW6的基端侧(即,图4中上侧)。
内壳体73内部配设有压电器件75。压电器件75通过隔膜71弯曲而变形,并输出与变形量相应的微弱电流。
压电器件75的前端部安装有底座76。底座76的中央部包括向缸压传感器SW6的前端突出的突出部761。突出部761位于内壳体73前端部所设的贯通孔731内。
隔膜71内面的中央部设有与隔膜71一体的、向缸压传感器SW6的基端突出的中央突起711。隔膜71的中央突起711与底座76的突出部761相互抵接。隔膜71的中央部弯曲,则底座76被中央突起711向缸压传感器SW6的基端挤压,由此压电器件75变形。
压电器件75的基端部安装有电极77。压电器件75的微弱电流通过电极77输出。
电极77的基端部被电极支撑部78支撑。电极支撑部78也是由复数个构件组合构成。电极支撑部78焊接于内壳体73。电极支撑部78的内部配设有导电部79。导电部79向缸压传感器SW6的基端延伸。导电部79的基端连接于缸压传感器SW6所具有的电荷放大器710。电荷放大器710放大压电器件75的微弱电流并输出至ECU10。
电极77与导电部79之间配设有压缩弹簧791。压缩弹簧791使电极77与导电部79之间能通电。
一体化的底座76、压电器件75及电极77与内壳体73之间设有环状的绝缘部712。绝缘部712是图4中着色为黑色的部分。
(SPCCI燃烧的概念)
发动机1以改善燃料效率、改善排出气体性能为主要目的在一定运行状态下采用压缩自燃方式燃烧。关于自燃方式燃烧,如果压缩开始前燃烧室17中温度参差不齐则自燃时间点会有很大变化。因此发动机1进行结合了SI燃烧与CI燃烧的SPCCI燃烧。
SPCCI燃烧是下述形态:火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火,由此混合气通过火焰传播进行SI燃烧,且SI燃烧的发热导致燃烧室17中的温度升高,且火焰传播导致燃烧室17中的压力上升,由此未燃混合气实现自燃方式的CI燃烧。
通过对SI燃烧的发热量进行调节就能吸收压缩开始前燃烧室17中温度的差异。通过ECU10对点火正时进行调节就能使混合气在目标时间点自燃。
在SPCCI燃烧中,SI燃烧时产生的热比CI燃烧时产生的热更平稳。就SPCCI燃烧的热产生率(dQ/dθ)波形而言,如图5示例,上升的倾斜度比CI燃烧波形的上升倾斜度更小。另外,就燃烧室17中的压力变化率(dp/dθ)而言,SI燃烧时比CI燃烧时更为平稳。
有时,SI燃烧开始后未燃混合气自燃时,自燃的时间点处热产生率波形的倾斜度会从小向大变化。有时热产生率的波形会在CI燃烧开始时间点处出现拐点X。
CI燃烧开始后SI燃烧与CI燃烧并列进行。CI燃烧比SI燃烧产生的热更多,因此热产生率相对较大。但CI燃烧在压缩上止点后进行,因此能防止热产生率波形的倾斜度过大。CI燃烧时的压力变化率(dp/dθ)也比较平稳。
压力变化率(dp/dθ)能作为表示燃烧噪音的指标使用。如上所述,SPCCI燃烧能使压力变化率(dp/dθ)较小,因此能防止燃烧噪音过大。发动机1的燃烧噪音被控制在容许水平以下。
CI燃烧结束,由此SPCCI燃烧结束。CI燃烧与SI燃烧相比燃烧期间短。SPCCI燃烧相较于SI燃烧而言燃烧结束时刻更早。
SI燃烧所形成的第1热产生率部QSI与CI燃烧所形成的第2热产生部QCI依次连续,形成了SPCCI燃烧的热产生率波形。
在此定义SI率作为表示SPCCI燃烧特性的参数。本申请申请人将SI率定义为:关于SPCCI燃烧所产生的全部热量中SI燃烧所产生的热量所占比例的指标。SI率是燃烧形态相异的两种燃烧所产生的热量比率。SI率高则SI燃烧的比例高,SI率低则CI燃烧的比例高。SPCCI燃烧中SI燃烧的比例高有利于抑制燃烧噪音。SPCCI燃烧中CI燃烧的比例高有利于提高发动机1的燃油效率。
也可将SI率定义为SI燃烧所产生的热量比CI燃烧所产生的热量的比率。即,可采用下述方案:在SPCCI燃烧中,CI燃烧开始的曲轴转角为CI燃烧开始时刻θci,在图5所示波形801中,θci提前侧SI燃烧的面积为QSI,包括θci在内的滞后侧CI燃烧的面积为QCI,SI率=QSI/QCI
(发动机的控制逻辑)
图6是执行发动机1的控制逻辑的ECU10的功能结构示例框图。ECU10按照存储器102中存储的控制逻辑使发动机1运行。具体而言,ECU10基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并进行运算以调节燃烧室17的状态量、喷射量、喷射正时及点火正时,使燃烧室17中的燃烧成为与运行状态相应的SI率的燃烧。
ECU10使用SI率、θci两个参数控制SPCCI燃烧。具体而言,ECU10设定与发动机1的运行状态相应的目标SI率、目标θci,对燃烧室17内的温度进行调节,对点火时刻进行调节,使得实际的SI率与目标SI率一致且实际的θci等于目标θci。通过调节进入燃烧室17内的排气气体的温度和/或量来对燃烧室17内的温度进行调节。
首先,ECU10通过I/F电路103读取各传感器SW1~SW17的信号。然后,ECU10的微型计算机101中的目标SI率/目标θci设定部101a基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并设定目标SI率(即,目标热量比率)及目标CI燃烧开始时刻θci。与发动机1的运行状态相应地决定目标SI率。目标SI率存储在存储器102的目标SI率存储部1021。目标SI率/目标θci设定部101a在发动机1负荷低时设置较低的目标SI率,在发动机1负荷高时设置较高的目标SI率。发动机1负荷低时提高SPCCI燃烧中CI燃烧的比例来抑制燃烧噪音并提高燃料效率性能。发动机1负荷高时提高SPCCI燃烧中SI燃烧的比例,有利于抑制燃烧噪音。
如上所述,θci意味着SPCCI燃烧中CI燃烧开始的曲轴转角时间点(参照图5)。与发动机1的运行状态相应地设定目标θci。目标θci存储在存储器102的目标θci存储部1022。θci位于滞后侧则燃烧噪音小。θci位于提前侧则发动机1燃料效率性能提高。在将燃烧噪音控制在容许水平以下的范围内,尽可能地将目标θci设定在提前侧。
目标缸内状态量设定部101b基于存储器102中存储的模型设定用于实现所设定的目标SI率及目标θci的目标缸内状态量。具体而言,目标缸内状态量设定部101b设定燃烧室17中的目标温度、目标压力及目标状态量。
缸内状态量控制部101c设定要实现目标缸内状态量所需的EGR阀54的开度、节流阀43的开度、气体旁通阀48的开度、涡流控制阀56的开度、进气电动S-VT23的相位角(即,进气门21的气门正时)及排气电动S-VT24的相位角(即,排气门22的气门正时)。缸内状态量控制部101c基于存储器102中存储的映射设定这些设备的控制量。缸内状态量控制部101c基于设定的控制量向EGR阀54、节流阀43、气体旁通阀48、涡流控制阀(SCV)56、进气电动S-VT23及排气电动S-VT24输出控制信号。各设备基于ECU10的信号进行作业,由此燃烧室17中的状态量达到目标状态量。
缸内状态量控制部101c还基于所设定的各设备的控制量分别算出燃烧室17中状态量的预测值及状态量的推定值。状态量预测值是在进气门21关闭前对燃烧室17中的状态量进行预测得到的值。如后所述,状态量预测值用于设定进气冲程中燃料的喷射量。状态量推定值是对进气门21关闭后对燃烧室17中的状态量进行推定所得到的值。如后所述,状态量推定值用于设定压缩冲程中燃料的喷射量及点火正时。
第1喷射量设定部101d基于状态量预测值设定进气冲程中燃料的喷射量。在进气冲程中进行分割喷射时设定各次喷射的喷射量。另外,进气冲程中不进行燃料喷射时,第1喷射量设定部101d将燃料喷射量设为0。第1喷射控制部101e向喷油器6输出控制信号,使喷油器6在一定的喷射正时向燃烧室17中喷射燃料。另外,第1喷射控制部101e输出进气冲程中燃料的喷射结果。
第2喷射量设定部101f基于状态量推定值和进气冲程中燃料的喷射结果设定压缩冲程中燃料的喷射量。另外,压缩冲程中不进行燃料喷射时,第2喷射量设定部101f将燃料喷射量设为0。第2喷射控制部101g向喷油器6输出控制信号,基于预先设定的映射在喷射正时使用喷油器6向燃烧室17中喷射燃料。另外,第2喷射控制部101g输出压缩冲程中燃料的喷射结果。
点火时刻设定部101h基于状态量推定值和压缩冲程中燃料的喷射结果设定点火正时。点火控制部101i向火花塞25输出控制信号,使得在设定的点火正时处火花塞25对燃烧室17中的混合气点火。
在此,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中温度相较于目标温度更低时,使压缩冲程中喷射正时相较于以映射为基础的喷射正时而言提前,以使得点火正时的提前成为可能。另外,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中的温度相较于目标温度更高时,使压缩冲程中的喷射正时相较于以映射为基础的喷射正时滞后,以使得点火正时的滞后成为可能。
即,当燃烧室17中温度低时,通过火花点火开始SI燃烧后未燃混合气自燃的时间点(CI燃烧开始时刻θci)被推迟,SI率偏离目标SI率。此时,未燃燃料增加,排出气体性能下降。
就此,如果预判燃烧室17中温度比目标温度低时,第1喷射控制部101e和/或第2喷射控制部101g使喷射正时提前,且点火时刻设定部101h使点火正时提前。SI燃烧早开始就能通过SI燃烧产生充分的热量,因此当燃烧室17中温度低时,能防止未燃混合气的自燃时间点θci延迟。因此,θci接近目标θci,且SI率接近目标SI率。
另外,当燃烧室17中温度高时,通过火花点火开始SI燃烧后,未燃混合气很快自燃,SI率偏离目标SI率。此时燃烧噪音增大。
因此,当预判燃烧室17中温度比目标温度高时,第1喷射控制部101e和/或第2喷射控制部101g使喷射正时滞后,并且点火时刻设定部101h使点火正时滞后。SI燃烧开始较迟,在燃烧室17中温度高时能防止未燃混合气的自燃时间点θci提早。因此,θci接近目标θci、且SI率接近目标SI率。
火花塞25对混合气点火,由此燃烧室17中进行SI燃烧或SPCCI燃烧。缸压传感器SW6测量燃烧室17中压力的变化。
缸压传感器SW6的测量信号输入θci偏差运算部101k。θci偏差运算部101k基于缸压传感器SW6的测量信号推定CI燃烧开始时刻θci,并计算所推定出的CI燃烧开始时刻θci与目标θci之间的偏差。θci偏差运算部101k将计算出的θci偏差输出至目标缸内状态量设定部101b。目标缸内状态量设定部101b基于θci偏差修正模型。目标缸内状态量设定部101b在下次及以后的循环中用修正后的模型设定目标缸内状态量。
该发动机1的控制逻辑通过包括节流阀43、EGR阀54、气体旁通阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23及排气电动S-VT24在内的状态量设定设备进行调节,使SI率及θci与发动机1的运行状态相对应。
图7显示了进气门21关闭正时,IVC随发动机1的负荷的变化情况,作为状态量设定设备的控制的一例。该图中,进气门21的关闭正时IVC越靠上越提前。进气门21关闭正时IVC提前则进气门21的打开正时IVC也提前,因此进气门21、排气门22双方都打开的正重合时间变长。因此进入燃烧室17中的EGR气体量增加。
在此,发动机1处于特定运行状态时,在使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比并使G/F相较于理论空燃比更为稀薄的状态下运行。由此,发动机1确保了使用三元催化剂的对排气气体的净化性能,并提高了燃料效率性能。发动机1负荷低则燃料供应量少。发动机1负荷低时,ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的时间点。限制进入燃烧室17中的空气量使其与较少的燃料供应量相对应。另外,进入燃烧室17中的EGR气体量也受到限制因此燃烧稳定性得以确保。
当发动机1的负荷提高时,则燃料供应量增加,因此燃烧稳定性提高。ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为提前侧的时间点。进入燃烧室17中的空气量增加且进入燃烧室17中的EGR气体量增加。
当发动机1的负荷进一步变高时,燃烧室17中温度进一步变高。为防止燃烧室17中温度过高,减少内部EGR气体的量,增加外部EGR气体的量。因此ECU10再次将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的时间点。
发动机1的负荷进一步提高,则燃料供应量增多。针对较多的燃料供应量,为了向燃烧室17内导入使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比的空气量,增压器44进行增压。当增压器44进行增压时,则ECU10再次将进气门21的关闭正时设定为提前侧的时间点。由于进入燃烧室17内的空气量增加、且设置了进气门21及排气门22双方打开的正重合时间,因此能对燃烧室17中的残留气体扫气。
发动机1的控制逻辑通过如上对燃烧室17中状态量进行调节来对SI率进行大致调节。另外,发动机1的控制逻辑通过调节燃料的喷射正时及点火正时来对SI率及θci进行调节。通过对喷射正时及点火正时的调节例如能对气缸间的差距进行补正,对自燃时间点进行微调节。通过两个阶段的SI率调节,发动机1能够正确实现与运行状态相对应的目标SPCCI燃烧。
(燃烧噪音抑制控制)
SPCCI燃烧是组合了SI燃烧和CI燃烧的燃烧形态,因此SI燃烧引起的爆震和CI燃烧引起的爆震都有可能发生。SI燃烧引起的爆震称为SI爆震,CI燃烧引起的爆震称为CI爆震,SI爆震是燃烧室17内在混合气SI燃烧的区域外侧的未燃气体异常的局部自燃(明显不同于正常CI燃烧的局部自燃)并因此急速燃烧的现象,CI爆震是指CI燃烧导致压力变动并引起发动机1主要零部件(汽缸体/盖、活塞、曲轴轴颈部等)共振的现象。关于SI爆震,局部自燃导致燃烧室17内产生气柱振动,SI爆震表现为频率约6.3kHz的较大噪音。而关于CI爆震,受发动机1主要零部件产生共振的影响,CI爆震表现为频率约1~4kHz(更严格来说是该范围内包含的复数个频率)的较大噪音。如上所述,SI爆震和CI爆震表现为不同原因造成的不同频率的噪音。
ECU10对SPCCI燃烧进行控制,使得SI爆震及CI爆震都不发生。具体而言,ECU10对缸压传感器SW6的检知信号进行傅立叶转换,由此算出与SI爆震相关联的SI爆震指标值、与CI爆震相关联的CI爆震指标值。SI爆震指标值指的是随着SI爆震的产生而增大的6.3kHz附近的缸内压力谱,CI爆震指标值指的是随着CI爆震的产生而增大的1~4kHz附近的缸内压力谱。
然后,ECU10按照预先设定的映射决定θci界限使SI爆震指标值及CI爆震指标值均不超过容许的界限,并比较根据发动机1的运行状态确定的θci与θci界限,如果θci界限与θci相同或位于提前侧则将θci定为目标θci,而如果θci界限位于θci的滞后侧则将θci界限定为目标θci。通过如此控制抑制SI爆震及CI爆震的发生。
(缸压传感器的故障诊断)
进行SPCCI燃烧的发动机1如上所述利用缸压传感器SW6的检知信号进行点火控制、抑制燃烧噪音的控制。发动机1中缸压传感器SW6的检知信号非常重要。缸压传感器SW6故障并导致输出错误的检知信号的话,则发动机1的运行控制可能受影响。因此发动机1包括缸压传感器SW6的故障诊断装置。
图8是缸压传感器SW6的故障诊断装置100的结构示例。故障诊断装置100包括诊断部111、发动机控制部112。诊断部111及发动机控制部112是构成于ECU10的功能模块。发动机控制部112控制发动机1的运行。故障诊断装置100中的发动机控制部112主要进行发动机1的断燃料控制。具体而言,当在汽车行驶过程中减速断燃料条件成立时,发动机控制部112通过喷油器6停止向发动机1供应燃料。发动机控制部112基于油门开度传感器SW12的检知信号判定减速断燃料条件成立。
当燃料供应停止后,发动机1进行断燃料运行。在断燃料运行过程中,火花塞25不进行点火。进气S-VT23将进气门21的气门正时设为预先设定的目标气门正时。目标气门正时是适于从断燃料进行恢复的气门正时。当停止向发动机1供应燃料后,发动机控制部112通过进气S-VT23将进气门21的气门正时设为目标气门正时。
诊断部111诊断缸压传感器SW6的故障。在发动机1进行断燃料运行期间,诊断部111对缸压传感器SW6的故障进行诊断。由此基于不受混合气燃烧影响的燃烧室17内的压力变化,诊断部111就能对缸压传感器SW6的故障进行诊断。另外的有利之处在于,发动机1断燃料运行期间火花塞25不进行点火,因此缸压传感器SW6的检知信号不受火花塞25的噪声影响。
诊断部111包括读取缸压传感器SW6的检知信号的读取部1111、基于读取的缸压传感器SW6的检知信号对缸压传感器SW6的故障进行判定的故障判定部1112。
故障判定部1112基于缸压传感器SW6的检知信号的相位延迟对缸压传感器SW6的故障进行判定。缸压传感器SW6检知信号的相位延迟是由缸压传感器SW6壳体的损伤引起的,详细内容后述。另外,故障判定部1112基于缸压传感器SW6检知信号的输出降低对缸压传感器SW6的故障进行判定。缸压传感器SW6检知信号的输出降低是由缸压传感器SW6绝缘部712的绝缘异常引起的。
另外,诊断部111包括限制故障判定部1112对故障的判定的限制部1113。具体而言,在停止对发动机1的燃料供应后,限制部1113限制故障判定部1112对缸压传感器SW6进行的故障判定,直至经过所设定的时间。停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内燃烧室17内的环境不稳定。例如,停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内,有时EGR通路52中残留的EGR气体会进入燃烧室17内并由此导致燃烧室17内气体的比热比不能保持固定。另外,停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内有时燃烧室17壁面的温度变动较大。因此,即使缸压传感器SW6没有出现故障的情况下仍会出现缸压传感器SW6的输出参差不齐,使缸压传感器SW6故障诊断的正确度下降的情况。
因此,在停止对发动机1的燃料供应后,限制部1113限制故障判定部1112对缸压传感器SW6的故障判定,直至经过所设定的时间。因此诊断部111能够正确进行缸压传感器SW6的故障诊断。
诊断部111包括延迟判定部1114。延迟判定部1114对发动机1的循环数计数。延迟判定部1114是用于测量已经过上述所设定的时间的计时器。从发动机控制部112收到表示已停止对发动机1的燃料供应的信号后,延迟判定部1114开始对循环数计数。当判定从停止对发动机1的燃料供应起经过了所设定的循环数时,延迟判定部1114就向限制部1113输出信号。另外,延迟判定部1114还可以测量从停止对发动机1的燃料供应起经过的时间,以取代对循环数的计数。
另外,限制部1113限制缸压传感器SW6的故障诊断,直至进气门21的气门正时成为目标气门正时。缸压传感器SW6的故障诊断在发动机1处于断燃料运行期间,因此缸压传感器SW6输出与燃烧室17的容积变化所引起的压力变化相应的信号。故障判定部1112基于与燃烧室17的容积变化引起的压力变化对应的缸压传感器SW6的检知信号进行故障判定。进气门21的关闭正时改变则燃烧室17内气体的压缩开始时间点改变,因此压缩冲程中燃烧室17内的压力及最高压力也会改变。因此缸压传感器SW6的检知信号参差不齐。通过限制缸压传感器SW6的故障诊断直至进气门21的关闭正时成为目标正时,故障判定部1112就能在进气门21对应着特定关闭正时时进行缸压传感器SW6的故障判定。能够提高缸压传感器SW6的故障诊断正确度。
诊断部111包括气门正时判定部1115。向气门正时判定部1115输入进气凸轮位置传感器SW13的检知信号。当基于进气凸轮位置传感器SW13的检知信号判定进气门21的气门正时成为目标气门正时,则气门正时判定部1115向限制部1113输出信号。
故障判定部1112判定缸压传感器SW6故障时通过通知部57进行报知。缸压传感器SW6的故障通知到用户。
(缸压传感器的故障例1)
图9是缸压传感器SW6正常时输出的检知信号与缸压传感器SW6故障时输出的检知信号的示例。图9横轴是曲轴转角,0是压缩上止点。图9纵轴是缸内压力,缸内压力与缸压传感器SW6的检知信号成比例。
发动机1进行断燃料运行期间燃烧室17内不进行燃烧,因此燃烧室17内的压力随着燃烧室17的容积变化而变化。燃烧室17内的压力在压缩上止点附近最大(Pmax)。如果缸压传感器SW6正常,那么与燃烧室17内的压力变化相对应地,缸压传感器SW6的检知信号在压缩上止点附近最大。而如果缸压传感器SW6故障,则缸压传感器SW6检知信号的最大值相对于压缩上止点来说出现迟滞。即,相对于燃烧室17容积变化所引起的压力变化的相位而言,缸压传感器SW6的检知信号的相位迟滞。本申请发明人等通过研究有了新的发现,即缸压传感器SW6中支撑隔膜的壳体出现破裂或壳体伸长时缸压传感器SW6的检知信号相位出现迟滞。
在此,当缸压传感器SW6的检知信号的相位相较于燃烧室17容积变化所引起的压力变化的相位(即,基准相位)而言出现迟滞超过第1阈值时,诊断部111诊断缸压传感器SW6故障。由此诊断部111就能正确诊断缸压传感器SW6壳体的相关故障。
具体而言,诊断部111判定燃烧室17内达到最高压力(Pmax)时的曲轴转角值(即,判定曲轴转角。参照图9中垂直虚线)。判定曲轴转角相当于基准相位。另外,当缸压传感器SW6信号的最大值对应的曲轴转角值(即,检知曲轴转角。参照图9中垂直实线及虚线)相对于判定曲轴转角而言出现大于第1阈值的偏离时,诊断部111诊断为缸压传感器SW6故障。
判定曲轴转角由诊断部111的基准相位判定部1116判定(参照图8)。在此参照图10说明基准相位判定部1116所执行的Pmax及Pmax对应的曲轴转角值的判定方法。图10是判定Pmax及Pmax对应的曲轴转角值的运算模块。
首先就Pmax的判定进行说明。基准相位判定部1116接受进气凸轮位置传感器SW13的检知信号,确定进气门21的关闭正时(即,进气门21关闭的曲轴转角)。另外,基准相位判定部1116还根据发动机转数及缸内空气量校正确定的关闭正时。基准相位判定部1116基于预先设定的映射或模型对关闭正时进行补正。如上所述,进气门21的关闭正时相当于燃烧室17内的压缩开始时间点。压缩开始时间点变化则Pmax对应的曲轴转角也会变化。在判定Pmax及Pmax对应的曲轴转角的值时,通过考虑进气门21的关闭正时能够提高Pmax及Pmax对应的曲轴转角值的判定精度。
然后,基准相位判定部1116运算出进气门21关闭时间点(IVC)处燃烧室17的容积(即,缸内容积V1)。基准相位判定部1116基于所确定的进气门21关闭正时以及预先设定的映射或模型运算出缸内容积V1。另外,基准相位判定部1116运算出活塞3到达压缩上止点(TDC)时燃烧室17的容积(即,缸内容积V2)。基准相位判定部1116基于所述映射或模型运算出缸内容积V2。
基准相位判定部1116基于缸内容积V1及缸内容积V2运算出自压缩开始起至到达压缩上止点止燃烧室17的容积变化比例(V1/V2)。然后基准相位判定部1116进行燃烧室17的容积变化比例(V1/V2)与燃烧室17内气体(即,空气)比热比的乘方运算((V1/V2)γ)。假定燃烧室17内气体进行多方状态变化,基准相位判定部1116判定Pmax。基准相位判定部1116乘以基于进气压传感器SW5的检知信号的进气歧管压力P1来判定Pmax(Pmax=P1*(V1/V2)γ)。
下面说明如何判定Pmax对应的曲轴转角值。基准相位判定部1116基于按照上述步骤所判定的Pmax判定Pmax对应的曲轴转角值。具体而言,基准相位判定部1116根据所判定的Pmax运算出该Pmax处的缸内温度。然后,依据运算出的缸内温度与发动机转数按照预先设定的映射,基准相位判定部1116判定Pmax对应的曲轴转角(即,判定曲轴转角)。
在不使用缸压传感器SW6检知信号的情况下,基准相位判定部1116判定燃烧室17内最高压力(Pmax)及Pmax对应的曲轴转角,因此即使缸压传感器SW6出现了故障也能够不受影响地对Pmax及Pmax对应的曲轴转角进行正确判定。这有利于提高缸压传感器SW6故障诊断的正确度。
另外,基准相位判定部1116还根据发动机1的运行状态相应地校正(参照图9虚线箭头)如上判定出的Pmax对应的曲轴转角(即,判定曲轴转角)。图11是判定曲轴转角补正值的示例。与发动机1转数低时相比,当发动机1转数高时,基准相位判定部1116判定曲轴转角提前。发动机转数的高低导致冷却损失变化。发动机转数高则冷却损失少,发动机转数低则冷却损失多。冷却损失的多少导致最高压力Pmax对应的曲轴转角变化。基准相位判定部1116进行补正,使发动机1转数高时与转数低时相比判定曲轴转角提前,由此就能精确判定Pmax对应的曲轴转角。
另外,与燃烧室17内空气量少时相比,当燃烧室17内空气量多时,基准相位判定部1116判定曲轴转角提前。燃烧室17内空气量多时,在燃烧室17压缩过程中从活塞环衔接处泄露地更多。泄露损失的多少也会导致最高压力Pmax对应的曲轴转角变化。基准相位判定部1116进行补正使燃烧室17内空气量多时与空气量少时相比判定曲轴转角提前,由此就能精确判定Pmax对应的曲轴转角。
另外,这里基准相位判定部1116是根据发动机1的运行状态校正判定曲轴转角,也可以根据故障判定部1112与发动机1的运行状态改变用于故障判定的第1阈值(参照图9),以此取代对判定曲轴转角的校正。
具体而言,与发动机1转数低时相比,当发动机1转数高时,故障判定部1112减小第1阈值。如上所述,发动机转数高则冷却损失少,燃烧室17的容积变化所引起的压力变化的相位提前,因此缸压传感器SW6的检知信号相位也会提前。因此,即使缸压传感器SW6出现了故障,相对于判定曲轴转角而言检知信号的相位迟滞较小。使发动机1转数高时与转数低时相比第1阈值更小,就能对缸压传感器SW6的故障进行正确判定。
另外,故障判定部1112使燃烧室17内空气量多时与空气量少时相比第1阈值小。当燃烧室17内空气量多则泄露损失多时,燃烧室17的容积变化所引起的压力变化的相位提前,因此缸压传感器SW6检知信号的相位也会提前。使燃烧室17内空气量多时与空气量少时相比第1阈值更小,由此就能正确判定缸压传感器SW6的故障。
(缸压传感器的故障例2)
图12是缸压传感器SW6正常时输出的检知信号与缸压传感器SW6故障时输出的检知信号的示例。图12横轴是曲轴转角,图12纵轴是燃烧室17内的压力(即,相当于缸压传感器SW6的检知信号)。
如上所述,发动机1断燃料运行期间燃烧室17内的压力随燃烧室17的容积变化而变化。燃烧室17内的压力在压缩上止点附近最大(Pmax),且以最大压力Pmax对应的曲轴转角为中央对称或大致对称。如果缸压传感器SW6正常,则与燃烧室17内的压力变化相对应地,缸压传感器SW6的检知信号以压缩上止点附近为中央对称或大致对称。而缸压传感器SW6出现故障的话,则缸压传感器SW6的检知信号中与压缩上止点前即压缩冲程中信号值相比,压缩上止点后即做功冲程中信号值变小。本申请发明人等通过研究得出新发现,即绝缘部712出现绝缘异常时缸压传感器SW6的信号值变小。
在此,基于缸压传感器SW6的检知信号,在比压缩上止点提前特定曲轴转角的时间点(-α°CA)处缸压传感器SW6的检知信号的值(即,最高点前信号值)与比压缩上止点滞后相同特定曲轴转角的时间点(+α°CA)处缸压传感器SW6的信号值(即,最高点后信号值)之差大于第2阈值时,诊断部111诊断为缸压传感器SW6故障。特定曲轴转角例如可以设定为60°CA左右。这样能提高故障诊断的正确度。
为提高故障诊断的正确度,故障判定部1112根据发动机1的运行状态相应地改变用于故障判定的第2阈值。图13是发动机转数与第2阈值的关系示例。故障判定部1112使发动机1转数高时与转数低时相比第2阈值更小。发动机转数高则冷却损失少,因此压缩上止点后燃烧室17内的压力更高。因为缸压传感器SW6的检知信号会增大,因此使第2阈值更小能提高故障诊断的正确度。
另外,当发动机1转数在一定转数NE以上时,故障判定部1112使发动机转数越高第2阈值越大。这是本申请发明人等研究得到的结果。
另外,故障判定部1112使燃烧室17内空气量多时与空气量少时相比较第2阈值更大。燃烧室17内空气量多时,压缩冲程中从活塞3衔接处泄露更多,压缩上止点后燃烧室17内的压力变低。故障判定部1112进行补正使燃烧室17内空气量多时与空气量少时相比第2阈值更大,这样就能正确进行缸压传感器SW6的故障诊断。
(缸压传感器的故障诊断步骤)
图14A及14B是故障诊断装置100执行的缸压传感器SW6的故障诊断步骤的流程图。开始后的步骤S1中,故障诊断装置100读取各传感器SW1~SW17的检知信号。接下来的步骤S2中,发动机控制部112判定减速断燃料条件是否成立。具体而言,发动机控制部112基于油门开度传感器SW12的检知信号判定油门开度是否变为0。油门开度变为0、减速断燃料条件成立时,处理流程进入步骤S3。减速断燃料条件不成立时,处理流程返回。
步骤S3中,发动机控制部112基于水温传感器SW10的检知信号判定发动机水温是否超过一定值。发动机水温超过一定值则执行断燃料。如果发动机水温不超过一定值则不执行断燃料。步骤S3判定是时,处理流程进入步骤S4。步骤S3判定否时处理流程返回。
步骤S4中,发动机控制部112判定EGR阀54的开度是否为0或几乎为0。EGR阀54在断燃烧中关闭。步骤S4判定是时,处理流程进入步骤S5,步骤S4判定否时,处理流程返回。
步骤S5中,发动机控制部112通过喷油器6停止对发动机1的燃料供应(即,断燃料)。接下来的步骤S6中,发动机控制部112通过进气S-VT23使进气门21的气门正时变为断燃料运行中所设定的目标气门正时。
步骤S7中,发动机控制部112判定减速断燃料的中止条件是否成立。例如,发动机转数过低时使断燃料中止。另外,油门开度超过0则断燃料中止。步骤S7判定是时,处理流程进入步骤S8,发动机控制部112使减速断燃料中止。步骤S7判定否时,处理流程进入步骤S9。
发动机1进行断燃料运行的步骤S9~步骤S24相当于诊断部111执行缸压传感器SW6的故障诊断的步骤。
步骤S9中,诊断部111的气门正时判定部1115判定进气门21的关闭正时是否为目标正时或几乎为目标正时。步骤S9判定为否的期间内处理流程重复步骤S9。限制部1113限制故障判定部1112的故障诊断的执行。步骤S9判定是则处理流程进入步骤S10。
步骤S10中,诊断部111的延迟判定部1114判定从断燃料开始起是否已经过延迟周期。在此,图15中上图151表示发动机转数与延迟周期的关系。延迟周期与发动机转数高低无关,是固定的。经过一定次数的循环能使各燃烧室17至少进行一次气体更换,各燃烧室17内的环境变稳定。
另外,如上所述,延迟判定部1114也可以测量时间以代替对发动机1循环数的计数。图15的下图152是发动机转数与延迟时间的关系示例。发动机转数越高则延迟时间越短。因为发动机转数越高则1循环所需要的时间越短。
返回图14A的流程,步骤S10判定否时处理流程重复步骤S10。限制部1113限制故障判定部1112的故障诊断的执行。步骤S10判定为是则处理流程进入步骤S11。
限制部1113限制缸压传感器SW6的故障诊断,直至进气门21的关闭正时成为目标正时、从断燃料开始经过了延迟周期(或延迟时间)这两个条件成立。如此,在燃烧室17内处于相同状态时,故障判定部1112能够进行缸压传感器SW6的故障诊断,因此能提高故障诊断的正确度。
步骤S11中,诊断部111的读取部1111读取缸压传感器SW6的检知信号。步骤S11以后,处理流程分为步骤S12~步骤S17构成的第1处理流程、步骤S18~步骤S22构成的第2处理流程。第1处理流程与第2处理流程并列进行。
步骤S12中,诊断部111的基准相位判定部1116如上所述地基于进气压传感器SW5的检知信号判定燃烧室17内最高压力(Pmax)对应的曲轴转角(判定曲轴转角)。在步骤S12中,基准相位判定部1116还对所判定的曲轴转角进行补正。在步骤S13中,故障判定部1112比较判定曲轴转角和以进气压传感器SW5的检知信号为基础的检知曲轴转角(参照图9)。
在步骤S14中,故障判定部1112判定判定曲轴转角和检知曲轴转角的差是否超过了第1阈值。如果超过了第1阈值则认为缸压传感器SW6故障,因此处理流程进入步骤S15,故障判定部1112使第1故障判定计数加1。如果曲轴转角差没有超过第1阈值则认为缸压传感器SW6没有故障,因此处理流程进入步骤S16,故障判定部1112使第1故障判定计数为0。
然后,在步骤S17中故障判定部1112判定第1故障判定计数是否超过一定值。例如,一定值可以是3~5左右。步骤S17判定否时,处理流程返回。步骤S17判定是时,处理流程进入步骤S23。即,当故障判定部1112连续数次判定缸压传感器SW6故障时,故障判定部1112在步骤S23中诊断为缸压传感器SW6故障。基于数次判定来诊断缸压传感器SW6的故障,由此能抑制错误诊断。
关于第2处理流程,如图12所示,故障判定部1112在步骤S18比较最高点前信号值与最高点后信号值,在接下来的步骤S19中故障判定部1112判定最高点前信号值与最高点后信号值之差是否大于第2阈值。步骤S19判定是时处理流程进入步骤S20,故障判定部1112使第2故障判定计数加1。步骤S19判定否时处理流程进入步骤S21,故障判定部1112使第2故障判定计数为0。
在步骤S22中故障判定部1112判定第2故障判定计数是否超过一定值。如前所述,一定值例如可以设定在3~5左右。步骤S22判定否时处理流程返回。步骤S22判定是时处理流程进入步骤S23。故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6故障。
接下来的步骤S24中故障判定部1112通过通知部57进行报知。告知用户缸压传感器SW6发生故障。由此对出现故障的缸压传感器SW6进行更换等。
(时间图表)
图16是缸压传感器SW6的故障诊断装置100按照图14A及14B的流程图进行缸压传感器SW6的故障诊断时的各参数变化的示例时间图表。图16横轴表示时间的经过。
首先汽车行驶中驾驶人员将已被踩下的油门踏板复位,由此油门开度逐渐变小,在时刻t1处油门开度变为0(参照波形161)。EGR阀54的开度与油门开度一起逐渐变小,在时刻t1处EGR阀54的开度也变为0(参照波形162)。另外,虽然图16中没有显示,但是发动机1的水温已经超过一定值,能够减速断燃料。F/C标记如波形163所示地在时刻t1处从0变为1。F/C标记变为1则发动机控制部112停止燃料供应。因此时刻t1以后发动机1进行断燃料运行。
进气门21的关闭正时变为预先设定的目标正时。根据变化前的关闭正时与目标正时之间的相位差的不同,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间也会改变。相位差大时,如波形164中实线所示,进气门21的关闭正时变为目标正时所需要的时间长。相位差小时,如波形164中点划线所示,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间短。
如波形165所示,断燃料开始后延迟判定部1114开始对循环进行计数。延迟周期例如可以是7~9循环。图16例中在时刻t2处经过延迟周期。
在此将延迟周期设定在进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的最长时间(t3-t1)与最短时间(t3’-t1)之间。缸压传感器SW6的故障诊断在发动机1进行断燃料运行期间进行。发动机1结束断燃料运行后不能进行缸压传感器SW6的故障诊断。想要调高缸压传感器SW6的故障诊断频率的话宜在停止对发动机1的燃料供应后迅速进行故障诊断。使延迟周期尽可能少有利于提高诊断频率。相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需要的最长变化时间而言使延迟周期的经过时间更短,这样有利于提高故障诊断频率。
而使延迟周期的经过时间相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需的最短变化时间而言更长会使燃烧室17内状态稳定化,因此有利于提高故障诊断的正确度。通过对延迟周期(或延迟时间)进行调整就能提高故障诊断的正确度并提高故障诊断频率。
在图16示例中,时刻t3处经过延迟周期及进气门21的气门正时成为目标气门正时这两个条件成立。故障诊断的执行标记如波形166所示在时刻t3处从0变为1,故障判定部1112执行缸压传感器SW6的故障判定。
另外,图16示例中,当进气门21的气门正时成为目标正时的时刻早时(为时刻t3’),故障诊断的执行标记如波形166中点划线所示在时刻t2处从0变为1。
然后,时刻t4处驾驶人员踩下油门踏板,由此导致油门开度大于0后断燃料中止,因此F/C标记变为0。与此同时,缸压传感器SW6的故障诊断也中止,因此故障诊断执行标记也成为0。
(其他实施方式)
图17是缸压传感器SW6的故障诊断所涉及流程的变形例。图17的步骤S14~S28置换图14B的步骤S14~S24。
首先在步骤S14中,如果诊断部111判定曲轴转角差大于第1阈值则处理流程进入步骤S151,如果判定曲轴转角差在第1阈值以下则处理流程进入步骤S161。
在步骤S151中故障判定部1112认为缸压传感器SW6出现故障,因此第1故障判定计数加1,第1正常判定计数减1。而步骤S161中故障判定部1112认为缸压传感器SW6没有出现故障,因此第1故障判定计数减1,第1正常判定计数加1。
接下来的步骤S171中故障判定部1112判定第1故障判定计数是否超过一定值。步骤S171判定是时处理流程进入步骤S23。即,因为缸压传感器SW6判定为故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定没有故障的频率而言更高,因此故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6故障,在接下来的步骤S24中故障判定部1112通过通知部57进行报知。
而步骤S171判定否时处理流程进入步骤S25。步骤S25中故障判定部1112判定第1正常判定计数是否超过一定值。步骤S25判定是时处理流程进入步骤S26。因为缸压传感器SW6被判定没有故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定为故障的频率高,所以故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6没有故障,使第1故障判定计数成为0。另外,故障判定部1112还使第1正常判定计数变为0。当步骤S25判定否时处理流程返回。
步骤S19中故障判定部1112判定夹着压缩上止点的前后信号值差是否超过第2阈值,当信号值差超过第2阈值时处理流程进入步骤S201。而当信号值差未超过第2阈值时处理流程进入步骤S211。
步骤S201中故障判定部1112使第2故障判定计数加1,并使第2正常判定计数减1。而在步骤S211中故障判定部1112使第2故障判定计数减1,并使第2正常判定计数加1。
步骤S221中故障判定部1112判定第2故障判定计数是否超过一定值。步骤S221判定是时,因为缸压传感器SW6被判定故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定没有故障的频率更高,所以故障判定部1112在步骤S23中诊断为缸压传感器SW6故障。接下来的步骤S24中故障判定部1112通过通知部57进行报知。
而当步骤S221判定否时,处理流程进入步骤S27。步骤S27中故障判定部1112判定第2正常判定计数是否超过一定值。当第2正常判定计数已超过一定值时处理流程进入步骤S28。因为缸压传感器SW6被判定为没有故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定为故障的频率更高,所以故障判定部1112在步骤S28中判定缸压传感器SW6没有故障。故障判定部1112使第2故障判定计数变为0,并使第2正常判定计数变为0。而步骤S27判定否时处理流程返回。
如上所述,利用正常判定计数、故障判定计数这两种计数来对缸压传感器SW6的故障进行诊断,这样故障诊断装置100能够防止错误诊断。
另外,在此公开的技术其用途不限于以上结构的发动机1。发动机1可采用各种结构。
编号说明
1 发动机
100 故障诊断装置
111 诊断部
112 发动机控制部
1111 读取部
1112 故障判定部
1113 限制部
1114 延迟判定部
1115 气门正时判定部
1116 基准相位判定部
17 燃烧室
23 进气S-VT(可变机构)
25 火花塞(点火部)
3 活塞
6 喷油器(燃料喷射部)
SW1 空气流量传感器(测量部)
SW2 第1进气温度传感器(测量部)
SW3 第1压力传感器(测量部)
SW4 第2进气温度传感器(测量部)
SW5 进气压传感器(测量部)
SW6 缸压传感器(测量部)
SW7 排气温度传感器(测量部)
SW8 linearO2传感器(测量部)
SW9 LambdaO2传感器(测量部)
SW10 水温传感器(测量部)
SW11 曲轴转角传感器(测量部)
SW12 油门开度传感器(测量部)
SW13 进气凸轮位置传感器(测量部)
SW14 排气凸轮位置传感器(测量部)
SW15 EGR差压传感器(测量部)
SW16 燃压传感器(测量部)
SW17 第3进气温度传感器(测量部)

Claims (14)

1.一种缸压传感器的故障诊断装置,包括:
缸压传感器:具有设置于往复式发动机的燃烧室内的隔膜且输出与所述燃烧室内的压力相对应的信号;
诊断部,接受所述缸压传感器的信号输入且基于所述缸压传感器的信号诊断所述缸压传感器的故障;
其中,所述诊断部包括:
读取部,读取特定的曲轴转角范围内所述缸压传感器的信号;
基准相位判定部,判定所述燃烧室的容积变化所引起的压力变化的相位,即基准相位;
故障判定部,当所述读取部读取的所述缸压传感器的信号的相位比所述基准相位判定部判定的所述基准相位的迟滞超过预先设定的阈值时,所述故障判定部判定所述缸压传感器故障。
2.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述读取部读取至少包含压缩上止点在内的所述特定的曲轴转角范围内所述缸压传感器的信号;
所述基准相位判定部判定所述燃烧室内的最高压力对应的曲轴转角的值;
与所述基准相位判定部判定的曲轴转角的值相比,所述缸压传感器的信号的最大值对应的曲轴转角的值偏离超过所述阈值时,所述故障判定部判定所述缸压传感器故障。
3.根据权利要求2所述的缸压传感器的故障诊断装置,还包括:
进气压传感器,输出与进入所述燃烧室的进气的压力相对应的信号;
其中,所述基准相位判定部基于所述进气压传感器的信号判定所述燃烧室内最高压力对应的曲轴转角的值。
4.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述基准相位判定部在所述往复式发动机的转数高时将所述基准相位相较于转数低时提前。
5.根据权利要求2所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述基准相位判定部在所述往复式发动机的转数高时将所述基准相位相较于转数低时提前。
6.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述基准相位判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时将所述基准相位相较于空气量少时提前。
7.根据权利要求2所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述基准相位判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时将所述基准相位相较于空气量少时提前。
8.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述故障判定部在所述往复式发动机的转数高时使所述阈值相较于转数低时更小。
9.根据权利要求2所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述故障判定部在所述往复式发动机的转数高时使所述阈值相较于转数低时更小。
10.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述故障判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时使所述阈值相较于空气量少时更小。
11.根据权利要求2所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述故障判定部在填充于所述燃烧室内的空气量多时使所述阈值相较于空气量少时更小。
12.根据权利要求1至11的任意1项所述的缸压传感器的故障诊断装置,其特征在于:
所述诊断部具有通知部,所述通知部在所述故障判定部判定所述缸压传感器故障时进行报知。
13.根据权利要求1至11的任意1项所述的缸压传感器的故障诊断装置,还包括:
发动机控制部,接受至少包含所述缸压传感器在内的检知部的信号输入,并根据所述检知部的信号控制设置于汽车的所述往复式发动机的运行;
其中,所述发动机控制部在所述汽车的行驶中断燃料条件成立时停止对所述往复式发动机的燃料供应;
所述诊断部在所述发动机控制部停止后对所述往复式发动机供应燃料时执行所述缸压传感器的故障诊断。
14.根据权利要求1所述的缸压传感器的故障诊断装置,还包括:
点火部,设置于所述燃烧室内且接受所述发动机控制部的点火信号,对所述燃烧室内的混合气点火;
关于所述燃烧室内的混合气,一部分混合气通过所述点火部的强制点火而开始伴随有火焰传播的燃烧后,剩余未燃混合气通过自燃进行燃烧;
为使所述未燃混合气在目标时间点自燃,所述发动机控制部在所述目标时间点之前向所述点火部输出所述点火信号;
所述发动机控制部还根据所述缸压传感器的信号推定所述未燃混合气自燃的时间点。
CN201910660816.XA 2018-09-03 2019-07-22 缸压传感器的故障诊断装置 Active CN110872984B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-164772 2018-09-03
JP2018164772A JP6988746B2 (ja) 2018-09-03 2018-09-03 筒内圧センサの故障診断装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110872984A true CN110872984A (zh) 2020-03-10
CN110872984B CN110872984B (zh) 2021-10-08

Family

ID=67659607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910660816.XA Active CN110872984B (zh) 2018-09-03 2019-07-22 缸压传感器的故障诊断装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10876488B2 (zh)
EP (1) EP3617486A1 (zh)
JP (1) JP6988746B2 (zh)
CN (1) CN110872984B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113983899A (zh) * 2021-11-22 2022-01-28 中国第一汽车股份有限公司 测试可变气门升程机构的方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5554801A (en) * 1994-06-14 1996-09-10 Unisia Jecs Corporation Diagnosis apparatus and method for a cylinder pressure sensor
US20020073957A1 (en) * 2000-12-19 2002-06-20 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion event indicative parameter dependent control for auto-ignited combustion
US20060086176A1 (en) * 2004-10-05 2006-04-27 Jan Piewek Method for diagnosing an engine control unit and corresponding engine control unit
US20090055074A1 (en) * 2007-08-21 2009-02-26 Honda Motor Co., Ltd. Control for determining a firing timing of an internal-combustion engine
CN101520006A (zh) * 2008-02-26 2009-09-02 马自达汽车株式会社 用于控制内燃发动机的方法和系统
EP2375038A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-12 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Diagnosis device and method using an in-cylinder pressure sensor in an internal combustion engine
CN104185730A (zh) * 2012-04-06 2014-12-03 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制设备
EP2910760A1 (en) * 2012-10-16 2015-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha In-cylinder pressure detection device for internal combustion engine

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2893233B2 (ja) * 1993-12-09 1999-05-17 株式会社ユニシアジェックス 筒内圧センサの診断装置
CN1308586C (zh) * 2001-03-30 2007-04-04 三菱重工业株式会社 内燃机燃烧诊断·控制装置
JP4687640B2 (ja) * 2006-12-14 2011-05-25 株式会社デンソー 燃料噴射制御装置
JP2010106684A (ja) * 2008-10-28 2010-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd エンジンの燃焼制御方法および装置
JP4992892B2 (ja) 2008-12-22 2012-08-08 株式会社デンソー 筒内圧センサの異常診断装置
US8516895B2 (en) * 2009-10-08 2013-08-27 GM Global Technology Operations LLC In-cylinder pressure sensor diagnostic systems and methods
JP2012067682A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Mitsubishi Electric Corp 故障診断システム
JP6006228B2 (ja) * 2011-11-11 2016-10-12 トヨタ自動車株式会社 筒内圧センサの異常診断装置及びこれを備えた筒内圧センサの感度補正装置
JP6268487B2 (ja) * 2014-09-29 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃圧センサ異常診断装置
JP6038102B2 (ja) 2014-11-25 2016-12-07 本田技研工業株式会社 内燃機関の燃焼状態パラメータ算出装置
JP2016125356A (ja) * 2014-12-26 2016-07-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2017227198A (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 トヨタ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの制御装置
JP7044015B2 (ja) * 2018-09-03 2022-03-30 マツダ株式会社 筒内圧センサの故障診断装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5554801A (en) * 1994-06-14 1996-09-10 Unisia Jecs Corporation Diagnosis apparatus and method for a cylinder pressure sensor
US20020073957A1 (en) * 2000-12-19 2002-06-20 Nissan Motor Co., Ltd. Combustion event indicative parameter dependent control for auto-ignited combustion
US20060086176A1 (en) * 2004-10-05 2006-04-27 Jan Piewek Method for diagnosing an engine control unit and corresponding engine control unit
US20090055074A1 (en) * 2007-08-21 2009-02-26 Honda Motor Co., Ltd. Control for determining a firing timing of an internal-combustion engine
CN101520006A (zh) * 2008-02-26 2009-09-02 马自达汽车株式会社 用于控制内燃发动机的方法和系统
EP2375038A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-12 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Diagnosis device and method using an in-cylinder pressure sensor in an internal combustion engine
CN104185730A (zh) * 2012-04-06 2014-12-03 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制设备
EP2910760A1 (en) * 2012-10-16 2015-08-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha In-cylinder pressure detection device for internal combustion engine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113983899A (zh) * 2021-11-22 2022-01-28 中国第一汽车股份有限公司 测试可变气门升程机构的方法
CN113983899B (zh) * 2021-11-22 2024-03-19 中国第一汽车股份有限公司 测试可变气门升程机构的方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3617486A1 (en) 2020-03-04
JP6988746B2 (ja) 2022-01-05
US20200072149A1 (en) 2020-03-05
US10876488B2 (en) 2020-12-29
JP2020037889A (ja) 2020-03-12
CN110872984B (zh) 2021-10-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6558408B2 (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
KR20030030919A (ko) 과급압 가변식 과급장치 및 과급장치의 이상 판정 방법
KR101481931B1 (ko) 엔진의 연소 진단 신호 이상시의 파일럿 분사 타이밍 제어 방법 및 장치
JP2018084175A (ja) 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
US20180135539A1 (en) Control system for internal combustion engine
CN110873001A (zh) 缸压传感器的故障诊断装置
CN110872999B (zh) 缸压传感器的故障诊断装置
JP7139936B2 (ja) エンジンの燃焼制御装置
JP5721378B2 (ja) 多気筒エンジンの診断方法及び診断システム
CN110872984B (zh) 缸压传感器的故障诊断装置
JP7035917B2 (ja) 筒内圧センサの故障診断装置
JP7044014B2 (ja) 筒内圧センサの故障診断装置
JP7399614B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2020101160A (ja) 筒内圧センサの異常診断装置
JP2020101161A (ja) 筒内圧センサの異常診断装置
JP2020169595A (ja) 内燃機関の制御装置および制御方法
EP3670881B1 (en) Abnormality diagnosis device for in-cylinder pressure sensor, engine, method of diagnosing abnormallity of in-cylinder pressure sensor, and computer program product
JP7226262B2 (ja) エンジンの制御装置
JP7056476B2 (ja) 点火プラグの異常判定装置
JP7139962B2 (ja) エンジンの燃焼制御装置
JP2021080841A (ja) エンジンの制御装置
JP2020002930A (ja) エンジンの制御装置
JP2020169574A (ja) 過給機の故障診断装置
JP2020002929A (ja) エンジンの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant