CN111336011B - 一种汽油机失火监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车控制技术领域，具体地指一种汽油机失火监测方法。对发动机失火监测使能条件进行判断，若使能条件满足，确定发动机失火评价的监测窗口，计算发动机各气缸在监测窗口内的运行时间，基于该运行时间计算发动机的失火粗暴度，将计算结果与设定的粗暴度阈值进行对比，当粗暴度不小于设定的粗暴度阈值时，表明发动机发生失火，否则发动机未发生失火；选取一种适合不同发动机转速和不同发动机负荷下的失火准确性监测的曲轴旋转角度范围，将该曲轴旋转角度范围作为发动机失火评价的监测窗口。本发明使用的监测方法简单、高效，准确性高，具有极大的推广价值。

Description

一种汽油机失火监测方法

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，具体地指一种汽油机失火监测方法。

背景技术

发动机失火是指发动机在运转时，由于没有点火、混合气过稀或过浓、压缩冲程压力低或者其它原因，导致混合气无法燃烧。失火监测是汽油机国五、国六排放法规中OBD系统诊断难点、重点之一，汽油机均需进行失火监测，失火监测需稳定性高、通用性和移植性好。现有的发动机失火监测方法均存在一些缺陷，如专利号为“CN201410106948.5”名为“发动机的失火故障诊断方法”的中国发明专利，该专利介绍的失火监测方法通过曲轴上齿的运动信息，通过监测齿数的加速度变化来确定发动机是否处于失火状态，当齿数小于设定值时，则表明发动机出现失火。还有专利号为“CN201010257882.1”名为“发动机失火故障诊断方法”的中国发明专利，该方法通过发动机各缸压缩上止点、两个依次位于上止点的时间间隔和两个时间间隔的时间差计算加速度特征值，确定发生失火的气缸。以上两种方法都是选定发动机的压缩上止点作为起始点来进行检测，但是因为发动机在压缩上止点时发动机的燃烧并未充分，发动机虽然点火完成，但是发动机一般是在压缩上止点之后的某个位置起燃完成以及缸内压力达到最大值，失火是要判断发动机是否燃烧，如果不是在发动机燃烧时刻进行监测，无法准确进行失火与未失火区分。在压缩上止点开始，发动机转速不是呈现上升的趋势，而是在压缩上止点后的某一角度(点火时刻)。因此，上述两种方法实际上对于失火监测并不准确，对失火监测的窗口不精确。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术提到的技术问题，提供一种汽油机失火监测方法。

本发明的技术方案为：一种汽油机失火监测方法，其特征在于：对发动机失火监测使能条件进行判断，若使能条件满足，依据通过标定获得的用于发动机失火评价的监测窗口，计算发动机各气缸在对应监测窗口内的运行时间，基于该运行时间计算发动机的失火粗暴度，将计算结果与设定的粗暴度阈值进行对比，当粗暴度不小于设定的粗暴度阈值时，表明发动机发生失火，否则发动机未发生失火；

所述监测窗口为气缸压缩上止点后的一段曲轴旋转角度范围；所述气缸在对应监测窗口内的运行时间为曲轴在气缸压缩上止点后的监测窗口内的旋转时间。

进一步的所述标定发动机失火评价的监测窗口的方法为：采集发动机运行过程中的曲轴信号，确定发动机气缸在曲轴信号中的压缩上止点为原点，选取原点后的一段曲轴旋转角度范围作为一个监测窗口标定范围，用不同的监测窗口标定范围进行多次标定测试验证，选取一种适合不同发动机转速和不同发动机负荷下的失火准确性监测的曲轴旋转角度范围，将该曲轴旋转角度范围作为发动机失火评价的监测窗口。

进一步的所述计算发动机的失火粗暴度的方法为：记录同一气缸在连续两次监测窗口内的运行时间的差值，记录与该气缸相邻气缸在连续两次监测窗口内的运行时间的差值，然后计算上述两个差值的差值；所述失火粗暴度为最后获得的差值与发动机转速和负荷计算修正系数r的乘积。

进一步的所述计算发动机的失火粗暴度的方法为：记录发动机连续相邻多个气缸在对应监测窗口内的运行时间并求取平均值，计算连续两次平均值的差值，记录多个气缸中相邻两个气缸在上述监测窗口内的运行时间的差值，然后计算上述两个差值的差值作为发动机的失火粗暴度。

进一步的所述的发动机失火监测使能条件包括：

①进入法规中规定的失火诊断区域；

②没有断油请求；

③档位未变化；

④离合器处于完全接合状态；

⑤非不平整路面；

⑥水温在预设范围内；

⑦诊断过程中节气门开度波动较小；

⑧发动机处在运行状态。

进一步的当档位发生变化后需延迟超过档位变化预设时间才能重新进行激活失火监测；离合器结合后需延迟超过离合器预设时间后重新进行激活失火监测。

进一步的所述水温在预设范围内指水温高于预设水温；所述诊断过程中节气门开度波动较小指节气门在预设节气门时间内的最大开度和最小开度差小于预设节气门开度差。

因为发动机的气缸运行至压缩上止点时，气缸内的燃烧并未充分，气缸虽然点火完成，但气缸内的压力并未达到最大值，一般是在气缸运行至压缩上止点有的某一位置，气缸完成起燃以及缸内压力达到最大值。在压缩上止点开始，发动机转速不是呈现上升的趋势，而是在压缩上止点后(一般为气缸的点火时刻)。本发明标定的监测窗口是位于气缸压缩上止点后的曲轴旋转角度范围，能够确保涵盖气缸完成起燃和缸内压力达到最大值时的运行时间，因此本发明这种监测方法更加准确。

本发明通过标定监测窗口，将监测窗口预存在控制系统内，当需要对发动机进行失火监测时，只需要调用出对应的气缸监测窗口，根据曲轴运行情况，就可以判断出该气缸是否处于失火状况，整各监测方法极为简单、高效和精确。

本发明的发动机失火监测方法选取的监测窗口是位于发动机气缸压缩上止点之后的曲轴旋转角度范围，通过标定监测窗口能够确保整个失火监测的准确性，且本发明使用的监测方法简单、高效，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：第一种计算失火粗暴度方法的示意图；

图2：第二种计算失火粗暴度方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

以某车型的发动机为例，对该车型的发动机进行失火监测首先需要进行监测窗口的标定，选取一个适合不同发动机转速和不同发动机负荷下的失火准确性监测的监测窗口，然后将标定的监测窗口预存在数据系统中，后续对发动机进行失火监测时通过调用该监测窗口来进行。

本实施例标定发动机失火监测窗口的方法为：采集发动机曲轴运转信号，确定运行至气缸压缩上止点时的曲轴旋转角度为原点a0，由于此时气缸运行至压缩上止点并未达到点火时刻，因此需要等曲轴运转到刚好气缸处于点火时刻才能确保整个失火监测的准确性，但由于气缸点火时刻受各种因素的影响，每个气缸的点火时刻不同，因此需要选择多组进行标定；

选取a0之后的一段曲轴旋转角度a1～b1为第一种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围，得到基于该取值范围下的曲轴旋转时间，曲轴从a1开始计时，旋转到b1时停止计时，得到的旋转时间即为该气缸在该曲轴旋转角度取值范围内的运行时间Tn[1]，其中n为气缸序号，比如第一气缸在第一种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围的运行时间为T1[1]，第二气缸在第一种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围的运行时间为T2[1]…依次类推；

然后选择多组标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围，依次存放在数组中，得到i种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围ai～bi，即获得i种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围内的发动机气缸运行时间Tn[i]，n为气缸序号，i为曲轴旋转角度取值范围的种类序号；

分别对处于上述i种标定监测窗口的曲轴旋转角度取值范围内的气缸运行情况进行标定测试验证，选择其中适合不同发动机转速和不同发动机负荷下的失火准确性监测的第m种曲轴旋转角度取值范围作为标定监测窗口，气缸在标定监测窗口内的运行时间为Tn[m]。

将第m中曲轴旋转角度取值范围作为标定的监测窗口预存在失火监测系统的数据库内。以某三缸发动机为例，标定第一气缸的第m种曲轴旋转角度取值范围为90°～190°，即第一气缸运行至压缩上止点后，曲轴继续旋转至90°开始计时，在旋转至190°后停止计时，这个运行时间即为第一气缸在监测窗口内的运行时间；标定第二气缸的第m种曲轴旋转角度取值范围为90°～260°；标定第三气缸的第m种曲轴旋转角度取值范围为90°～200°。实际监测时，根据不同的气缸调用不同气缸标定的监测窗口，通过获取曲轴运转信号，来获取用于评价气缸失火状况的运行时间。

为了保证失火监测准确性，失火监测方法需要在使能条件下进行，剔除失火监测的误判。确定失火监测的使能条件：

1、进入法规中规定的失火诊断区域(轻型汽车污染物排放限值及测量方法，中国第六阶段，GB18352.6-2016))；

2、没有断油请求；

3、档位未变化，且档位发生变化后需延迟0.1s才能激活失火；

4、离合器处于完全接合状态，且离合器结合后需延迟1s后才能激活失火；

5、非不平整路面；

6、水温在预设范围，高于-6℃；

7、诊断过程中节气门开度波动较小(节气门在0.1s内的最大开度和最小开度差小于15％)

8、发动机处在运行状态。

在以上条件满足后，即可进行失火监测。在以上条件不满足时，车辆所处的工况会造成失火误判。如果在诊断过程中，使能条件不满足则终止诊断待下一次诊断条件满足后执行失火诊断。

在使能条件满足后，即可通过预存的监测窗口按照本实施例的失火监测方法进行失火监测分析。本发明是基于监测窗口内发动机运行时间T_n[m]来计算发动机的失火粗暴度，将计算结果与设定的粗暴度阈值进行对比，当粗暴度不小于设定的粗暴度阈值时，表明发动机发生失火，否则发动机未发生失火。本实施例对于发动机失火粗暴度的计算方法有两种：

第一种，记录同一气缸在连续两次监测窗口内的运行时间T_n[m]，计算连续两次运行时间T_n[m]的差值T_n[m]diff，然后再计算连续两个气缸的T_n[m]diff的差值得到T_n[m]Totaldiff，所述失火粗暴度为T_n[m]Totaldiff与发动机转速和负荷计算修正系数r的乘积。

如图1所示，本实施例以三缸机为例，三缸机包括第一气缸、第二气缸和第三气缸，第一气缸在对应第一气缸的第一个监测窗口内的运行时间为t11，在第二个监测窗口内的运行时间为t12，则第一气缸的连续两个监测窗口内的运行时间的差值为t12-t11。同样的，第二气缸在对应第二气缸的第一个监测窗口内的运行时间为t21，在第二个监测窗口内的运行时间为t22，则第二气缸的连续两个监测窗口内的运行时间的差值为t22-t21。计算连续相邻气缸第一气缸和第二气缸的T_n[m]diff的差值为(t22-t21)-(t12-t11)，那该三缸机的第二气缸发动机失火粗暴度即为r*[(t22-t21)-(t12-t11)]。将第二气缸的失火粗暴度与其对应的粗暴度阈值比较，如果粗暴度超过其对应的粗暴度阈值，则第二气缸发生失火。其他气缸的判断方法相同

其中r是发动机转速和负荷计算修正系数，修正系数r的确定方法如表1所示。

表1：修正系数r与发动机转速和负荷的对照表

根据发动机转速、负荷、水温、点火效率确定最终的失火粗暴度阈值(在一定水温和点火效率下台架标定不同转速和负荷下的阈值，然后在实车上于不同水温和负荷下补偿粗暴度阈值)。如果粗暴度不小于粗暴度阈值，则表明当前发动机失火发生，否则当前发动机失火未发生。

第二种：记录发动机连续相邻多个气缸在对应监测窗口内的运行时间并求取平均值，计算连续两次平均值的差值，记录多个气缸中相邻两个气缸在上述监测窗口内的运行时间的差值，然后计算上述两个差值的差值作为发动机的失火粗暴度。

如图2所示，以三缸发动机为例，(三缸发动机燃烧顺序为1-2-3-1-2-3…即1缸燃烧后2缸燃烧做功然后第3缸燃烧做功，然后重复以上顺序)，即在同一个周期内，取三个气缸的Tn[m]的平均值，如图2所示，第一气缸在对应第一气缸的第一个监测窗口内的运行时间为t11，在第二个监测窗口内的运行时间为t12；第二气缸在对应第二气缸的第一个监测窗口内的运行时间为t21，在第二个监测窗口内的运行时间为t22；第三气缸在对应第三气缸的第一个监测窗口内的运行时间为t31，在第二个监测窗口内的运行时间为t32。

则求取三个气缸的运行时间的平均值为1/3(t11+t21+t31)和1/3(t21+t31+t12)，计算时间差t31-1/3(t11+t21+t31)和t12-1/3(t21+t31+t12)，将[t12-1/3(t21+t31+t12)]-[t31-1/3(t11+t21+t31)]作为第一气缸的粗暴度。其他气缸的粗暴度计算方法相同。

最终失火粗暴度的确定方法如下，失火(通过失火发生器设置失火)时的粗暴度作为该工况下的粗暴度阈值：

在失火监测窗口区域内的任意工况下，粗暴度在没有失火和失火发生时的计算值组成统计数据分别为S1和S2，假设它们均满足正态分布，则一个有效的平均失火粗暴度计算算法应当满足以下条件，即三倍标准差原理：

μ₁和μ₂分别为大量数据采样(数据采样不小于50000)得到的该工况下没有发生失火和发生失火时的粗暴度平均值；σ₁和σ₁分别为大量数据采样(数据采样不小于50000)得到的该工况下没有发生失火和发生失火时的粗暴度标准差值；根据该方法确定粗暴度阈值。

第一种方法是可以消除因为不同缸的布置位置造成发动机燃烧情况不同、以及不同缸的制造差异等导致的误差。

第二种方法通过取平均值同样能剔除各缸的差异，但是精确度并无第一种方法方法高，不过由于这种方法需要用于评价失火的连续燃烧次数比第一种方法少，诊断速度更快，提高了IUPR率(在线诊断完成率)。

实际使用时，根据发动机转速和负荷，通过台架标定确定不同转速、负荷下选择以上哪种方法(在同一转速、负荷下，哪种方法更稳定准确性更高选择哪种方法)，比如实例中三缸机采用的是第一种方法。

将两种方法集成在一个控制系统中，仅通过标定选择其中一个方法，便于软件的统一性和可移植性。如果第二种在实际发动机的各缸表现的失火粗暴度计算差异较小，且在测试验证过程中能够准确区分失火与否，则采用该种方法，提高诊断速度，但如果第二种方法存在不稳定性和不准确性，则采用第一种方法。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种汽油机失火监测方法，其特征在于：对发动机失火监测使能条件进行判断，若使能条件满足，依据通过标定获得的用于发动机失火评价的监测窗口，计算发动机各气缸在对应监测窗口内的运行时间，基于该运行时间计算发动机的失火粗暴度，将计算结果与设定的粗暴度阈值进行对比，当粗暴度不小于设定的粗暴度阈值时，表明发动机发生失火，否则发动机未发生失火；

所述监测窗口为气缸压缩上止点后的一段曲轴旋转角度范围；所述气缸在对应监测窗口内的运行时间为曲轴在气缸压缩上止点后的监测窗口内的旋转时间；

所述标定发动机失火评价的监测窗口的方法为：采集发动机运行过程中的曲轴信号，确定发动机气缸在曲轴信号中的压缩上止点为原点，选取原点后的一段曲轴旋转角度范围作为一个监测窗口标定范围，用不同的监测窗口标定范围进行多次标定测试验证，选取一种适合不同发动机转速和不同发动机负荷下的失火准确性监测的曲轴旋转角度范围，将该曲轴旋转角度范围作为发动机失火评价的监测窗口；

所述计算发动机的失火粗暴度的方法为：记录同一气缸在连续两次监测窗口内的运行时间的差值，记录与该气缸相邻气缸在连续两次监测窗口内的运行时间的差值，然后计算上述两个差值的差值；所述失火粗暴度为最后获得的差值与发动机转速和负荷计算修正系数r的乘积。

2.如权利要求1所述的一种汽油机失火监测方法，其特征在于：所述的发动机失火监测使能条件包括：

①进入法规中规定的失火诊断区域；

②没有断油请求；

③档位未变化；

④离合器处于完全接合状态；

⑤非不平整路面；

⑥水温在预设范围内；

⑦诊断过程中节气门开度波动较小；

⑧发动机处在运行状态。

3.如权利要求2所述的一种汽油机失火监测方法，其特征在于：当档位发生变化后需延迟超过档位变化预设时间才能重新进行激活失火监测；离合器结合后需延迟超过离合器预设时间后重新进行激活失火监测。

4.如权利要求2所述的一种汽油机失火监测方法，其特征在于：所述水温在预设范围内指水温高于预设水温；所述诊断过程中节气门开度波动较小指节气门在预设节气门时间内的最大开度和最小开度差小于预设节气门开度差。

Images