CN111550337B - 内燃机的异常判定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供内燃机的异常判定装置，不受干扰等的影响而高精度地判定内燃机的通气管道的异常。利用通气管道将增压器的上游侧的进气通路与曲轴箱连接起来的内燃机的异常判定装置具备：进气流量检测单元，其检测进气通路的进气流量；和异常判定单元，其判定通气管道的异常。由于异常判定单元计算出进气流量的变动波形的一周二次成分，对一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限阈值的第二次数进行累计，通过将第一次数与第二次数的累计值与曲轴转数进行比较，来判定通气管道的异常，因此能根据不易受到由干扰等造成的内燃机负荷变动的影响的进气流量的变动波形的一周二次成分，高精度地判定通气管道的异常。

Description

内燃机的异常判定装置
技术领域
本发明涉及将增压器的上游侧的进气通路与曲轴箱通过通气管道连接起来的内燃机的异常判定装置。
背景技术
这样的内燃机的异常判定装置在例如下述专利文献1中作为第二实施方式被记载。在通气管道的相对于进气通路的连接部脱落那样的情况下，该内燃机的异常判定装置着眼于该连接部成为进气通路的气柱的开放端部而气柱的谐振频率发生变化，通过监视进气通路的进气流量的脉动的大小来判定通气管道的连接部的脱落。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-078378号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据上述以往的内燃机的异常判定装置，在内燃机的负荷由于干扰等临时变动那样的情况下，由于进气流量的脉动较大地变动，因此，存在对通气管道的连接部的脱落进行误判定的可能性。
本发明正是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于，不受干扰等的影响而高精度地判定内燃机的通气管道的异常。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的，根据技术方案1的发明，提出有一种内燃机的异常判定装置，该内燃机利用通气管道将增压器的上游侧的进气通路与曲轴箱连接起来，其特征在于，所述内燃机的异常判定装置具备：进气流量检测单元，其检测所述进气通路的进气流量；和异常判定单元，其判定所述通气管道的异常，所述异常判定单元计算出所述进气流量的变动波形的一周二次成分，并对所述一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限阈值的第二次数进行累计，通过将所述第一次数与所述第二次数的累计值与曲轴转数进行比较，从而判定所述通气管道的异常。
此外，根据技术方案2的发明，提出有一种内燃机的异常判定装置，其特征在于，在技术方案1所述的结构中，通过将所述进气流量的变动波形与对应于曲轴角速度的正弦波和余弦波相乘而进行积分，从而计算出所述一周二次成分。
另外，实施方式的空气流量计16与本发明的进气流量检测单元对应。
发明效果
根据技术方案1所述的结构，利用通气管道将增压器的上游侧的进气通路与曲轴箱连接起来的内燃机的异常判定装置具备：进气流量检测单元，其检测进气通路的进气流量；和异常判定单元，其判定通气管道的异常。由于异常判定单元计算出进气流量的变动波形的一周二次成分，并对一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限阈值的第二次数进行累计，通过将第一次数与第二次数的累计值与曲轴转数进行比较，来判定通气管道的异常，因此，能够根据不易受到内燃机的因干扰等造成的负荷变动的影响的进气流量的变动波形的一周二次成分，高精度地判定通气管道的异常。
此外，根据技术方案2所述的结构，由于通过将进气流量的变动波形与对应于曲轴角速度的正弦波和余弦波相乘而进行积分，从而计算出一周二次成分，因此，能够简单地计算出进气流量的变动波形的一周二次成分。
附图说明
图1是示出具备通气管道的异常判定装置的内燃机的结构的图。
图2是通气管道的异常判定装置的方框图。
图3是说明活塞的位置随着曲轴的旋转而变化的说明图。
图4是通气管道的异常判定的方法的说明图。
标号说明
12：进气通路
16：空气流量计(进气流量检测单元)
17：增压器
19：曲轴箱
20：通气管道
30：异常判定单元
具体实施方式
下面，根据图1至图4对本发明的实施方式进行说明。
如图1所示，在装载于汽车中的串联四缸的四冲程循环内燃机11的进气通路12上，依次地配置有：空气滤清器15，其从进气的流动方向上游端的进气口13朝向进气的流动方向下游端的进气歧管14将进气中的灰尘除去；空气流量计16，其测定进气流量；增压器17，其由对进气进行加压的涡轮增压机或者机械增压器构成；和节气门18，其使进气通路12缩小来调整进气流量。进气通路12中的被夹在空气流量计16与增压器17之间的位置与内燃机11的曲轴箱19通过通气管道20被连接。此外，进气歧管14与内燃机11的曲轴箱19通过PCV(Positive Crankcase Ventilation：曲轴箱强制通风)管道21被连接，PCV管道21的中间部通过PCV阀22来打开/关闭。
通过使进气中含有的燃料成分的一部分从内燃机11的燃烧室通过活塞和气缸之间的间隙流入到曲轴箱19中而形成的吹漏气通过通气管道20回到进气通路12，或者通过PCV管道21回到进气通路12，从而防止吹漏气中所含的燃料成分向大气中排放。
即，若在增压器17不工作的自然进气时打开PCV阀22时，则大气压作用于节气门18的上游侧的进气通路12，相对于此，内燃机11的进气负压作用于节气门18的下游侧的进气通路12，因此，节气门18的上游侧的进气通路12的进气通过通气管道20流入到曲轴箱19中，并从那里与吹漏气一同通过PCV管道21回到进气歧管14，最终与进气一同被提供到内燃机11的燃烧室中。
此外，在增压器17工作的增压时，增加压作用于增压器17的下游侧的进气通路12，但通过将PCV阀22关闭，从而防止增加压通过PCV管道21向曲轴箱19移动。并且，曲轴箱19的吹漏气通过在工作中的增压器17的上游侧产生的负压被吸出到进气通路12，并从那里与进气一同通过进气通路12被提供到内燃机11的燃烧室中。
另外，在内燃机11增压时，在通气管道20与进气通路12连接的第一连接部23脱落那样的情况下，或者通气管道20与曲轴箱19连接的第二连接部24脱落那样的情况下，从曲轴箱19朝向进气通路12在通气管道20中流动的吹漏气有可能向大气中排放，因此，需要检测这样的通气管道20的异常并发出警报。
如图2所示，在由判定通气管道20的异常的电子控制单元构成的异常判定单元30处连接有空气流量计16和警报单元32。警报单元32由例如设置于仪表盘的液晶面板构成。
下面，对具备上述结构的本发明的实施方式的作用进行说明。
如图3的(A)所示，内燃机11的活塞33通过连结杆34与曲轴35连接，活塞33的高度(活塞33的移动方向上的位置)根据曲轴35的旋转位置和连结杆34的摆动位置而变化。即，由曲轴35的旋转引起的活塞33的高度为相对于曲轴35旋转一周而变动一次的一周一次的变动。另一方面，由连结杆34的摆动引起的活塞33的高度为相对于曲轴35旋转一周而变动两次的一周二次的变动。
如图3的(B)所示，在串联四缸的四冲程循环内燃机11中，#1气缸和#4气缸的活塞33以相同相位进行动作，#2气缸和#3气缸的活塞33以与该相位偏离180°的其它相同相位进行动作，因此，由四个连结杆34的摆动引起的曲轴箱19的内压变动为相对于曲轴35旋转一周而变动两次的一周二次的变动。
若这样地曲轴箱19的内压发生一周二次的变动，则该压力变动通过通气管道20被传递到进气通路12，进气通路12的进气流量发生一周二次的变动。在本实施方式中，根据进气通路12产生的进气流量的一周二次的变动判定通气管道20的异常。
另外，可应用本发明的内燃机11的气缸数量不特别限定，但在V型六气缸内燃机中，由六个活塞33的移动引起的曲轴箱19的内压的压力变动彼此互相抵消，曲轴箱19的内压的变动变得比较小。因此，本发明可适宜应用于串联四缸的内燃机11。
下面，根据图4对通气管道20的异常判定的步骤进行说明。
在通过空气流量计16检测出的进气流用为规定值以上、且内燃机11以规定值以上的负荷运转时执行本实施方式的通气管道20的异常判定。这是因为，在内燃机11在低负荷下运转时，进气通路12的进气流量的变动变小，精度高的异常判定所需的变动量不易得到。
首先，通过空气流量计16检测进气通路12的进气流量的变动。如上所述，由于随着活塞33的移动而在曲轴箱19发生周期性的压力变动，因此，该压力变动通过与曲轴箱19连接的通气管道20被传递至进气通路12而发生进气流量的变动。进气通路12的进气流量的变动包括一周一次成分、一周二次成分和一周三次之后的高次成分，但由于一周三次之后的高次成分小，因此，一周一次成分和一周二次成分是支配性的。
接下来采用带通滤波器，仅提取进气通路12的进气流量的变动中的一周二次成分。从进气通路12的进气流量的变动中仅提取一周二次成分的带通滤波器的原理如下。
[式1]
Figure BDA0002377992420000051
如[式1]所示，若针对各相位将通过空气流量计16检测出的进气通路12的进气流量的变动的任意的波形乘以二次正弦波而得到的值相加，则能够得到所述任意的波形的一周二次成分的X成分，此外，若针对各相位将任意的波形乘以二次余弦波得到的值相加，则能够得到所述任意的波形的一周二次成分的Y成分。
更具体地说明，任意的波形f(t)可通过傅里叶级数展开以正弦波sin(ωt)、sin(2ωt)、sin(3ωt)……以及余弦波cos(ωt)、cos(2ωt)、cos(3ωt)……相加的方式如[式2]那样表达。这里，角频率ω是以与曲轴35的两周对应的720度为一个周期。
[式2]
f＝1+a1sin(ωt)+b1cos(ωt)+a2sin(2ωt)+b2cos(2ωt)+…
若在[式2]中将正弦波sin(ωt)相乘而进行积分，则如[式3]所示，仅该角频率正弦波的傅里叶系数a1留下。
[式3]
Figure BDA0002377992420000061
同样地，若在[式2]中将余弦波cos(ωt)相乘而进行积分，则仅该角频率余弦波的傅里叶系数b1留下，因此，能够根据这些傅里叶系数a1、b1容易地得到任意的波形f(t)的一周二次成分。
在图4中，实线是通气管道20正常时的进气流量的变动的一周二次成分的波形，虚线是通气管道20异常时的进气流量的变动的一周二次成分的波形。由于通气管道20正常时一周二次成分的波形以穿过进气流量的上限阈值和下限阈值的方式变动，因此，对超过上限阈值的第一次数(a点的次数)与低于下限阈值的第二次数(b点的次数)进行计数来累计。上限阈值和下限阈值均为正值，被设定为上限阈值>下限阈值。
并且，将第一次数和第二次数的累计值与跟曲轴转数相应的阈值进行比较，若累计值为阈值以上，则判定为通气管道20正常，此外，若低于阈值，则判定为通气管道20是异常的，使警报单元32进行动作而报知乘坐人员。若通气管道20正常，则进气流量的变动的一周二次成分的振幅足够大，因此，相对于曲轴转数的1转，第一次数和第二次数分别为两次。因此，例如，若设2秒到10秒左右的规定期间的曲轴转数为N，则第一次数和第二次数的累计值为4N，估计检测误差而阈值被设定为稍小于4N的值。
能够根据进气流量的变动的一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限次数的第二次数的累计值判定通气管道20的正常/异常的原因如下。在通气管道20正常而不与大气连通的情况下，曲轴箱12的压力变动直接从通气管道20被传递至进气通路12，进气通路12的进气流量发生一周二次的变动。因此，在通过空气流量计16检测出的进气通路12的进气流量的变动大的情况下，通气管道20不与大气连通，能够判定为是正常的。另一方面，在通气管道20在第一、第二连接部23、24处脱落了的情况下，或者在中间部处破损那样的情况下，通过通气管道20与大气连通，从而进气通路12的进气流量的变动缓和。因此，在检测出的进气流量的变动小的情况下，通气管道20与大气连通，可以判定为是异常的。
然而，在评价进气通路12的进气流量的变动的大小时，若仅在规定时间对进气流量进行累计，则在进气流量跨正值和负值而变动的情况下，正值与负值相抵而无法进行正确的评价。因此，通过如本实施方式这样采用进气流量的变动的一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限阈值的第二次数的累计值，从而能够正确地评价进气流量的变动的大小而进行精读高的异常判定。
此外，当由于干扰等使内燃机11的负荷变动时，进气通路12的进气流量的变动的一周一次成分也变动，但由于一周二次成分几乎不受影响，因此，通过根据一周二次成分进行通气管道20的异常判定，从而能够提高判定精度而防止误判定。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，内燃机11的气缸数量并不限定于实施方式的四缸。
此外，在实施方式中，将通气管道20连接于曲轴箱19，但即使使曲轴箱19的内部空间与气缸盖的内部空间彼此连通并将通气管道20连接于气缸盖，也能够达成本申请发明的作用效果。因此，将通气管道20连接于与曲轴箱19连通的其它空间也包括在本申请发明的技术范围中。
此外，在实施方式中，将进气流量的变动的一周二次成分超过上限阈值的第一次数与低于下限阈值的第二次数统一进行了累计，但也可以这样：将第一次数和第二次数分别进行累计，在第一次数的累计值和第二次数的累计值均低于阈值时判定异常。

Claims (2)

1.一种内燃机的异常判定装置，该内燃机利用通气管道(20)将增压器(17)的上游侧的进气通路(12)与曲轴箱(19)连接起来，该内燃机的异常判定装置特征在于，
该内燃机的异常判定装置具备：
进气流量检测单元(16)，其检测所述进气通路(12)的进气流量；和
异常判定单元(30)，其判定所述通气管道(20)的异常，
所述异常判定单元(30)计算所述进气流量的变动波形的一周二次成分，并对所述一周二次成分超过上限阈值的第一次数和低于下限阈值的第二次数进行累计，通过将所述第一次数和所述第二次数的累计值与曲轴转数进行比较，来判定所述通气管道(20)的异常，
所述一周二次成分是所述进气流量相对于所述内燃机的曲轴旋转一周而变动两次的变动波形。
2.根据权利要求1所述的内燃机的异常判定装置，其特征在于，
通过将所述进气流量的变动波形与对应于曲轴角速度的正弦波和余弦波相乘而进行积分，从而计算出所述一周二次成分。
CN202010073938.1A 2019-02-08 2020-01-22 内燃机的异常判定装置 Active CN111550337B (zh)

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