CN112761790B - 双缸发动机的失火诊断方法以及失火诊断装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双缸发动机的失火诊断方法以及失火诊断装置，其中，所述双缸发动机的失火诊断方法包括：在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角；测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口的平均角加速度；通过两个气缸的平均角加速度差值来判断出双缸发动机在第k次工作循环中是否失火。上述方法不存在因为信号轮制造偏差带来的角度划分不准确的问题，且能够解决双缸发动机的失火诊断中存在的误判和漏判的问题。

Description

双缸发动机的失火诊断方法以及失火诊断装置

技术领域

本发明涉及发动机检测诊断领域，特别涉及一种双缸发动机的失火诊断方法以及失火诊断装置。

背景技术

随着排放法规的不断加严，对于摩托车的OBDII(第二代车载诊断系统)也提出了失火诊断的强制要求；而摩托车主要使用单缸或双缸发动机，其中双缸里面又分为同步双缸和异步双缸(包括V型双缸)。所述同步双缸发动机的两个活塞同时向同一方向运动，且压缩上止点的相位差为360度曲轴角；所述异步双缸发动机的两个活塞向相反方向运动，且压缩上止点的相位差为180度和540度曲轴角度。目前的汽车多缸发动机失火检测方法是在OBD-II实施之初就发展起来的，在该方法中，参考相应的做功冲程，转速传感器信号轮被按做功气缸数分段。通过分段时间计算出做功冲程时的平均曲轴角加速度。对于给定的无失火做功冲程，每个气缸的平均扭矩基本相同，从而产生相同的分段时间，根据分段时间可以计算出每段的平均角加速度，此时基本为0；当发生失火时，由于发动机扭矩减小，相应的分段时间将变长，从而可以通过区分曲轴平均角加速度的变化，来从所有气缸中识别出失火气缸。在该方法中，还会应用断油自学习来修正转速传感器齿轮公差，并应用供油自学习来修正与燃烧相关的气缸不均匀性。连续失火可以通过滤波后的气缸转速粗糙度来区分。该方法适用于多缸发动机。

但该方法在异步双缸发动机和V型双缸发动机上应用的效果不佳。首先，由于相邻气缸点火间距不一致，两个失火缸没有一致的比较基准。同时，其中一气缸连续失火时，失火缸自身没有转速波动，同时相邻曲轴转角范围内可供对比的转速波动也不存在，以致没有转速波动信号，所以无法检测到一气缸连续失火的情况。其次，由于异步双缸发动机的做功冲程不是平均分布，而是间隔不均匀，且各气缸所伴随的另一缸的非做功冲程互不相同，使发动机扭矩在曲轴转角范围内波动大，抑制了随机失火检测的信噪比。所以按做功冲程分段的方法在异步双缸发动机和V型双缸发动机上应用，信噪比不佳，容易导致误判。为避免失火误判，就需要提高检测阈值，而这又容易引起失火漏判。第三，摩托车特别是两轮摩托车，若采用断油自学习消除齿轮制造工差、采用供油自学习消除各气缸不均匀性，因技术复杂，需要不同的速度和负荷条件，匹配和检测过程耗时长，在标定和验证过程中，翻车的风险可能危及驾驶员的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双缸发动机的失火诊断方法，以满足双缸发动机随机失火、连续失火检测要求，以及解决双缸发动机失火诊断中存在的误判和漏判的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种双缸发动机的失火诊断方法，包括以下步骤：

步骤S1：在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，所述每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

步骤S2：测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

步骤S3：由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

步骤S4：通过两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m来判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火，所述m为常数。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，所述双缸发动机包括同步双缸发动机、异步双缸发动机和V型双缸发动机。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，所述分段窗口的相位平移范围不高于180度。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，在步骤S2中，采用传感器测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间，且所述传感器与所述双缸发动机的曲轴连接。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环和第k+n次工作循环中所占用的时间计算出该分段窗口在第k次循环中的平均角加速度α(k)，所述α(k)＝A[ts(k+n)-ts(k)]|/ts³(k+n)，其中，A为常数。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，所述分段窗口还可包括该气缸的做功冲程相邻的压缩冲程和/或排气冲程中全部或部分曲轴转角。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，所述工作循环包括：进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，当所述双缸发动机为同步双缸发动机时，在步骤S4中，当所述差值m的绝对值不超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中未出现失火；当所述差值m的绝对值超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中出现失火。

可选的，在所述的双缸发动机的失火诊断方法中，当所述双缸发动机为异步双缸发动机或者V型双缸发动机时，根据转速、负荷和发动机温度构造修正脉谱图，并在给定工况下标定，对得到的差值m进行修正，当所述修正后的差值m的绝对值不超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次点火循环中未出现可识别的失火；当所述修正后的差值m的绝对值超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次点火循环中出现失火。

为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明还提供了一种双缸发动机失火诊断装置，包括：分段窗口选取单元、测量单元、平均角加速度计算单元和判断单元，其中，

所述分段窗口选取单元用于在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，所述每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

所述测量单元用于测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

所述平均角加速度计算单元用于由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

所述判断单元用于通过两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m来判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火，所述m为常数。

综上所述，本发明提供的双缸发动机的失火诊断方法，通过选择分段窗口，并通过两个气缸分段窗口所对应的平均角加速度比较，通过比较的差值来判断出双缸发动机是否失火。即所述的两个气缸所选择的分段窗口始终对应于信号轮的同一齿段位置，因此并不存在因为信号轮制造偏差带来的角度划分不准确的问题，消除了因为分段角度不准确所带来的高转速工况可能会错误判断的隐患，而且可以不使用复杂的角度偏差学习。基于双缸机的相互比较，克服了各气缸不均匀的影响，可以不使用供油自学习。而通过两个气缸的分段窗口的平均角加速度的差值可以判断出双缸发动机是否失火以及是否存在单缸的连续失火，从而能够对双缸发动机是否失火进行诊断，能够解决双缸发动机，尤其是非对称双缸发动机的失火诊断中存在的误判和漏判的问题，同时也能够解决单缸连续失火的检测问题。

附图说明

图1是本发明一实施例中的一种双缸发动机的失火诊断方法流程图；

图2和图3是同步双缸发动机的分段窗口选择示意图；

图4和图5是异步双缸发动机的分段窗口选择示意图；

图6是V型双缸发动机的分段窗口选择示意图；

图1至图6中：

1-第一气缸的分段窗口，2-第二气缸的分段窗口。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的双缸发动机的失火诊断方法及诊断装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

现有的多缸机的失火诊断采用的方法是根据气缸数，对整个循环按照曲轴相位进行均匀分段，每段相位持续角对应一个气缸的做功表现；因为做功是均匀分布的，每个分段时间也是和每个气缸对应的，根据每个分段时间计算出每个分段的加速度，通过比较不同分段的加速度判断多缸发动机是否发生失火，进一步可以判断多缸发动机的哪一气缸发生失火。

连续失火可以通过滤波后的气缸转速粗糙度来区分，该方法适用于多缸发动机。但该方法在异步双缸发动机上效果不佳，存在以下缺陷：

首先，由于相邻气缸点火间距不一致，两个失火缸没有一致的比较基准。同时，其中一气缸连续失火时，失火缸自身没有转速波动，同时相邻曲轴转角范围内可供对比的转速波动也不存在，以致没有转速波动信号，所以无法检测到一气缸连续失火的情况。

其次，由于异步双缸发动机的做功冲程不是平均分布，而是间隔不均匀，例如第一气缸做功冲程时第二气缸在压缩冲程，第二气缸做功冲程时第一气缸在排气冲程，扭矩存在固有的不平衡，各气缸所伴随的另一缸的非做功冲程互不相同，使发动机扭矩在曲轴转角范围内波动大，抑制了随机失火检测的信噪比。所以按做功冲程分段的方法在异步双缸发动机和V型双缸发动机上应用，信噪比不佳，容易导致误判。为避免失火误判，就需要提高检测阈值，而这又容易引起失火漏判。

第三，摩托车特别是两轮摩托车，若采用断油自学习消除齿轮制造工差、采用供油自学习消除各气缸不均匀性，因技术复杂，需要不同的速度和负荷条件，匹配和检测过程耗时长，在标定和验证过程中，翻车的风险可能危及驾驶员的安全。

基此，本发明的核心思想在于提供一种双缸发动机的失火诊断方法，通过两个气缸的分段窗口的划分，结合平均角加速度的计算和比较方法，依据两个气缸的分段窗口在同一工作循环中的平均角加速度差值，能够准确判断出双缸发动机是否失火以及哪一气缸发生失火，从而能够解决双缸发动机，尤其是非对称两缸机的失火诊断中存在的误判和漏判的问题，同时也能够解决双缸发动机中一缸连续失火的检测问题。

所述双缸发动机的失火诊断方法参阅图1，包括以下步骤：

步骤S1：在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，所述每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

步骤S2：测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

步骤S3：由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

步骤S4：通过两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m来判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火，所述m为常数。

在步骤S1中，所述双缸发动机可以包括同步双缸发动机、异步双缸发动机和V型双缸发动机，即所述双缸发动机可以为任意角度的双缸发动机。所述双缸发动机优选具有四个冲程，包括吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，所述双缸发动机的曲轴旋转两圈完成一个工作循环。

在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的对应的信号轮物理起始位置相同或者起始相位差为360度曲轴角。即所述两个气缸的分段窗口的起始相位和终止相位相同，或者起始相位之间相差360度曲轴角，则终止相位之间也相差360度曲轴角，即所述两个气缸的分段窗口对应于信号轮的同一齿段位置。

在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口。区分两个独立气缸的点火间隔，按点火间隔相差360度、相差180度/540度、相差非180度整数倍三种情况分别划分分段窗口的起点和终点。且所述两个气缸的分段窗口的起始相位之间相差360度曲轴角，即在每次工作循环中，所述双缸发动机的曲轴连接的传感器的信号轮上选取起始相位差为360度，终止相位也差360度作为两个气缸的分段窗口。例如，所述分段窗口的持续角度为180度时，对于60-2齿的转速信号轮来说，第一气缸的分段窗口从第k个齿为起始相位，以第k+30个齿为终止相位，第二气缸的分段窗口从第k+60个齿为起始相位，以第k+90个齿为终止相位，因此，两个气缸的分段窗口对应着信号轮的同一段齿位置。并不存在因为信号轮制造偏差带来的角度划分不准确的问题，消除了因为分段角度不准确所带来的高转速工况下计算的角加速度波动，导致信噪比差，可能会错误判断的隐患，而且可以不使用复杂的齿轮角度偏差学习。

对于点火间隔360度曲轴转角的同步双缸发动机，所述分段窗口包括的做功冲程可以为所述做功冲程的一部分，也可以为所述做功冲程的整个过程。除此之外，所述分段窗口还可以包括压缩冲程和排气冲程中的部分或者全部，即所述分段窗口可以仅包括做功冲程，也可以同时包括其他冲程，因此，分段窗口不一定和做功冲程完全对应，根据实际需求，可以在一定范围内变动。所述分段窗口可以根据实际的分段窗口和转速波动的相关性的表现情况进行调整。

所述分段窗口的起点和持续角度可以根据做功间隔规律进行调整，为了降低两个气缸因角度重叠带来的互相影响，其分段窗口的持续角度不超过360度。即避免在一个分段窗口中包含两个做功冲程，以避免出现一个气缸失火影响两个气缸的角加速度情形。

在分段窗口覆盖对应的做功冲程情况下，所述分段窗口可以在一定范围内进行相位平移，即所述分段窗口的相位可以在一定范围内移动。

在步骤S2中，测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间ts的具体方法为：采用传感器测量每次工作循环中所述分段窗口对应的信号轮的起始相位和终止相位对应的时间点，且所述传感器与所述双缸发动机的曲轴连接。

在步骤S3中，可以通过每个气缸的分段窗口在两次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口的平均角加速度。优选的，两次工作循环为相邻或间隔的两次工作循环。例如，计算第一气缸的分段窗口在第k次点火循环的平均角加速度，采用相邻的两次工作循环时，以第k次工作循环和第k-1次工作循环为例，α(k)＝A[ts(k-1)-ts(k)]|/ts³(k)；以第k次工作循环和第k+1次工作循环为例，α(k)＝A[ts(k)-ts(k+1)]|/ts³(k)。采用相间隔的两次工作循环时，以第k次工作循环和第k-2次工作循环为例，α(k)＝A[ts(k-2)-ts(k)]|/ts³(k)。所述平均角加速度α＝dw/dt，而采用一般的平均角加速度的推导方法可以得到，所述平均角加速度与所述分段窗口所占用的时间构成的函数成正比关系，即所述dw/dt∝n²(k+1)-n²(k)∝1/[ts²(k+1)]-1/[ts²(k)]∝[ts(k)-ts(k+1)]|/ts³(k)，因此，所述α(k)∝[ts(k)-ts(k+1)]|/ts³(k)，即所述α(k)＝A[ts(k)-ts(k+1)]|/ts³(k)。

在步骤S4中，通过两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m来判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火，所述m为常数。当所述双缸发动机为同步双缸发动机时，若所述差值m的绝对值不超过标定的阈值，则所述双缸发动机的气缸在第k次循环中未出现失火。当所述双缸发动机为异步双缸发动机或者V型双缸发动机时，需要根据转速、负荷和发动机温度等参数构造修正脉谱图，并在给定工况下标定。所述修正脉谱图为未发生失火时的各工况下的发动机两气缸的分段窗口对应的平均角加速度差值，即测量出未发生失火时的每一工况下的两气缸的分段窗口的平均角加速度差值，即正常值，然后将本实施例中计算得到的差值m与脉谱图中相同工况下的正常值进行相减得到一Δ值(即修正后的差值m)，通过Δ值的绝对值是否超过标定的阈值可以判断发动机是否发生失火。若所述Δ值的绝对值不超过标定的阈值，则所述气缸未检测出失火；若Δ值的绝对值超过标定的阈值，则所述发动机的气缸发生失火。所述脉谱图的标定过程不受轮齿偏差的干扰，也不需要进行供油自学习，因此，上述标定方法简单明确，易操作。

本发明提供的双缸发动机的失火诊断方法是通过两个气缸的分段窗口在同一工作循环中的平均角加速度的差值判断双缸发动机的气缸是否失火的，其原理如图2至图6所示。根据动力学方程，双缸发动机曲轴旋转的平均角加速度＝总体力矩/双缸发动机旋转部件的转动惯量(I)，其中所受到的总体力矩为动力力矩和阻力力矩的差值，而所述动力力矩主要包括：做功或者膨胀产生的动力矩；所述阻力力矩主要包括：运动件产生的摩擦力矩、负载的阻力矩、压缩冲程的阻力矩、进气冲程的阻力矩以及排气冲程的阻力矩。

参阅图2和图3，所述双缸发动机可以为同步双缸发动机(即点火间隔360/360度曲轴转角的双缸发动机)，所述同步双缸发动机包括第一气缸和第二气缸，且所述双缸发动机中的两个活塞可以在所述第一气缸和第二气缸中保持同步运动状态，即活塞同时上升同时下降。具体为，当所述第一气缸中的活塞向下止点运动进行吸气冲程(或者做功冲程)时，所述第二气缸中的活塞也向下止点运动，进行做功冲程(或者吸气冲程)；当所述第一气缸中的活塞向上止点运动进行压缩冲程(或者排气冲程)时，所述第二气缸中的活塞也向上止点运动，进行排气冲程(或者压缩冲程)。

当所述同步双缸发动机分段窗口的持续角为360度时，所述第一气缸和第二气缸的分段窗口的选取只要满足所述两个气缸的分段窗口对应于信号轮的同一齿段位置，以及包括做功冲程的部分或者全部即可。例如，图2(图中的虚线框为选中的分段窗口)中所述第一气缸选择的分段窗口1包含压缩冲程和做功冲程，相应的所述第二气缸选择的分段窗口2只能为压缩冲程和做功冲程。图3(图中的虚线框为选中的分段窗口)中所述第一气缸选择的分段窗口1为做功冲程和排气冲程，相应的所述第二气缸选择的分段窗口2只能为做功冲程和排气冲程。即所述第一气缸与所述第二气缸的分段窗口所对应的冲程相同，且对应于信号轮的同一齿段位置，因此可以不使用复杂的齿偏差自学习。基于两缸信号特征相互比较差别的判断方法，也不需要为了消除各气缸燃烧不均匀而进行的供油自学习。

参阅图2，所述两个气缸在一工作循环中的加速度差值用来诊断同步双缸发动机是否失火的原理如下。

在分段窗口1的旋转过程中，所述第一气缸的总扭矩由以下要素共同形成：

T_1总＝T_1做功+T_1压缩+T_2进气+T_2排气+T_负载阻力+T_摩擦力。 (1)

在分段窗口2的旋转过程中，所述第二气缸的总扭矩由以下要素共同

形成：

T_2总＝T_2做功+T_2压缩+T_1进气+T_1排气+T_负载阻力+T_摩擦力。 (2)

其中，所述T₁和T₂分别为第一气缸和第二气缸对应分段的带符号的力矩，且T_x为按等效功率将该力矩分摊到分段窗口持续角上的等效力矩，x为总扭矩、做功冲程、进气冲程、压缩冲程、排气冲程、负载阻力(负载的阻力矩)以及摩擦力(摩擦力矩)，例如：所述T_进气为将进气冲程的阻力矩的作用效果分摊到分段窗口持续角上的等效力矩，而T_2进气为将第二气缸进气冲程的阻力矩的作用效果分摊到分段窗口持续角上的等效力矩。

然后，计算两个气缸的分段窗口的平均角加速度：

第一气缸的分段窗口平均角加速度为：

α1＝T_1总/I＝(T_1做功+T_1压缩+T_2进气+T_2排气+T_负载阻力+T_摩擦力)/I。 (3)

第二气缸的分段窗口平均角加速度为：

α2＝T_2总/I＝(T_2做功+T_2压缩+T_1进气+T_1排气+T_负载阻力+T_摩擦力)/I。 (4)

其中，所述I为转动惯量。

所述两个气缸是相似的，在T_1x和T_2x中，当某一气缸失火时，T_1做功和T_2做功可能有很大的差异，而两个气缸的其他扭矩基本相当。

稳定运行时，T_1x≈T_2x(不含失火时的做功冲程) (5)

当双缸发动机稳态工况运行时,总扭矩平衡接近于0(即T_1总＝T_2总≈0)，稳态时上述平均角加速度结果如下：

最后，计算α1≈0，α2≈0，

而方程(3)和(4)相减，再基于等式(5)进行化简得：

m＝α1-α2≈(T_1做功-T_2做功)/I (6)

上述方程(6)表明m的值主要取决于两个气缸做功冲程在分段窗口内的等效扭矩(T_1做功和T_2做功)。当所述双缸发动机中的一个气缸失火时，两个气缸的平均角加速度的差值m会跳升或跳降，跳升或跳降取决于用于对比的正常燃烧缸是点火在前还是点火在后。对比缸可以选择前次点火，也可以选择后次点火。该信号m可用于鉴别失火缸。而且当m自某一工作循环后连续高于跳跃门槛值(标定的阈值)，则表示某一气缸出现连续失火，由于分段窗口的角加速度是按气缸计算的，通过跳跃发生的对应气缸可以判断出失火缸。

参阅图4和图5，所述双缸发动机可以为异步双缸发动机(即点火间隔180/540度曲轴转角的双缸发动机)，所述异步双缸发动机包括第一气缸和第二气缸，且所述双缸发动机中的两个活塞在所述第一气缸和第二气缸中进行相反方向运动。

图4和图5中所述双缸发动机为异步双缸发动机，当所述异步双缸发动机分段窗口的持续角为360度曲轴转角时，所述第一气缸和第二气缸的分段窗口的选取只要满足所述两个气缸的分段窗口对应于信号轮的同一齿段位置，以及包括做功冲程的部分或者全部即可。例如，图4(图中的虚线框为选中的分段窗口)中所述第一气缸选择的分段窗口1包含压缩冲程和做功冲程，相应的所述第二气缸选择的分段窗口2只能为做功冲程和排气冲程。图5(图中的虚线框为选中的分段窗口)中所述第一气缸选择的分段窗口1为做功冲程和排气冲程，相应的所述第二气缸选择的分段窗口2只能为压缩冲程和做功冲程。

参阅图4，所述两个气缸在一工作循环中的加速度差值用来诊断异步双缸发动机是否失火的原理如下。

首先，分析所述第一气缸的分段窗口1在第k次点火的受力关系为：

T_1总＝T_1做功+T_1压缩+T_2进气+T_2压缩+T_负载阻力+T_摩擦力。 (1)

所述第二气缸的分段窗口2在第k次循环的受力关系为：

T_2总＝T_2做功+T_2排气+_T1排气+_T1进气+T_负载阻力+T_摩擦力。 (2)

然后，计算两个气缸的分段窗口的平均角加速度：

第一气缸的分段窗口在第k次循环中的平均角加速度为：

α₁＝T_1总/I＝(T_1做功+T_1压缩+T_2进气+T_2压缩+T_负载阻力+T_摩擦力)/I。 (3)

第二气缸的分段窗口在第k+1或k-1次点火中的平均角加速度为：

α₂＝T_2总/I＝(T_2做功+T_2排气+T_1排气+T_1进气+T_负载阻力+T_摩擦力)/I。 (4)

其中，所述I为转动惯量，由于所述两个气缸是相似的，因此T_1压缩≈T_2压缩≈T_压缩，T_1排气≈T_2排气≈T_排气。

将方程(3)和(4)相减，得到m：

m＝α₁-α₂≈[(T_1做功-T_2做功)+(2*T_压缩-2*T_排气)]/I。 (5)

当所述异步双缸发动机无失火时，

α₁-α₂≈(2*T_压缩-2*T_排气)/I

由于T_压缩>T_排气可知:

α₁-α₂≠0

因此，即使是360°的分段窗口，所述双缸发动机的两个气缸对应的平均角加速度不相等，存在着随工况而变化的系统性偏差。之前可用于同步双缸发动机失火检测的方法不能直接使用。而系统性偏差可以通过标定消除。

根据双缸发动机工作原理，扭矩(2*T_压缩-2*T_排气)主要取决于双缸发动机工况，包括转速、负荷和双缸发动机温度。因此，可以构造一个修正脉谱图Map(转速，负荷和双缸发动机温度)用于抵偿角加速度偏差(2*T_压缩-2*T_排气)/I或者抵偿扭矩之差(2*T_压缩-2*T_排气)。例如，该修正脉谱图在给定工况下标定，稳态时用标定过的脉谱数据抵偿扭矩之差。

调整后的算法如下:

m＝(α₁-α₂)_corrected≈[(T_1做功-T_2做功)+(2*T_压缩-2*T_进气)+Map(转速,负荷，双缸发动机温度)]/I。

由于通过标定使得(2*T_压缩-2*T_排气)和Map(转速,负荷，双缸发动机温度)互相抵消,最后：

m＝(α₁-α₂)_corrected≈(T1_做功-T_2做功)/I

经过上述修正,就可以通过平均角加速度差值区别出来所述双缸发动机是否失火，以及哪一个气缸发生失火。

参阅图6，所述双缸发动机为V型双缸发动机，且所述两个气缸之间的角度为任意值[点火间隔T/(720-T)的两缸机(180<T<360)]。

当所述双缸发动机为V型双缸发动机，所述分段窗口的持续角优选为180度～360度，所述两个气缸的分段窗口的平均角加速度差值用来诊断V型双缸发动机是否失火的原理与上述异步双缸发动机的实施例相比，除了每个分段窗口里面的冲程相对关系有所变化外，整体步骤同上述方法。

本发明提供的双缸发动机的失火诊断方法，不仅适用于点火间隔360度的两缸机，也适用于其他角度的两缸机；而且标定方法简单明确易操作；对信号轮的制造精度无特殊要求，降低了加工和检验成本；取消了信号轮齿偏差自学习和供油自学习的标定过程；降低了开发成本，提高了效率。

本发明还提供了一种双缸发动机失火诊断装置，包括：分段窗口选取单元、测量单元、平均角加速度计算单元和判断单元，其中，

所述分段窗口选取单元用于在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，所述每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

所述测量单元用于测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

所述平均角加速度计算单元用于由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

所述判断单元用于通过两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m来判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火，所述m为常数。

本发明提供了一种双缸发动机的失火诊断方法，通过在每一工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，使所述两个气缸的分段窗口在转速信号轮上的起点和终点位置相同，或者起始和终止相位差同为360度曲轴角；每个气缸的分段窗口可在一定转角范围内左右平移，使各气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程且只包括一个做功冲程；基于当前点火缸分段窗口的旋转时间，与相邻或间隔的工作循环所对应的分段窗口旋转时间进行差分运算，计算出每个气缸的分段窗口的平均角加速度，并通过两个气缸的分段窗口的平均角加速度的跳变差值来判断双缸发动机是否失火。对于点火间隔不均匀的非对称两缸机，按工况通过匹配消除两个气缸分段窗口内扭矩不平衡产生的系统误差。

即本方法每个气缸的分段窗口对应于信号轮的同一齿段位置，因此不存在因为信号轮制造偏差带来的分段角度划分不准确的问题，而且通过平均角加速度的跳变值判断失火，能够解决双缸发动机，尤其是非对称两缸机的失火诊断中的误判和漏判的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

步骤S2：测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

步骤S3：由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

步骤S4：将两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m与标定的阈值进行比较，以判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火。

2.如权利要求1所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，所述双缸发动机包括同步双缸发动机、异步双缸发动机和V型双缸发动机。

3.如权利要求1所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，所述分段窗口的相位平移范围不高于180度。

4.如权利要求1所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，在步骤S2中，采用传感器测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间，且所述传感器与所述双缸发动机的曲轴连接。

5.如权利要求2所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环和第k+n次工作循环中所占用的时间计算出该分段窗口在第k次循环中的平均角加速度

，所述

，其中，

为常数，ts为所述分段窗口在每次工作循环中所占用的时间。

6.如权利要求1所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，所述每个气缸的分段窗口还可包括该气缸的做功冲程相邻的压缩冲程和排气冲程中全部或部分曲轴转角。

7.如权利要求1所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，一个所述工作循环为720度曲轴角，在一个所述工作循环中两个气缸分别点火一次。

8.如权利要求5所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，当所述双缸发动机为同步双缸发动机时，在步骤S4中，当所述差值m的绝对值不超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中未出现可识别的失火；当所述差值m的绝对值超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中出现失火。

9.如权利要求5所述的双缸发动机的失火诊断方法，其特征在于，当所述双缸发动机为异步双缸发动机或者V型双缸发动机时，根据转速、负荷和发动机温度构造修正脉谱图，并在给定工况下标定，对得到的差值m进行修正，当修正后的差值m的绝对值不超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中未出现可识别的失火；当所述修正后的差值m的绝对值超过标定的阈值时，所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中出现失火。

10.一种双缸发动机失火诊断装置，其特征在于，包括：分段窗口选取单元、测量单元、平均角加速度计算单元和判断单元，其中，

所述分段窗口选取单元用于在每次工作循环中选取两段持续角相同的曲轴转角的窗口分别作为两个气缸的分段窗口，且所述两个气缸的分段窗口的起始相位相同或者起始相位差为360度曲轴角，每个气缸的分段窗口包括该气缸的做功冲程；

所述测量单元用于测量每个气缸的分段窗口在每次工作循环中所占用的时间；

所述平均角加速度计算单元用于由每个气缸的分段窗口在第k次工作循环与第k+n次工作循环中所占用的时间计算出每个气缸的分段窗口在所述第k次工作循环中的平均角加速度，其中n≠0，k为正整数；

所述判断单元用于将两个气缸的分段窗口在第k次工作循环中的平均角加速度差值m与标定的阈值进行比较，以判断出所述双缸发动机的气缸在第k次工作循环中是否失火。

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