CN113286940A - 发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判定方法。对发动机的每个周期，检测增压器的涡轮转速随时间的变化。根据涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量，并在多个周期中对每个气缸进行累计。通过对每个气缸比较累计结果，算出多个气缸的燃烧状态的差异。

Description

发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判 定方法
技术领域
本公开涉及搭载有增压器、且具有多个气缸的发动机的运行状态判定装置、具有该运行状态判定装置的车辆、以及发动机的运行状态判定方法。
背景技术
为了提高发动机的性能，正在开发发动机控制单元(ECU：Engine Control Unit)等电子控制技术。在具有多个气缸的发动机中，作为上述电子控制技术之一，已知进行校正控制的技术，该控制用于掌握气缸间的燃烧状态的差异，并基于该差异判定发动机有无异常或抑制差异。例如，通过基于掌握的差异调整各气缸的燃料喷射量及燃料喷射正时，能够对气缸间的个体差异及老化进行补偿。另外，不仅发动机整体，通过控制使各气缸中空燃比与目标空燃比一致，也能够使气缸间的燃烧状态均匀。
作为用于掌握气缸间的燃烧状态的差异的方法，可以考虑在各气缸设置缸内压传感器，或者在各气缸的排气通路设置氧传感器。然而，在上述的方法中，需要根据气缸数增设传感器，所以成本将会增加。因此，在专利文献1中，已经提出如下的方法，即，不增设传感器，而是基于可由已设的传感器检测出的发动机转速随时间上的变化，来评估气缸间燃烧状态的差异。
在专利文献1中，通过将发动机转速中包含的脉动分量与曲轴转角相对应，确定各气缸的振动分量，掌握气缸间燃烧状态的差异。另外，在该文献中，因为即使在恒定的运行点，发动机的燃烧状态也包括随机因素，所以，通过在规定周期中进行累计，排除随机因素，并对各气缸的燃烧状态的差异进行评估。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2017-82697号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述专利文献1中，虽然基于发动机转速的变化，掌握了气缸间的差异，但因为检测发动机转速的曲轴等连结在车轴侧，所以，发动机转速中包括不少因车轴侧(例如行驶路面)的干扰因素而产生的影响。因此，根据车辆的行驶状态，干扰因素将增多，可能难以精度良好地掌握气缸间的差异。
本发明的至少一个实施方式是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判定方法，能够通过精度良好地评估气缸间的差异，准确地判定发动机的运行状态。
用于解决技术问题的技术方案
(1)为了解决上述问题，本发明的至少一个实施方式的发动机的运行状态判定装置为一种发动机的运行状态判定装置，该发动机搭载有增压器，并具有多个气缸，该发动机的运行状态判定装置具有：
涡轮转速检测部，其对所述发动机的每个周期，检测所述增压器的涡轮转速随时间的变化；
第一振动分量确定部，其根据所述涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量；
第一累计部，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累积所述第一振动分量；
第一差异算出部，其通过对每个气缸比较所述第一累计部的累计结果，算出多个所述气缸的燃烧状态的差异。
根据上述(1)的结构，基于增压器的涡轮转速在时间变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量。通过在多个周期中对与各气缸对应的第一振动分量分别进行累计，排除伴随发动机运行而产生的随机因素。通过对每个气缸比较这样得到的累计结果，能够求出多个气缸中燃烧状态的差异。增压器由排气能量进行驱动，未连结在车轴侧，所以，不会如发动机转速那样受到来自车轴侧的影响。因此，基于涡轮转速随时间的变化而算出的差异中不包括来自车轴侧的干扰因素，能够得到良好的精度。
(2)在几个实施方式中，基于上述(1)的结构，
所述第一累计部对实施了与所述发动机的运行状态相关的规范化处理的所述第一振动分量进行累计。
在涡轮转速的时间变化中包含的脉动分量依赖于发动机的运行状态而变化。根据上述(2)的结构，通过对实施了与发动机的运行状态相关的规范化处理后的第一振动分量进行累计，能够相同地处理在不同的发动机的运行状态下检测出的涡轮转速的时间变化中所包含的脉动分量，简单且高精度地算出差异。
(3)在几个实施方式中，基于上述(1)或者(2)的结构，
在所述脉动分量的振幅为规定值以下的情况下，禁止进行处理。
在涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量的振幅为规定值以下的情况下，噪声分量相对增大。因此，在上述(3)的结构中，通过这样在噪声分量比较大的状况下禁止进行处理，能够防止判定精度降低。
(4)在几个实施方式中，基于上述(1)至(3)中的任一结构，
所述第一振动分量确定部基于与曲轴的旋转状态同步的基准信号，使所述涡轮转速随时间的变化中包含的所述第一振动分量与各气缸相对应。
根据上述(4)的结构，通过获取与内燃机的曲轴的旋转状态同步的基准信号，能够根据涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，准确地识别与各气缸对应的第一振动分量。
(5)在几个实施方式中，基于上述(1)至(4)中的任一结构，
具有第一判定部，其基于所述第一差异算出部的算出结果，判定所述发动机有无异常。
根据上述(5)的结构，基于各气缸的燃烧状态的差异，能够准确地实施发动机的异常判定。
(6)在几个实施方式中，基于上述(5)的结构，
所述第一差异算出部针对与各气缸对应的所述第一振动分量的累计结果，算出离散值作为所述差异，
所述第一判定部在所述离散值为第一阈值以上的情况下，判定所述发动机存在异常。
根据上述(6)的结构，求出离散值作为各气缸的燃烧状态的差异。而且，在基于该离散值判断差异较大的情况下，能够判定发动机存在异常。
(7)在几个实施方式中，基于上述(5)或者(6)的结构，
所述第一差异算出部针对与各气缸对应的所述第一振动分量的累计结果，算出与所述累计结果的平均值的差分作为所述差异，
所述第一判定部针对所述差分为第二阈值以上的气缸，判定存在异常。
根据上述(7)的结构，针对各气缸的累计结果求出与平均值的差分作为各气缸的燃烧状态的差异。而且，针对基于该差分判断差异较大的气缸，能够判定存在异常。
(8)在几个实施方式中，基于上述(5)至(7)中的任一结构，
此外具有校正控制命令部，其在所述第一判定部中判定所述发动机存在异常的情况下，命令对所述发动机的运行参数实施校正控制，
所述第一判定部在所述校正控制的实施次数为规定次数以上的情况下，不论所述第一差异算出部的算出结果如何，均判定所述发动机存在异常。
根据上述(8)的结构，在发动机存在异常的情况下，通过对发动机的运行参数实施校正控制，尝试进行改善。在该情况下，对校正控制的实施次数进行计数，在该计数数量达到了规定次数以上的情况下，内燃机存在某些问题的可能性较大，不论差异的算出结果如何，均进行异常判定。
(9)在几个实施方式中，基于上述(1)的结构，
此外具有排序确定部，其在所述发动机的每个周期，针对所述涡轮转速随时间的变化中包含的各气缸的所述第一振动分量分别确定排序，
所述第一累计部在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述排序。
根据上述(9)的结构，通过对涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量进行解析而得到的、与各气缸对应的第一振动分量进行相互比较，能够在气缸间进行排序。上述的排序在多个周期中反复进行，对每个气缸累计排序。而且，也可以通过对各气缸的排序的累计结果进行比较，掌握气缸间燃烧状态的差异。
(10)在几个实施方式中，基于上述(9)的结构，
针对各气缸算出所述排序的平均值，基于各气缸的所述平均值是否在规定范围内来判定所述发动机有无异常。
根据上述(10)的结构，在各气缸的排序的平均值超过规定范围而存在差异的情况下，能够判定发动机存在异常。
(11)在几个实施方式中，基于上述(1)至(10)中的任一结构，此外具有：
发动机转速检测部，其对所述发动机的每个周期，检测所述发动机的发动机转速随时间的变化；
第二振动分量确定部，其根据所述发动机转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第二振动分量；
第二累计部，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述第二振动分量；
第二差异算出部，其通过对每个气缸比较所述第二累计部的累计结果，算出多个所述气缸中燃烧状态的差异；
第三判定部所，其基于所述第一差异算出部的算出结果与所述第二差异算出部的算出结果，判定所述发动机的运行状态。
根据上述(11)的结构，除了上述的基于涡轮转速随时间的变化的差异算出，针对发动机转速随时间的变化，也可以同样地进行差异算出。通过这样利用基于涡轮转速及发动机转速的两种方法来算出差异，能够更详细地判定发动机的运行状态。
(12)为了解决上述问题，本发明的至少一个实施方式的车辆具有：
上述(1)至(11)中的任一结构的运行状态判定装置；
车辆控制单元，其基于所述运行状态判定装置的判定结果，对所述发动机进行控制。
根据上述(12)的结构，上述的运行状态判定装置(包括上述各种方式)作为与控制发动机的车辆控制单元独立的主要部件而构成。运行状态的判定控制由运行状态判定装置来实施，将该判定结果向车辆控制单元发送，由此而可应用在各种车辆控制中。通过这样由专用单元对与运行状态判定相关的控制进行处理，能够有效地减轻车辆控制单元的处理负担。
(13)为了解决上述问题，本发明的至少一个实施方式的内燃机的运行状态判定方法为一种发动机的运行状态判定方法，该发动机搭载有增压器，且具有多个气缸，该发动机的运行状态判定方法包括：
检测工序，其对所述发动机的每个周期，检测所述增压器的涡轮转速随时间的变化；
确定工序，其根据所述涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量；
累计工序，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述第一振动分量；
算出工序，其通过对每个气缸比较所述第一振动分量的累计结果，算出多个所述气缸中燃烧状态的差异。
根据上述(13)的结构，基于增压器的涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量。通过在多个周期中对与各气缸对应的第一振动分量分别进行累计，能够排除伴随发动机运行而产生的随机因素。通过对每个气缸比较这样得到的累计结果，能够求出多个气缸中燃烧状态的差异。因为增压器由排气能量进行驱动，未连结在车轴侧，所以，不会如发动机转速那样受到来自车轴侧的影响。因此，基于涡轮转速随时间的变化而算出的差异不包括来自车轴侧的干扰因素，能够得到良好的精度。
发明的效果
本发明的至少一个实施方式是鉴于上述问题而提出的，能够提供通过精度良好地评估气缸间的差异、可准确地判定发动机的运行状态的发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判定方法。
附图说明
图1是具有本发明的至少一个实施方式的运行状态判定装置的发动机的结构概况图。
图2是图1的涡轮用控制单元的功能块图。
图3是表示在每道工序中由图2的涡轮用控制单元实施的运行状态判定方法的流程图。
图4是由图2的涡轮转速传感器获取的涡轮转速随时间的变化的一个例子。
图5是图2的第一累计部中累计结果的一个例子。
图6是表示在各周期中对与各气缸对应的振幅彼此进行比较来排序、并对该排序进行累计后的结果的柱状图。
图7是表示在每道工序中利用了各气缸中燃烧状态的差异的发动机的异常判定方法的流程图。
图8是图2的变形例。
图9是由图8的第三判定部进行的判定例。
具体实施方式
下面，依照附图，针对本发明的实施方式进行说明。但是，该实施方式所述的结构配件的尺寸、材质、形状、及其相对的配置等在未特殊说明的情况下，并非旨在将本发明的范围限定于此，只是单纯的说明例。
图1是具有本发明的至少一个实施方式的运行状态判定装置的发动机1的结构概况图。发动机1是四缸发动机，在图1中，为了便于理解地表示结构，只代表性地表示了四缸之中的一个气缸。发动机1例如是在车辆等上搭载的柴油发动机，具有由发动机主体2的缸体4与活塞6的上表面划分的燃烧室8。由共轨系统10(CRS)向燃烧室8供给燃料。在共轨系统10中，利用高压泵12使贮存在燃料箱(未图示)中的燃料处于高压状态，并贮存在共轨13中，将在共轨13中贮存的高压燃料从喷射器14喷射，由此而向燃烧室8供给燃料。
需要说明的是，发动机1也可以为汽油发动机。另外，发动机1可以应用在机动车、货车、公交车、船舶、工业用发动机等各种领域中。
发动机1具有涡轮增压器20。涡轮增压器20具有：利用从发动机主体2的燃烧室8排出的排放气体进行旋转的涡轮机20T、以及由涡轮机20T旋转驱动的压缩机20C。更详细地说，在发动机1的进气通路22设置的压缩机20C与在发动机1的排气通路24设置的涡轮机20T由旋转轴20S连结。而且，从发动机主体2的燃烧室8排出的排放气体在通过排气通路24而向外部流动时使涡轮机20T旋转，由此，与涡轮机20T同轴结合的压缩机20C旋转，对在进气通路22中流动的进气进行压缩。
进气通路22由连通进气的引入口即未图示的进气管与压缩机20C的入口(进气流入口)的上游侧进气通路22A、以及连通压缩机20C的出口(进气排出口)与发动机主体2的进气端口26的下游侧进气通路22B形成。也就是说，从进气管(未图示)吸入的空气(进气)向发动机主体2的燃烧室8、以上游侧进气通路22A、下游侧进气通路22B的顺序在进气通路22中流动。在上游侧进气通路22A中流动时，进气在通过在上游侧进气通路22A设置的空气滤清器28、由此而除去进气中含有的尘埃等杂质后，在从入口向出口通过压缩机20C时被压缩。另外，由压缩机20C压缩的进气在下游侧进气通路22B中向燃烧室8流动时，依次通过在下游侧进气通路22B设置的、利用冷却来用于提高进气密度的中间冷却器30、节气门32，进入燃烧室8。
排气通路24由连通发动机主体2的排气端口34与涡轮机20T的入口(排气流入口)的上游侧排气通路24A、以及连通涡轮机20T的出口(排气排出口)与外部的下游侧排气通路24B形成。因在燃烧室8中的燃烧而产生的排放气体(燃烧气体)向外部、以上游侧排气通路24A、下游侧排气通路24B的顺序在排气通路24中流动。通过了排气通路24的上游侧排气通路24A的排放气体在从入口向出口通过涡轮机20T时使涡轮机20T旋转。之后，通过下游侧排气通路24B而向外部流动。
涡轮增压器20例如为VG(Variable Geometry：可变几何尺寸)涡轮增压器(可变容量型涡轮增压器)，具有可对流入涡轮叶片的排放气体的流速进行调整的可变喷嘴机构(未图示)。可变喷嘴机构结合发动机1的运行状态，调整喷嘴开度，并调整流向涡轮叶片的排放气体压力，由此，将增压压力控制在最佳条件。具体而言，众所周知，发动机1低旋转时减小喷嘴开度，并提高排放气体压力，反之，发动机1高旋转时，增大喷嘴开度。
需要说明的是，涡轮增压器20也可以是具有未图示的废气门阀(WastegateValve)的带废气门阀的涡轮增压器。
为了检测由压缩机20C压缩的增压压力(Boost Pressure)，将增压器压力传感器36设置在下游侧进气通路22B。另外，将可对压缩机20C入口的压力(入口压力)进行检测的入口压力传感器37、以及可对流入压缩机20C的进气量进行检测的进气量传感器38设置在上游侧进气通路22A。
需要说明的是，发动机1各气缸的周期根据能检测发动机1的曲轴转角θ的曲轴转角传感器40的检测值可进行判定地构成。
另外，在涡轮增压器20设有用于检测涡轮增压器20的涡轮转速Nt的涡轮转速传感器42。在涡轮转速传感器42中，通过以时间序列连续检测涡轮转速Nt，检测涡轮转速Nt随时间的变化。另外，在发动机1设有用于检测发动机转速Ne的发动机转速传感器44。在发动机转速传感器44中，通过以时间序列连续检测发动机转速Ne，来检测发动机转速Ne随时间的变化。
在具有上述结构的发动机1中，作为控制单元而设有涡轮用控制单元100、以及发动机用控制单元200。涡轮用控制单元100是用于实施涡轮增压器20的各种控制的专用单元，例如，结合发动机1的运行状态来调整喷嘴开度，并调整流向涡轮叶片的排放气体压力，由此而将增压压力控制在最佳条件。需要说明的是，发动机1的运行状态例如基于增压器压力传感器36、入口压力传感器37、进气量传感器38的各检测值，利用出口压力与入口压力的压力比(出口压力/入口压力)及进气量来检测压缩机20C的运行点，由此而可确定地构成。
涡轮用控制单元100与发动机1的主控制单元即发动机用控制单元200独立地构成。涡轮用控制单元100用作为本发明的至少一个实施方式的运行状态判定装置而构成，例如由安装有用于执行本发明的至少一个实施方式的运行状态判定方法的程序的电子运算装置来构成。在该情况下，程序也可以存储在规定的存储介质中，通过在电子运算装置中搭载的读取装置进行读取来进行安装。另外，用于执行本发明的至少一个实施方式的运行状态判定方法的程序、以及存储了该程序的存储介质也包含在本申请发明的范围内。
发动机用控制单元200为发动机1的主控制单元，例如通过实施对来自喷射器14的燃料喷射量及燃料喷射正时进行控制的燃烧控制，控制发动机1的运行状态。上述燃烧控制例如基于由加速器开度传感器(未图示)检测的加速器踏板的操作量、车辆的行驶状态、从涡轮用控制单元100获取的涡轮增压器20的运行状态等来实施，但如后面所述，构成为基于从涡轮用控制单元100得到的、与气缸间的差异相关的信息，实施用于抑制差异的校正控制等。
图2是图1的涡轮用控制单元100的功能块图，图3是表示在每道工序中由图2的涡轮用控制单元100实施的运行状态判定方法的流程图。
如图2所示，涡轮用控制单元100具有：涡轮转速检测部102、第一振动分量确定部104、规范化处理部106、第一累计部108、第一差异算出部110、以及第一判定部112。上述功能块为了便于理解地说明运行状态判定方法而将增压器用控制单元的内部结构例示性地进行了分割，所以，各功能块可以根据需要进行整合，也可以进一步细化。
在实施运行状态判定方法时，首先，涡轮用控制单元100从涡轮转速传感器42时间上连续地获取涡轮转速Nt(步骤S100)。图4是由图2的涡轮转速传感器42获取的涡轮转速Nt随时间的变化的一个例子。如图4所示，涡轮转速Nt包括在与发动机1的运行状态对应的代表值Nts的附近、于时间上变化的脉动分量。该脉动分量具有与发动机1所具有的气缸数对应的频率。因为本实施方式的发动机1为四缸发动机，所以，在一个周期中，出现有与各气缸对应的四个第一振动分量f1、f2、f3、f4。
涡轮用控制单元100确定在步骤S100中获取的涡轮转速Nt随时间的变化中所包含的脉动分量的振幅，判定该振幅是否为阈值以上(步骤S101)。在脉动分量的振幅不足阈值的情况下(步骤S101：NO)，涡轮用控制单元100禁止实施之后的各步骤，将处理结束。这是为了防止由于当涡轮转速Nt中包含的脉动分量的振幅较小时，噪声分量相对增大而使判定精度降低。另一方面，在脉动分量的振幅为阈值以上的情况下(步骤S101：YES)，脉动分量中包含的噪声分量相对减小，所以，可以实施之后的处理。
需要说明的是，脉动分量的振幅例如可以确定为一个周期中包含的脉动分量之中相互邻接的极大值与极小值的差分。
接着，涡轮转速检测部102判定是否获取了发动机1的一个周期的涡轮转速Nt随时间的变化(步骤S102)。具体而言，通过监视涡轮转速Nt随时间的变化，基于在涡轮转速Nt随时间的变化中是否出现有与发动机1的气缸数对应的波形，判定是否获取了一个周期的时间上的变化。在本实施方式中，因为发动机1为四缸发动机，所以，在涡轮转速Nt随时间的变化中已确认四个波形(第一振动分量f1、f2、f3、f4)的情况下(步骤S102：YES)，判定已经完成了一个周期量的获取。另一方面，在涡轮转速Nt随时间的变化中只确认了不足四个波形的情况下(步骤S102：NO)，作为未完成一个周期量的获取，处理返回步骤S100。
接着，规范化处理部106相对于在步骤S102中获取的一个周期的涡轮转速Nt随时间的变化来实施规范化处理(步骤S103)。涡轮转速Nt随时间的变化中包含的脉动分量的大小依赖于发动机1的运行点。因此，在步骤S103中，实施规范化处理，用于相同地处理在不同的运行点获取的脉动分量。
在本实施方式中，作为上述规范化处理的一个例子，采用了下式ΔNtnormalized＝(ΔNt－ΔNtmin)/(ΔNtmax－ΔNtmin)。在此，ΔNt是涡轮转速Nt随时间的变化中包含的各第一振动分量f1、f2、f3、f4的振幅(在图4中，分别由ΔNt1、ΔNt2、ΔNt3、ΔNt4表示了与第一振动分量f1、f2、f3、f4对应的振幅ΔNt)，ΔNtmin是第一振动分量f1、f2、f3、f4的振幅之中最小的振幅，ΔNtmax是第一振动分量f1、f2、f3、f4的振幅之中最大的振幅。
需要说明的是，如图4所示，振幅ΔNt基于涡轮转速Nt随时间的变化之中随时间增加的区域而确定(也就是说，定义为脉动分量的极小值与极大值的振幅差，该极大值为与极小值时间上延迟、且最快的值)。这是因为涡轮增压器20由排气能量进行驱动的行为与涡轮转速Nt增加的区域直接相关。
接着，第一振动分量确定部104根据实施了规范化处理的涡轮转速Nt随时间的变化，确定与各气缸对应的振动分量f1、f2、f3、f4(步骤S104)。如图4所示，一个周期的涡轮转速Nt随时间的变化中包含与各气缸对应的振动分量f1、f2、f3、f4。即，一个周期的涡轮转速Nt随时间的变化中包含的四个波形与对应于第一气缸的第一振动分量f1、对应于第二气缸的第二振动分量f2、对应于第三气缸的第三振动分量f3、以及对应于第四气缸的第四振动分量f4对应。
第一振动分量确定部104从曲轴转角传感器40获取曲轴转角度信息，作为来自发动机1的、与曲轴的旋转状态同步的基准信号。通过使这样获取的基准信号与一个周期的涡轮转速Nt随时间的变化相对应，确定脉动分量中包含的各振动分量对应于哪个气缸。
接着，第一累计部108在发动机1的多个周期内，针对每个气缸将在步骤S104中确定的各气缸的振动分量f1、f2、f3、f4进行累计(步骤S105)。图5是图2的第一累计部108的累计结果的一个例子，各气缸的振动分量f1、f2、f3、f4的分布表示为柱状图。在上述累计结果中，排除了伴随发动机运行而产生的随机因素，能够得到与各气缸的燃烧状态的差异对应的分布。
接着，判定步骤S105的累计处理是否进行了规定次数(步骤S106)。虽然累计处理的规定次数可以是任意的，但当累计次数较少时，容易使伴随发动机运行而产生的随机因素残留，另一方面，当累计次数过多时，运算负担将增加，另外，难以进行实时处理。因此，可以斟酌上述因素来设定累计处理的规定次数。需要说明的是，在图5中，通过实施足够多次数的累计处理，高斯分布式地表示各气缸的分布。
接着，第一差异算出部110通过在多个气缸间比较第一振动分量f1、f2、f3、f4的累计结果，算出多个气缸的燃烧状态的差异(步骤S107)。各气缸的差异例如可以求出各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4的累计结果与累计结果的平均值(参照图5)的差分，也可以作为各气缸的振动分量的累计结果的离散值而求出。
需要说明的是，在所述实施方式中，如图5所示，分别对根据脉动分量确定的、对应于各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4进行累计，比较该累计结果，由此来判定气缸间的差异，但也可以在各周期对根据脉动分量确定的、对应于各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4进行比较并排序，基于对该排序进行累计后的结果来判定气缸间的差异。
图6是表示在各周期中对与各气缸对应的振幅彼此进行比较并排序、并将该排序进行累计后的结果的柱状图。在图6中，通过比较在各周期中包含的四个第一振幅分量f1、f2、f3、f4，对各气缸按照振幅大小进行排序。也就是说，在某一周期中按照从振幅较大的气缸向振幅较小的气缸的顺序，分配为第一位、第二位、第三位、第四位。在多个周期中进行上述排序，合计各气缸的排序，由此而得到图6所示的柱状图。在该情况下，能够针对各气缸，根据排序的累计值算出平均排序，并基于各气缸的平均排序是否控制在基准范围内，评估气缸间的差异。
这样，通过在第一差异算出部110中，对涡轮转速Nt的时间上的变化中脉动分量所包含的、对应于各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4的累计结果进行比较，能够求出多个气缸的燃烧状态的差异。因为涡轮增压器20由排气能量进行驱动，未连结在车轴侧，所以，不会如发动机转速Ne那样受到来自车轴侧的影响。因此，在基于涡轮转速Nt随时间的变化而算出的差异中不包括来自车轴侧的干扰因素，能够得到良好的精度。
接着，针对基于如上所述算出的各气缸的燃烧状态的差异的、发动机1的异常判定方法进行说明。图7是表示在每道工序中利用了各气缸的燃烧状态的差异的、发动机1的异常判定方法的流程图。
首先，第一判定部112从第一差异算出部110获取与各气缸的燃烧状态的差异相关的信息(步骤S200)。在此获取的信息是所述步骤S107的算出结果。在此，作为其一个例子，获取了作为各气缸的振动分量的累计结果的离散值而求出的第一差异指标、以及作为各气缸的振动分量的累计结果与累计结果的平均值的差分而求出的第二差异指标。
接着，第一判定部112基于在步骤S200中获取的各气缸的燃烧状态的差异之中的第一差异指标(各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4的累计结果的离散值)，判定有无异常(步骤S201)。具体而言，根据第一差异指标是否为异常判定用阈值即第一阈值以下来判定有无异常。其结果是，在第一差异指标比第一阈值大的情况下(步骤S201：NO)，因为气缸内的差异较大，所以第一判定部112判定发动机1存在异常(步骤S202)。
另一方面，在第一差异指标为第一阈值以下的情况下(步骤S201：YES)，第一判定部112此外基于第二差异指标(各气缸的第一振动分量f1、f2、f3、f4的累计结果与累计结果的平均值的差分)，判定有无异常(步骤S203)。具体而言，根据第二差异指标是否为异常判定用阈值即第二阈值以下来判定有无故障。其结果是，在第二差异指标比第二阈值大的情况下(步骤S203：NO)，因为气缸间的差异较大，所以，第一判定部112判定发动机1存在故障(步骤S204)。
另一方面，在第二差异指标为第二阈值以下的情况下(步骤S203：YES)，通过将第二差异指标与校正控制用阈值即第三阈值进一步进行比较，判定是否为了抑制差异而对内燃机实施校正控制(步骤S205)。第三阈值通常设定得比第二阈值小。该校正控制例如是用于通过调整燃料喷射正时及燃料喷射量、来减少步骤S200中获得的各气缸燃烧状态的差异的控制，通过从涡轮用控制单元100对发动机用控制单元200发出命令来实施。
在第二差异指标为第三阈值以上的情况下(步骤S205：YES)，命令发动机用控制单元200实施校正控制(步骤S206)，将校正控制的实施次数N相加(步骤S207)。然后，判定相加后的校正控制的实施次数N是否为规定值以下(步骤S208)。在校正控制的实施次数N大于规定值的情况下(步骤S208：NO)，第一判定部112判定发动机1存在异常(步骤S204)。这是因为，即使在燃烧状态的差异比较小的情况下，当校正控制的实施次数较多时，发动机1存在异常的可能性也增大。
另一方面，在校正控制的实施次数N为规定值以下的情况下(步骤S208：YES)，涡轮用控制单元100结束处理。另外，在第二差异指标比第三阈值小的情况下(步骤S205：NO)也重置实施次数N(步骤S209)，结束处理。
这样，在第一判定部112中，基于第一差异算出部110的算出结果即各气缸的燃烧状态的差异，能够准确地实施发动机的异常判定。
接着，针对上述实施方式的变形例进行说明。图8是图2的变形例。在图8中，涡轮用控制单元100除了所述的具有涡轮转速检测部102、第一振动分量确定部104、规范化处理部106、第一累计部108、第一差异算出部110、以及第一判定部112的第一运算部150以外，还具有第二运算部160，该第二运算部160具有：发动机转速检测部114、第二振动分量确定部116、规范化处理部118、第二累计部120、第二差异算出部122、以及第二判定部124。
第一运算部150如参照图1～图7所述，基于涡轮增压器20的涡轮转速Nt随时间的变化，进行基于气缸间的燃烧状态的差异的异常判定。第二运算部160与第一运算部150相比较，取代涡轮增压器20的涡轮转速Nt随时间的变化，而是基于发动机转速Ne随时间的变化来算出气缸间燃烧状态的差异，利用该算出结果进行异常判定。即，第二运算部160与第一运算部150的不同之处在于利用发动机转速Ne随时间的变化，其它则通过实施相同的控制，算出基于发动机转速Ne的气缸间燃烧状态的差异，并基于该差异进行异常判定。
另外在图8中，具有第三判定部126，该第三判定部126基于由第一运算部150的第一判定部112得到的判定结果、以及由第二运算部160的第二判定部124得到的判定结果，判定发动机1的运行状态。因为在第一判定部112中进行基于涡轮转速Nt随时间的变化的差异判定，所以能够对各气缸的排气能量的差异进行评估。因为在第二判定部124中进行基于发动机转速Ne随时间的变化的差异判定，所以，能够对各气缸的燃烧能量的差异进行评估。因此，在第三判定部126中，通过将上述判定结果进行组合，能够更详细地判定发动机1的运行状态。
图9是由图8的第三判定部126进行的判定例。在第三判定部126中，如上所述，通过第一判定部112的判定结果与第二判定部124的判定结果的组合，判定发动机1的运行状态。在图9中，通过将基于第一判定部112的判定结果评估的排气能量的大小与基于第二判定部124的判定结果评估的燃烧能量的大小进行组合，各气缸的运行状态被分类为四种状态的任一状态。第一状态表示因为排气能量及燃烧能量都较大、所以燃料喷射量比其它的气缸多的情况。第二状态表示因为排气能量大且燃烧能量小、所以该气缸的燃烧效率差的情况。第三状态表示因为排气能量小且燃烧能量大、所以该气缸的燃烧效率良好的情况。第四状态表示因为排气能量及燃烧能量都小、所以燃料喷射量比其它的气缸少的情况。
这样，在第三判定部126中，基于第一判定部112的判定结果与第二判定部124的判定结果，将各气缸分类为第一～第四的任一分类，能够对各气缸的燃烧状态进行详细的分析及故障检测。另外，涡轮用控制单元100通过基于第三判定部126的判定结果对发动机用控制单元200发出指令，实施燃料喷射量及燃料喷射正时等发动机控制参数的校正指示，由此也可以减少发动机1的气缸间的差异，谋求运行状态的改善。
如上所述，根据本发明的至少一个实施方式，能够提供通过精度良好地评估气缸间的差异、可准确地判定发动机的运行状态的发动机的运行状态判定装置、车辆、以及发动机的运行状态判定方法，。
工业实用性
本发明的至少一个实施方式可以应用在搭载有增压器且具有多个气缸的发动机的运行状态判定装置、具有该运行状态判定装置的车辆、以及发动机的运行状态判定方法中。
附图标记说明
1发动机；2发动机主体；4缸体；6活塞；8燃烧室；10共轨系统；12高压泵；13共轨；14喷射器；20涡轮增压器；20C压缩机；20S旋转轴；20T涡轮机；22进气通路；24排气通路；26进气端口；28空气滤清器；30中间冷却器；32节气门；34排气端口；36增压器压力传感器；37入口压力传感器；38进气量传感器；40曲轴转角传感器；42涡轮转速传感器；44发动机转速传感器；100涡轮用控制单元；102涡轮转速检测部；104第一振动分量确定部；106规范化处理部；108第一累计部；110第一差异算出部；112第一判定部；200发动机用控制单元。

Claims (13)

1.一种发动机的运行状态判定装置，该发动机搭载有增压器，并具有多个气缸，该发动机的运行状态判定装置的特征在于，具有：
涡轮转速检测部，其对所述发动机的每个周期，检测所述增压器的涡轮转速随时间的变化；
第一振动分量确定部，其根据所述涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量；
第一累计部，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述第一振动分量；
第一差异算出部，其通过对每个气缸比较所述第一累计部的累计结果，算出多个所述气缸的燃烧状态的差异。
2.如权利要求1所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
所述第一累计部对实施了与所述发动机的运行状态相关的规范化处理的所述第一振动分量进行累计。
3.如权利要求1或2所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
在所述脉动分量的振幅为规定值以下的情况下，禁止进行处理。
4.如权利要求1至3中任一项所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
所述第一振动分量确定部基于与曲轴的旋转状态同步的基准信号，使所述涡轮转速随时间的变化中包含的所述第一振动分量与各气缸相对应。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
具有第一判定部，其基于所述第一差异算出部的算出结果，判定所述发动机有无异常。
6.如权利要求5所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
所述第一差异算出部针对与各气缸对应的所述第一振动分量的累计结果，算出离散值作为所述差异，
所述第一判定部在所述离散值为第一阈值以上的情况下，判定所述发动机存在异常。
7.如权利要求5或6所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
所述第一差异算出部基于与各气缸对应的所述第一振动分量的累计结果，算出与所述累计结果的平均值的差分作为所述差异，
所述第一判定部针对所述差分为第二阈值以上的气缸，判定存在异常。
8.如权利要求5至7中任一项所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
此外具有校正控制命令部，其在所述第一判定部中判定所述发动机存在异常的情况下，命令对所述发动机的运行参数实施校正控制，
所述第一判定部在所述校正控制的实施次数为规定次数以上的情况下，不论所述第一差异算出部的算出结果如何，判定所述发动机存在异常。
9.如权利要求1所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
此外具有排序确定部，其在所述发动机的每个周期，针对所述涡轮转速随时间的变化中包含的各气缸的所述第一振动分量分别确定排序，
所述第一累计部在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述排序。
10.如权利要求9所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，
针对各气缸算出所述排序的平均值，基于各气缸的所述平均值是否在规定范围内，判定所述发动机有无异常。
11.如权利要求1至10中任一项所述的发动机的运行状态判定装置，其特征在于，此外具有：
发动机转速检测部，其对所述发动机的每个周期，检测所述发动机的发动机转速随时间的变化；
第二振动分量确定部，其根据所述发动机转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第二振动分量；
第二累计部，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述第二振动分量；
第二差异算出部，其通过对每个气缸比较所述第二累计部的累计结果，算出多个所述气缸的燃烧状态的差异；
第三判定部，其基于所述第一差异算出部的算出结果与所述第二差异算出部的算出结果，判定所述发动机的运行状态。
12.一种车辆，其特征在于，具有：
权利要求1至11中任一项所述的运行状态判定装置；
车辆控制单元，其基于所述运行状态判定装置的判定结果，控制所述发动机。
13.一种发动机的运行状态判定方法，该发动机搭载有增压器，且具有多个气缸，该发动机的运行状态判定方法的特征在于，具有：
检测工序，其对所述发动机的每个周期，检测所述增压器的涡轮转速随时间的变化；
确定工序，其根据所述涡轮转速随时间的变化中包含的脉动分量，确定与各气缸对应的第一振动分量；
累计工序，其在所述发动机的多个周期中，对每个气缸累计所述第一振动分量；
算出工序，其通过对每个气缸比较所述第一振动分量的累计结果，算出多个所述气缸的燃烧状态的差异。
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