CN1162114A - 燃烧间断的诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种诊断多缸内燃机燃烧间断的方法，在此方法中逐个气缸地得出内燃机不平稳转动的量度，并与一个预先规定的基准值比较，其中，不平稳转动的量度以时间为基础构成，在这一时间内，内燃机的曲轴扫过预先规定的转角范围，此时，超过门槛值视为燃烧间断，其特征为，在无燃烧间断的工作情况下，由各个气缸的不平稳转动值构成各个气缸的修正值，使与修正值相联的各个气缸的不平稳转动值彼此相等。

Description

燃烧间断的诊断方法

本发明涉及一种诊断例如驱动汽车用的内燃机燃烧间断的方法。

燃烧间断导致在工作中的内燃机有害物质排放量增加，此外，还可能导致在发动机排气系统中破坏催化剂。为了按立法提出的要求在车(船)上监测与排气有关的参数，有必要在全部转速和负荷范围内诊断燃烧间断。在这一方面，已知在有燃烧间断的发动机工作时与没有燃烧间断的正常工作相比，内燃机的转速曲线发生有特征的变化。通过比较这些转速特征曲线，可以在没有间断的正常工作与有间断的工作之间作出判断。

由DE-OS4138765已知一种以此为基础进行工作的方法。

按此已知的方法，对每个气缸活塞运动的一个规定区域，对应一个表示为扇形区的曲轴转角范围。这些扇形区例如在一个与曲轴连接的传感器轮上作记号来说明。此外，曲轴扫过此转角范围所对应的扇形区时间，取决于燃烧冲程中所转换的能量。燃烧间断导致与点火的同时进行测量所得的扇形区时间增长。按此已知的方法，根据扇形区时间的差别，算出发动机不平稳运行的程度，这种附加的例如在汽车加速时发动机转速上升的缓慢的动态过程，此时通过计算加以补偿。以此方法对每次点火算出的不平稳转动值，同样在点火的同时与一个预先规定的门槛值作比较。超越此可能取决于如负荷、转速等工作参数的门槛值时，被视为燃烧发生了间断。

此方法的可靠性完全取决于扇形区时间的测定，并因而取决于在传感器轮上的记号在制作时所能达到的精度。这些机械的误差可以通过计算消除。此外由DE4133679已知，滑移运行时曲轴每转一圈例如分为三个扇形区时间。这三个扇形区时间中的一个看作是基准扇形区。其余两个扇形区的扇形区时间相对于此基准扇形区的扇形区时间的偏差被加以测定。由此偏差得出一些修正值，此修正值应使得与此修正值相联系的在滑移运行中测得的扇形区时间彼此相等。

因此，在滑移运行之外的正常工作中测得的并与此修正值相联系的扇形时间的偏差，便与传感器轮的加工精度无关而表明有别的原因。

其他原因之一是在曲轴的旋转运动上叠加的扭转振动。它们主要发生在点火运行的高转速区，并导致系统性地延长或缩短各个气缸的扇形区时间，从而难以诊断燃烧间断。由此原因，再加上因磨损或加工误差造成各个发动机的差别，即使有适配的传感器轮，仍会保持有一种形式上为扇形区时间分散宽度的背景干扰，而这种背景干扰并非起因于燃烧间断。个别的间断对曲轴转速的影响越小，则越难以将实际存在的燃烧间断从此背景干扰中区分出来。因此，随着内燃机气缸数量增加并随着转速提高和负荷下降，诊断燃烧间断的可靠性也下降。

因此，本发明的目的是提出一种方法，按此方法，对于气缸数较多又在高转速低负荷工作的内燃机，燃烧间断诊断的可靠性能得到进一步的提高。

为此本发明提供一种诊断多缸内燃机燃烧间断的方法，在此方法中逐个气缸地得出内燃机不平稳转动的量度并与一个预先规定的基准值比较，其中，不平稳转动的量度以时间为基础构成，在这一时间内内燃机的曲轴扫过预先规定的转角范围，此时，超过门槛值视为燃烧间断，其特征为：在无燃烧间断的工作情况下，由各个气缸的不平稳转动值构成各个气缸的修正值，使与修正值相联的各个气缸的不平稳转动值彼此相等。

此解决方案中的基本要素是确定在点火运行时，亦即滑移运行之外的正常工作时的修正值。

在需要高分辨率地测量转速时，也可以脱开间断的诊断而有利地使用本方法。

在一个实施例中，对于一种确定的发动机类型，通过一些试验发动机的特性确定修正值，这些试验发动机的修正值便可引用于这种类型的所有发动机。

在本发明的一个最佳实施例中，这些修正值逐个发动机地确定。这一方法的基础是存在着正常工作，亦即没有燃烧间断的工作。若不存在正常工作而是燃烧有间断的工作，则产生这样的危险，即，燃烧间断影响修正值的确定。其结果是，对以后发生的燃烧间断的影响通过计算得出的结果可能偏低，以致在一定情况下不再能诊断出这种燃烧间断。

在本发明的一个实施例中，控制器可模拟喷油间断并紧接着比较此随之而来的不平稳运转的值。因此可以区分燃烧间断和正常工作。在有燃烧间断的工作时，此修正值不再重要。

在下面的说明中借助于附图说明本发明的实施例。

图1详细表示本发明的技术环境。图2表示一种实施按本发明的方法适用的计算机。图3说明现有已知的作为度量不平稳转动的基础的扇形区时间构成原理，这种不平衡转动通过转速衡测量得出。图4说明扭转振动对确定不平稳转动值的影响。图5以程序框图的形式公开了按本发明方法的一个实施例。图6表示按另一种实施例诊断燃烧间断的过程。以及图7表示按本发明方法的一种修正。

图1表示一台内燃机1，它有一个转角传感器轮2、作在轮上的记号3、以及转角传感器4和控制器5。与内燃机曲轴连接的转角传感器轮的旋转运动，借助于作为感应式传感器工作的转角传感器4转换成电信号，电信号的周期性反应了在转角传感器4旁周期性地扫过的记号3的影象。因此，信号电平的上升和下降之间持续的时间，与曲轴转过和一个记号的尺寸相应的转角范围的时间相等。这些持续时间在作为计算机工作的控制器5中进一步处理为一个度量内燃机不平稳转动的值Lut。有关Lut计算的一个例子在后面再介绍。为些所采用的计算机可例如如图2所示那样构成。依此，一个计算装置2.1连接在输入块2.2和输出数据块2.3之间，并应用放在储存器2.4中的程序和数据。

图3a表示转角传感器轮划分为4个扇形区，其中每个扇形区有预定数量的记号。符号OTK对应于在本例中为8缸内燃机的第K个气缸活塞运动的上止点，此内燃机处于此气缸的燃烧冲程。在这一点左右确定了一个转角范围_k，在本例中_k沿转角传感器轮的四分之一的记号延伸。类似地，与其余气缸燃烧冲程相对应的是₁至₈，这里涉及的是四行程发动机，所以对一个完整的工作循环曲轴旋转两次。因此，例如第一缸的范围₁与第五缸的范围₅相对应，以此类推。属于曲轴旋转-圈的转角范围可以彼此分开，互相连接或也可以互相重叠。在第一种情况下存在着不属于任何转角范围的记号，在第二种情况下每一个记号准确地归属于一个转角范围，以及，在第三种情况下总是会有一些相同的记号属于不同的转角范围。因此，转角范围的大小和位置可是任意的。

图3b上表示了时间ts，在这一时间内通过曲轴的旋转正好扫过这些转角范围。假定在气缸K发生燃烧间断。与此间断相联系的扭矩降低导致相关的时间间隔ts增大。因此，此时间间隔ts已经意味着是不平稳转动的一种度量，这种度量原则上适用来诊断间断。通过适当地处理此时间间隔ts，尤其是得出相邻时间间隔的差值，并将此差值标准化为除以带符号i的点火冲程时间间隔tsi的三次幕，从而使不平稳转动值具有加速度的量纲，并如实验已证明的那样具有一个改进的信号操声比。

图3c表明转速变化对时间ts测量的影响。图中表示的是转速下降的情况，如在汽车作滑移运行时出现的典型方式那样。为了补偿这种表现为比较均匀地延长测量时间ts的影响，例如已知采用一个动力学补偿的修正项D，并在计算不平稳转动值时考虑补偿延长的影响。

对一台8缸发动机点火冲程i的这种修正后的不平稳转动值，可例如按下列程序计算：

Lut(i)＝基本项B-动力学补偿的修正项K $=\frac{\mathrm{ts}(i+1)-\mathrm{ts}\left(i\right)}{{\mathrm{ts}\left(i\right)}^3}-\frac{\left(\right(\mathrm{ts}(i+5)-\mathrm{ts}(i-3)/8)}{{\mathrm{ts}\left(i\right)}^3}$

推广到Z缸，则相应的计算程序为： $\mathrm{Lut}\left(i\right)=B-K=\frac{\mathrm{ts}(i+1)-\mathrm{ts}\left(i\right)}{\mathrm{ts}{\left(i\right)}^3}-\frac{\mathrm{ts}(i+(\frac{z}{2}+1))-\mathrm{ts}(i-(\frac{z}{2}+1))}{\mathrm{ts}{\left(i\right)}^3}$ 其中(Z)＝内燃机的气缸数。

图4表示一台4缸发动机不同的点火冲程i＝1至10的不平衡转动值，它们可例如按上述给出的程序算出。其中，系统性地在3号缸出现了扇形区时间的增加，在图中所表示的情况下它们已相当接近不平稳转动的门槛值Lur了。这些增加可例如由于扭转振动引起的。扭转振动主要在高转速时发生，并导致系统性地延长或缩短各个气缸的扇形区时间，从而使间断的诊断变得难以进行。对于一种确定类型的发动机，这些影响对各个气缸的分配可通过针对一定负荷/转速范围的试验来确定，于是，可通过量取在负荷/转速特征曲线族上汇入扇形区时间评估中的修正值对它的进行修正。

作为按本发明方法的最佳实施例，在图5中表示了一种确定此类修正值的可能性。

为此，在S5.1中与点火同步地测量扇形区时间，并在步骤S5.2中处理为不平稳转动值。在步骤S5.3中，从负荷/转速特征曲线族K(L，n)上读出补偿扭转振动和类似影响的修正值。在方法作第一次运行时只涉及一个合理的或中性的值，然后通过方法的重复运行使此值逐渐成为具有下列特点的一个值，即，使不同气缸经修正后的不平稳转动值彼此相同。在步骤S5.4中将这些不平衡转动值与此修正值结合。步骤S5.5用来从特征曲线族Lur(n，L)上读入门槛值。

门槛值Lur视学习进展情况有一个残留误差。这一残留误差起初会比较大，所以与此残留误差有关的门槛值同样也大，其结果是导致燃烧间断的诊断比较不敏感。随着进一步改进方法减小了此残留误差，并因而提高了间断诊断的敏感性。从而防止了例如在发动机出故障失去了适配值后，误将发动机的不均匀转动看作是有燃烧间断的工作，按步骤S5.6的一种自适应性不断地防止发生这一情况。

如果修正后的不平稳转动值在步骤S5.6中超过了此门槛值，则在步骤S5.7中将它看作是燃烧间断，并例如增加单个气缸出错计数器的读数。若出错计数器读数超过了一个预先规定的值，便在步骤S5.8中输出一个故障信号，例如接通在驾驶员视野内的一个故障指示灯MIL。若在步骤S5.6中没有超过门槛值，则认为是无燃烧间断工作的标志，并在步骤S5.9中进一步构成一个平均值。

此外，不存在燃烧间断的信息，也可以以不同于步骤S5.1至S5.6的另一种规则系统为基础，例如以不加修正的扇形区时间的评估为基础。

检验是否存在着无燃烧间断的工作，最好通过一种其本身与修正值无关的方法来进行。

紧接着，步骤S5.10用来确定当前的实际值KLut与平均值的偏差。在步骤S5.12中通过在老的修正值K(旧)上附加偏差dk得出一个新的修正值K(新)，并通过步骤S5.12在为其确定不平稳转动值的那个气缸的特征曲线K(n，L)中读入此新修正值。通过重复运行步骤S5.1至S5.6和S5.9至S5.12，最终将不同气缸的属于工作点的特征曲线值K调整到，在无间断的正常工作情况下，各不同气缸经修正的不平稳转动值互相不再出现任何偏差。

在一个最佳实施例的范围内，所介绍的这一方法是放在发动机控制器中的主程序的一部分。因此，可以在任意可预先规定的场合调用它。最好在汽车制成后的第一次起动时通过调用此方法得出修正值，并例如在以后完成了为用户保养后再进行。以此方式得出各个发动机的修正值。

然而，按本发明的方法，此修正值还可通过对一种确定类型的一台台发动机进行试验确定，并接着例如以特征曲线的形式，转用于所有的此类发动机上。

在发动机工作中，燃烧间断的诊断便可以按图6所示的方法进行，其中，步骤S6.1至S6.8与图5中的步骤S5.1至S5.8相当。

按本发明方法的基础是存在的正常工作状态，亦即无燃烧间断的工作。若与之不同地存在着有燃烧间断的工作，则会有因燃烧间断影响修正值确定的危险。其结果是可能对以后的燃烧间断的影响在计算时低估，所以在一定的情况下不再能诊断出燃烧间断。图7公开了一个实施例，借助于它可在确定修正值前，确认是否存在无燃烧间断的正常工作。

为此，在步骤S7.1测定扇形区时间，以及，在步骤S7.2中处理为正常工作的不平稳转动值NB-Lut。接着，在步骤S7.3中，控制器模拟燃烧间断，例如可在一台配有喷油装置的发动机上，通过切断个别喷油脉冲进行模拟。在此条件下在步骤S7.4中测得的扇形区时间，在步骤S7.5中处理为有燃烧间断的工作的不平稳转动值AS-Lut。若在步骤S7.6中得出差值dLut＝NB-Lut-AS-Lut，并通过S7.7的查询确定此差值大于门槛值SW时，则所得出的不平稳转动值反应了模似的燃烧间断。人们可以由此得出具有一定准确度的结论：在模拟燃烧间断前，存在着没有燃烧间断的正常工作。在这种情况下，可通过步骤S7.8按图5所示确定修正值。燃烧间断会影响修正值构成的危险便不复存在，反之，若所得出的不平稳转动值并不反应所模拟的燃烧间断，则显然已经出现了非模拟的燃烧间断。在这种情况下，修正值的确定，有可能由于此非模拟的燃烧间断而受到影响。为避免发生这种情况，在被否定的查询步骤S7.7后，连接着通过步骤S7.9和S7.10禁止构成修正值，以及，必要时通过步骤S7.11按图6所示，亦即以不变的修正值诊断燃烧间断。

换句话说：采取了一些与无燃烧间断的工作时相比其结果为增大不平稳转动的措施，然后，确定有或无这些措施时的不平稳转动，以及，当其不平稳转动值与在有这些措施的影响之下确定的不平稳转动值的偏差在预先规定的范围内时，则没有这些措施时的工作被认为是燃烧没有发生间断的工作。

Claims (10)

1.诊断多缸内燃机燃烧间断的方法，在此方法中逐个气缸地得出内燃机不平稳转动的量度并与一个预先规定的基准值比较，其中，不平稳转动的量度以时间为基础构成，在这一时间内内燃机的曲轴扫过预先规定的转角范围，此时，超过门槛值视为燃烧间断，其特征为：在无燃烧间断的工作情况下，由各个气缸的不平稳转动值构成各个气缸的修正值，使与修正值相联的各个气缸的不平稳转动值彼此相等。

2.按照权利要求1所述之方法，其特征为：曲轴扫过预先规定的转角范围的时间与点火同步地进行测量并处理为不平稳转动值，用此不平稳转动值确定修正值，修正值各与一个不平稳转动值结合成修正后的不平稳转动值；此经修正的不平稳转动值与门槛值相比较；以主，超过门槛值视为燃烧间断。

3.按照权利要求2所述之方法，其特征为：构成修正后不平稳转动值的平均值，得出各修正的不平稳转动值与平均值的偏差；以及，通过将偏差值与老的修正值相加得出新的修正值。

4.按照权利要求3所述之方法，其特征为：一种规定类型的内燃机用的修正值，代表性地由至少一台此类内燃机的特性确定，以及，以此方式确定的修正值转用于这种类型的其他内燃机。

5.按照权利要求3所述之方法，其特征为：逐台内燃机地确定在无燃烧间断的正常工作情况下的修正值。

6.按照权利要求5所述之方法，其特征为：当修正后的不平稳转动值不超过门槛值时，内燃机的工作视为无燃烧间断的正常工作。

7.按照权利要求5所述之方法，其特征为；采取一些与无燃烧间断的工作时相比其结果为增大不平稳转动的措施；确定有或无这些措施时的不平稳转动；以及，当其不平稳转动值与在有这些措施的影响之下确定的不平稳转动值的偏差在预先规定的范围之内时，则没有这些措施时的工作认为是燃烧没有间断的工作。

8.按照权利要求1所述之方法，其特征为：曲轴扫过预定转角范围的时间长度，用作为不平稳转动的度量。

9.按照权利要求1所述之方法。其特征为：曲轴扫过预定转角范围的时间差，标准化为除以对应于某一个点火冲程的时间的幂，用作不平稳转动的度量。

10.按照权利要求8或9所述之方法，其特征为：在构成不平稳转动值的过程中进行动力学补偿，亦即补偿内燃机转速改变的影响。

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