CN1782356A - 失火检测装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种在发动机的低负荷状态下也能够检测气缸失火的方法。从设置在气缸内的压力传感器的输出中提取由于燃烧产生的压力成分，根据该成分进行燃烧状态的检测。失火检测装置具有：求出作为与发动机的燃烧周期同步的基准信号Fc和根据设置在发动机气缸内的压力传感器的输出求出的缸内压力Pc之间的相关度的燃烧参数Cr的单元；以及根据所述燃烧参数Cr的值检测发动机的失火的检测单元。从缸内压力中提取出表示燃烧成分的燃烧参数，作为与发动机的燃烧周期同步的基准信号和由传感器输出得到的缸内压力之间的相关度，根据燃烧参数检测发动机的失火，所以即使在低负荷时也能够准确地检测失火。所述燃烧参数Cr是以预定速率求出的缸内压力的离散值Pc(i)和与其同步的基准信号的离散值Fc(i)之积的和。

Description

失火检测装置

技术领域

本发明涉及内燃机(发动机)的燃烧状态的检测技术，更具体讲涉及检测发动机的失火的技术。

背景技术

近年来，伴随汽车的排放物限制的强化，为了抑制因发动机的失火造成的HC排放和催化剂的劣化，要求提高检测失火的精度。

在专利文献1中记载了如下技术：在发动机的气缸内设置压力传感器，根据压力传感器所检测出的缸内压力在TDC(上止点)前后的非对称性，检测失火的发生。

在专利文献2中记载了如下技术：在发动机的气缸内设置压力传感器，将压力传感器所检测出的值的积分值与阈值进行比较，检测失火的发生。

在专利文献3中记载了如下技术：在发动机的气缸内设置压力传感器，求出根据其输出检测出的缸内压力和针对基准燃烧状态而预先设定的缸内压力之间的偏差，根据该偏差来校正点火正时。

在专利文献1和2中利用的缸内压力的积分值或缸内压力的非对称性，由于气缸的每个燃烧周期的燃烧变动的影响而发生变动。在低负荷时，正常燃烧的缸内压力和失火时的缸内压力之间的差较小，因此难以判断失火。

专利文献3中的技术利用对每种运转条件预先设定的基准缸内压力和所检测出的缸内压力之间的偏差。缸内压力的峰值随着发动机不同而存在偏差，并且随着经年变化而变化，所以不能提高失火检测的精度。

专利文献1  日本特开平11-82150号

专利文献2  日本实开昭64-015937号

专利文献3  日本特开昭60-166739号

即使在发动机的气缸中未产生燃烧时(失火时)，气缸内的压力也因活塞的压缩动作(倒拖，motoring)而上升。在发动机为低负荷状态时，检测出的压力的大部分是通过倒拖形成的压力，所以难以判别正常燃烧和失火。期望有能够在这种低负荷状态下检测气缸失火的方法。

发明内容

本发明从设置在气缸内的压力传感器的输出中提取由于燃烧产生的压力成分，根据该成分进行燃烧状态的检测。

本发明的失火检测装置，其一种方式为具有：求出作为与发动机的燃烧周期同步的基准信号Fc和根据设置在发动机的气缸内的压力传感器的输出求出的缸内压力Pc之间的相关度的燃烧参数Cr的单元；以及根据所述燃烧参数Cr的值检测发动机的失火的检测单元。

根据本发明，从缸内压力中提取表示燃烧成分的燃烧参数，作为与发动机的燃烧周期同步的基准信号和由传感器输出得到的缸内压力之间的相关度，并根据燃烧参数检测发动机的失火，所以即使在低负荷时也能够准确地检测失火。

在本发明的一种方式中，所述燃烧参数Cr是以预定速率求出的缸内压力的离散值Pc(i)和与其同步的基准信号的离散值Fc(i)之积的和。

并且，在本发明的具体方式中，所述缸内压力的离散值Pc(i)是对于每个预定曲轴角度检测的，所述基准信号的离散值Fc(i)是对于每个该预定曲轴角度而准备的。

在本发明的一实施方式中，所述燃烧参数是对于每1个燃烧周期或者燃烧周期的整数倍而计算的。并且，在所述燃烧参数小于预先设定的阈值时，判定为在对应的一个燃烧周期或者燃烧周期的整数倍内发生了失火。

在本发明的另外的具体方式中，失火检测装置具有计算对所述燃烧参数Cr的值进行滤波处理而得到的基准参数Cr_ls的单元。在燃烧参数Cr和基准参数Cr_ls之差小于预先设定的阈值时，判断为在对应的燃烧周期中发生了失火。

并且，在本发明的一种方式中，所述基准信号是根据发动机的转速、负荷状态和点火正时中的至少一种而事先规划的，并存储在存储装置中。在一个实施方式中，基准信号作为表存储在存储装置中。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的装置的功能方框图。

图2是用于表示失火检测的问题点的缸内压力波形图。

图3是表示缸内压力成分的波形图。

图4是对由于燃烧产生的压力Pcomb进行模型化而得到的基准信号的波形图。

图5是表示两个周期信号的相关函数F的波形的图。

图6是表示缸内压力Pc、基准信号Fc以及燃烧参数Cr之间的关系的波形图。

图7是本发明的第2实施例的装置的功能方框图。

图8是表示根据第2实施例求出基准参数Cr_ls，再求出判断参数Dcr，进行失火判断的状态的波形图。

图9是表示根据发动机的转速、发动机负荷、点火正时的延迟程度，对作为基准的基准信号Fc进行了事先规划的状态的波形图。

图10是对Fc进行了事先规划时的对应于图8的波形图。

具体实施方式

下面，参照附图说明本发明的实施方式。首先，图2是表示失火检测方法中的问题点的图。横轴表示曲轴角度，纵轴表示气缸内的压力。波形A表示在气缸中没有产生燃烧时的因活塞动作而形成的压缩压力，即倒拖压力。波形B表示在发动机以低负荷工作时，产生正常燃烧的气缸的压力。在该低负荷状态下，波形B的峰值在星号52所表示的范围内变动。波形C表示在发动机以高负荷工作时，产生正常燃烧的气缸的压力。在该高负荷状态下，波形C的峰在星号51所表示的范围内变动。

现有的一般的失火检测方法的原理大致如下。根据发动机的负荷状态，对缸内压力设定阈值，在压力传感器所检测出的缸内压力未达到阈值时，判断为发生失火。在图2中，高负荷状态下的阈值以点划线57表示，低负荷状态下的阈值以点划线59表示。在高负荷状态下，在波形C的峰值的范围51的下限和阈值59之间存在以箭头53表示的富余量，所以失火的检测精度具有可靠性，但在低负荷状态下，在波形B的峰值的范围52的下限和阈值59之间只有以箭头55表示的较小的富余量，所以失火的检测精度出现问题。

图3是表示气缸内的压力之间关系的图。正常产生燃烧时的缸内压力Pc等于未产生燃烧时的倒拖压力Pm和由于燃烧产生的压力Pcomb之和。如果能够检测由于燃烧产生的压力Pcomb，则无论在高负荷状态下还是低负荷状态下都能够准确地检测失火。在产生失火时，不会产生Pcomb，所以通过观察Pcomb可以判断失火。

因此，在本发明中，根据与曲轴角度同步地、例如每隔15度的曲轴角度对设置在气缸内的压力传感器的输出进行采样而得到的缸内压力的离散值Pc(i)，计算与由于燃烧产生的成分具有相关性的燃烧参数Cr，根据该燃烧参数Cr进行失火检测。

因此，预先准备对由于燃烧产生的气缸内的压力Pcomb进行模型化而得到的基准信号Fc。图4表示这种基准信号Fc的波形。基准信号Fc以与曲轴角度同步的离散值Pc(i)的集合表示，并作为表存储在存储装置中。在本发明的一个实施方式中，利用下式计算通过缸内压力传感器计测的缸内压力Pc(i)和基准信号Fc(i)之间的相关函数，把其作为燃烧参数Cr。

(式1)

$\mathrm{Cr}=\frac{1}{N}\underset{i=n-N+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Pc}\left(i\right)\mathrm{Fc}\left(i\right)---\left(1\right)$

其中，N是一个周期中的采样数据的个数，在每隔15度的曲轴角度进行采样时，一个燃烧周期、即720度的曲轴角度中的采样数据的个数N为48。

图5表示作为一般理论的两个周期函数f1(以实线表示的正弦曲线)和f2(以虚线表示的正弦曲线)之间的相关函数的状态。在信号f1、f2的周期的整数倍以外的区间(包括无限区间)内计算相关函数时，如图5(A)所示，相关函数F表现出周期性的特性。另一方面，在两个周期函数的周期的整数倍的有限区间内计算相关函数时，如图5(B)所示，相关函数F为恒定值。

因此，在本发明的一个实施方式中，为了简化失火检测判断处理的操作，在燃烧周期的整数倍的区间、具体讲在一个周期区间内计算燃烧参数Cr以使燃烧参数Cr恒定。

图1是本发明的一个实施例的系统的功能方框图。缸内压力传感器11是设置在汽车发动机的气缸内的压力传感器。缸内压力传感器11的输出信号输入到电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)20中。电子控制单元20基本上是计算机，具有：中央运算装置(CPU)、向CPU提供作业区域并进行数据的临时存储的随机存取存储器(RAM)、以及存储计算机程序和数据的读取专用存储器(ROM)。在图1中，把电子控制单元表示为实施本发明的功能块。

缸内压力传感器11的输出信号通过电子控制单元20的输入输出接口21传递给采样部23，每隔15度的曲轴角度进行采样并被数字化，作为离散值Pc(i)传递给相关度计算部29。在电子控制单元20的ROM中，存储了作为周期函数的基准信号Fc的每隔15度曲轴角度的离散值，作为基准信号表25。基准信号离散值生成部27从基准信号表25中读取基准信号的离散值，并与曲轴角度同步地把离散值Fc(i)传递给相关度计算部29。

相关度计算部29按照在前示出的式(1)计算燃烧参数Cr，并将其传送给失火判断部33。失火判断部33将燃烧参数Cr与预先设定的阈值进行比较，在Cr的值小于阈值时，判断为发生失火。

图6是表示这种关系的波形图，上段的波形是缸内压力传感器11所检测的缸内压力Pc的波形，中间的波形表示作为基准的基准信号Fc的波形。下面的波形是燃烧参数Cr的波形，可以看到在缸内压力Pc的波形所示的失火发生部位，Cr的值小于阈值。

接着，参照图7说明本发明的第2实施例。与图1相同的构成要素以相同的标号表示。由于燃烧产生的缸内压力成分Pcomb(图3)的值根据随负荷而变化的运转条件而变化，所以为了提高失火检测的精度，需要根据运转条件改变失火判断用的阈值。

在本实施例中，失火判断的阈值保持恒定，通过调整燃烧参数Cr来应对该问题。发动机的负荷条件在相邻的燃烧周期中大致相同，所以产生正常燃烧时的燃烧参数Cr在相邻的燃烧周期中没有太大变化，关注到这一点，通过如下的滤波处理(递推最小二乘法、固定增益法)，计算失火判断用的基准参数Cr_ls。

(式2)

$\mathrm{Cr}\_\mathrm{ls}\left(k\right)=\mathrm{Cr}\_\mathrm{ls}(k-1)+\frac{P}{1+P}e\_\mathrm{ls}\left(k\right)---\left(2\right)$

其中，

e_ls(k)＝Cr(k)-Cr_ls(k-1)

参照图7，滤波部31从相关度计算部29中获取燃烧参数Cr，按照式(2)计算基准参数Cr_ls，并传递给失火判断部33。失火判断部33计算判断参数Dcr(k)＝Cr(k)-Cr_ls(k)，在其值小于判断阈值时，判断为发生失火。

图8利用波形图示出了这些参数之间的关系。图8的第一段波形是根据缸内压力传感器11的输出得到的缸内压力Pc的波形，第二段波形是作为基准的基准信号Fc的波形。第三段波形是燃烧参数Cr的波形和表示对其进行滤波处理而得到的基准参数Cr_ls的波形。第四段波形表示判断参数Dcr，在其值小于阈值时，如从最后段波形看到的那样，设立表示发生失火的失火标志F_misf。

在以上说明中，使用了固定的函数作为基准信号Fc，但如下面所述，也可以通过根据发动机转速、运转负荷、点火正时等对基准信号Fc进行预定，提高失火检测的精度。气缸内的由于燃烧产生的压力成分Pcomb(图3)的时序形状根据发动机负荷和转速而变化。例如，在低速旋转时，由于缸内流动性的降低，燃烧期间变长，在中速旋转时，由于流动性的提高，燃烧期间变短。并且，在高速旋转时，一个周期的绝对时间变短，所以看上去，即从作为采样的基础的曲轴角度方面看，燃烧期间变长。另外，点火正时有延迟时，由于燃烧形成的缸内压力Pcomb的发生定时延迟，峰值也减小。并且，在负荷(吸气量)增大时，进行燃烧的混合气体增多，所以燃烧期间变长，Pcomb的峰值增大。

由于如上所述的原因，在本发明的一实施例中，对由燃烧形成的缸内压力Pcomb进行模型化而得到的基准信号Fc如图9所示那样，根据发动机的转速、运转负荷以及点火正时的延迟程度而发生变化。图9(a)表示发动机转速小于2000rpm时的与负荷状态和延迟程度相应的基准信号Fc的变化。同样地，图9(b)表示发动机转速为2000至4000rpm时的基准信号Fc的变化，图9(c)表示发动机转速超过4000rpm时的基准信号Fc的变化。预先设定这样的Fc值，并作为基准信号表25存储在ECU20的ROM中。基准信号离散值生成部27根据发动机的转速、负荷状态(例如以吸入空气量表示)、和点火正时的延迟程度(以ECU 20的点火正时控制功能表示)，从基准信号表25中读取对应的基准信号的离散值，并传递给相关度计算部29。

在前面所示的图8中，当不对Fc进行事先规划时，如从第四段的判断参数Dcr波形图看到的那样，在发生失火的部位，也产生Dcr与判断阈值之间的富余量较小的状态。图10是当对Fc进行了事先规划时的与图8相应的波形图，在判断参数Dcr和阈值之间产生充足的富余量。

以上，针对具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于这些实施例。

Claims (8)

1.一种发动机的失火检测装置，具有：

求出基于基准信号和缸内压力之间的相关度的燃烧参数的单元，其中，所述基准信号与发动机的气缸的燃烧周期同步、是对气缸中的由于燃烧产生的压力成分进行模型化而得到的，所述缸内压力是根据设置在发动机的气缸内的压力传感器的输出而求出的；以及

根据所述燃烧参数而检测发动机的失火的检测单元。

2.根据权利要求1所述的失火检测装置，其中，所述燃烧参数是以预定速率求出的缸内压力的离散值Pc(i)和与其同步的基准信号的离散值Fc(i)之积的和。

3.根据权利要求2所述的失火检测装置，其中，所述缸内压力的离散值Pc(i)针对每个预定的曲轴角度而检测，所述基准信号的离散值Fc(i)针对每个该预定的曲轴角度而准备。

4.根据权利要求3所述的失火检测装置，其中，所述燃烧参数是针对每一个燃烧周期或者每个燃烧周期的整数倍而计算的。

5.根据权利要求4所述的失火检测装置，其中，在所述燃烧参数小于预先设定的阈值时，判断为在对应的一个燃烧周期或者燃烧周期的整数倍内发生了失火。

6.根据权利要求5所述的失火检测装置，其中，具有计算对所述燃烧参数的值进行滤波处理而得到的基准参数的单元。

7.根据权利要求6所述的失火检测装置，其中，在所述燃烧参数和所述基准参数之差小于预先设定的阈值时，判断为在对应的燃烧周期内发生失火。

8.根据权利要求1所述的失火检测装置，其中，所述基准信号是根据发动机的转速、负荷状态以及点火正时中的至少一种而事先规划的，并存储在存储装置中。

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