一種發動機失火檢測方法及其檢測系統的製作方法
2023-05-03 00:22:11
專利名稱：一種發動機失火檢測方法及其檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電控發動機的控制方法及系統，特別是關於一種發動機失火檢測 方法及其檢測系統。
背景技術：
電控發動機正常工作時，通常是依靠燃油正常燃燒釋放的熱量來加熱空氣，使空 氣受熱膨脹、做功。但是在某些情況下，比如柴油機噴油器堵塞導致的不正常噴射燃油、汽 油機點火線圈失效等，均會造成燃油燃燒不完全，或者完全不燃燒，燃油燃燒不完全和完全 不燃燒的現象統稱為失火。失火的危害性主要表現在以下幾個方面首先是發動機的動力 性，由於失火的本質是不正常燃燒，這直接導致燃料放熱不足，最終表現為發動機輸出的動 力減少，動力性明顯下降；其次是發動機的排放，由於失火中的燃油不能充分燃燒，容易產 生大量的碳氫化合物和一氧化碳，惡化了發動機的排放。除此之外，失火還會導致發動機的 轉速波動較大、產生異常噪音等。鑑於失火對發動機性能的嚴重影響，失火檢測已經成為車 載診斷系統的重要檢測內容之一。現有的電控發動機失火檢測方法多是通過加速度來進行檢測，其基本原理是燃 油燃燒加熱的膨脹氣體會對發動機做功，必然會使發動機加速度有所變化。這一過程中，加 速度變化的幅度與燃油燃燒釋放熱量密切相關，所以可以根據發動機加速度的變化程度來 判斷燃油釋放出的熱量，進而判斷發動機是否處於失火狀態。加速度的失火檢測方法雖然 簡單，但是由於發動機加速度是通過測量瞬時轉速而間接獲得的，而發動機瞬時轉速的測 量極易受到信號噪聲、信號盤齒數等的影響，使得測量結果的誤差偏大，因此通過加速度來 檢測失火的可靠性難以得到保證。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種快速且可靠的發動機失火檢測方法及其 檢測系統。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種發動機失火檢測方法，其包括以 下步驟1)在發動機的曲軸和凸輪軸上分別設置一信號盤，且在分別靠近兩所述信號盤的 發動機機體上設置兩相位傳感器，且將所述兩傳感器電連接一處理器，在所述處理器中預 設發動機中各缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數；2)計算各缸的波峰/ 波谷段的持續曲軸角度，計算公式如下=IntPhi = 720° /2/Cmax，式中，IntPhi是各缸波峰 /波谷段的持續曲軸角度，i = 1 Cmax，Cmax為發動機具有的缸數；3)計算出各缸的各波 峰/波谷段的起始曲軸角度，計算公式如下PhiPt2i = PhiTDCi-OffPhiPhiPt2i^1 = PhiPt2i-IntPhi,式中，PhiTDCi是第i缸上止點曲軸角度，OffPhi是各缸的偏移曲軸角度，PhiPt2i 是第i缸波谷段的起始曲軸角度，PhiPt2H是第i缸波峰段的起始曲軸角度；4)根據所述
4兩傳感器採集到的曲軸和凸輪軸的相位信息，計算出各缸在兩起始曲軸角度之間的波峰/ 波谷段的平均轉速；5)計算各缸波峰/波谷段的轉速和，計算公式如下 式中，PSpdi是第i缸波峰段的平均轉速，FSpdi是第i缸波谷段的平均轉速， PSpdSum是各缸波峰段的轉速和，FSpdSum是各缸波谷段的轉速和；6)計算得到判斷失火轉 速限值，計算公式如下TSpd = K*|PSpdSum-FSpdSum|，式中，K為設定失火比例係數，TSpd 是判斷發動機的失火轉速限值；7)依次對各缸的失火狀態進行判斷，若第i缸的波峰轉速 段與波谷轉速段的平均轉速之差的絕對值大於失火轉速限值，則當前該缸正常工作；若第 i缸的波峰轉速段與波谷轉速段的平均轉速之差的絕對值小於失火轉速限值，則當前該缸 處於失火狀態，完成一次失火檢測，返回步驟4)，進入下一次失火檢測。所述各缸的偏移曲軸角度OffPhi的範圍是-90° 90°。所述各缸的偏移曲軸角度均為OffPhi = 45°。所述失火比例係數K的取值範圍為0. 01 0. 3。所述失火比例係數K = 0. 1。一種發動機失火檢測裝置，其特徵在於，它包括一曲軸信號盤，其固定在發動機 的曲軸凸輪軸上；一凸輪軸信號盤，其固定在發動機的凸輪軸上；一曲軸信號盤傳感器，其 設置在靠近所述曲軸信號盤的發動機機體上，用於檢測曲軸相位信息；一凸輪軸信號盤傳 感器，其設置在靠近所述凸輪軸信號盤的發動機機體上，用於檢測凸輪軸相位信號；一處理 器，其中預設有發動機中各缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數；所述曲軸 信號盤傳感器和凸輪軸信號盤傳感器分別將曲軸相位信息和凸輪軸相位信號輸送給所述 處理器，由所述處理器計算、判斷出發動機的失火狀態。所述各缸偏移曲軸角度的範圍是-90° 90°。所述失火比例係數的取值範圍為0. 01 0. 3。所述各缸上止點對應曲軸角度分別為0°、180°、360°和540°，所述各缸的偏 移曲軸角度均為OffPhi = 45°，所述失火比例係數K = 0. 1。所述曲軸信號盤傳感器和凸輪軸信號盤傳感器採用光電式位置傳感器、磁感應式 位置傳感器或者霍爾式位置傳感器，所述處理器採用的型號是FreeScale 9S12XEP100。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、由於本發明首先通過計算各 缸的波峰和波谷段的持續曲軸角度，再來計算出各缸的各波峰和波谷段的起始曲軸角度， 並根據傳感器採集到的曲軸和凸輪軸的相位信息，計算出各缸在兩起始曲軸角度之間的波 峰/波谷段的平均轉速和各缸波峰/波谷段的轉速和，之後再計算出判斷失火轉速限值，最 後依次對各缸的失火狀態進行判斷，若第i缸的波峰轉速段與波谷轉速段的平均轉速之差 的絕對值大於失火轉速限值，則當前該缸正常工作，反之則當前該缸處於失火狀態，因此採 用平均轉速作為評價各缸失火的標準，比原有的基於加速度判斷失火的方法更準確，計算量也小，速度快。2、由於本發明裝置中的曲軸信號盤傳感器和凸輪軸信號盤傳感器可以採 用光電式位置傳感器、磁感應式位置傳感器或者霍爾式位置傳感器等常用的傳感器，因此 本發明所使用的設備成本低，易於推廣使用。3、由於本發明系統中的處理器採用的型號是 FreeScale 9S12XEP100，該處理器計算速度快，有利於失火狀態信息的準確獲得。本發明失 火檢測速度快，而且檢測結果可靠、準確，可以直接應用在現有的各種發動機電控系統中。
圖1是是本發明系統的結構示意2是本發明方法的流程示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明系統包括一曲軸信號盤1、一凸輪軸信號盤2、一曲軸信號盤傳 感器3、一凸輪軸信號盤傳感器4和一處理器5。其中，曲軸信號盤1固定在發動機的曲軸 上，隨曲軸一起轉動。凸輪軸信號盤2固定在發動機的凸輪軸上，隨凸輪軸一起轉動。曲軸 信號盤傳感器3設置在靠近曲軸信號盤1的發動機的機體上，用於檢測曲軸信號盤1隨曲 軸一塊旋轉引起的磁場狀態變化，即曲軸相位信息。凸輪軸信號盤傳感器4設置在靠近凸 輪軸信號盤2的發動機的機體上，用於檢測凸輪軸信號盤2隨凸輪軸一塊旋轉引起的磁場 狀態變化，即凸輪軸相位信號。處理器5同時電連接曲軸信號盤傳感器3和凸輪軸信號盤傳 感器4，用於採集曲軸信號盤傳感器3和凸輪軸信號盤傳感器4檢測到的信息，並通過採集 到的信息來判斷發動機的失火狀態。本實施例中，曲軸信號盤傳感器3和凸輪軸信號盤傳 感器4可以採用光電式位置傳感器、磁感應式位置傳感器或者霍爾式位置傳感器；處理器5 採用的型號是 FreeScale9S12XEP100。如圖2所示，本發明方法判斷發動機的失火狀態的步驟如下1)在發動機的曲軸和凸輪軸上分別設置一信號盤，且在分別靠近兩信號盤的發動 機機體上設置兩相位傳感器，且將兩傳感器電連接一處理器，在處理器中預設發動機中各 缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數。1)根據發動機的缸數，計算各缸的波峰/波谷轉速段的持續曲軸角度，計算公式 如下IntPhi = 720° /2/Cmax,式中，IntPhi是各缸波峰/波谷轉速段的持續曲軸角度，i = 1 Cmax，Cmax為 發動機具有的缸數。2)根據設定的上止點曲軸角度和偏移曲軸角度，以及波峰/波谷各轉速段的持續 曲軸角度，計算出各缸的各波峰和波谷轉速段的起始曲軸角度，計算公式如下PhiPt2i = PhiTDCi-OffPhiPhiPt2H = PhiPt2i-IntPhi,式中，PhiTDCi是第i缸上止點曲軸角度，比如=PhiTDC1是第1缸上止點曲軸角度， PhiTDCcmax是最後一缸上止點曲軸角度；OffPhi是各缸波峰轉速段結束處到對應缸上止點 的偏移曲軸角度，簡稱各缸的偏移曲軸角度，其是根據發動機的具體狀態確定的，通常取值
6範圍是-90° 90° ；PhiPt2i是第i缸波谷轉速段的起始曲軸角度，比如PhiPt2是第一缸 波谷轉速段的起始曲軸角度；PhiPt2H是第i缸波峰轉速段的起始曲軸角度，比如=PhiPt1 是第一缸波峰轉速段的起始曲軸角度。3)根據曲軸信號盤傳感器3和凸輪軸信號盤傳感器4採集到的曲軸和凸輪軸的相 位信息，計算出各缸在兩起始曲軸角度之間的波峰/波谷段的平均轉速，再將各缸的波峰/ 波谷轉速段的平均轉速累加，得到波峰/波谷轉速段的轉速和，計算公式如下 式中，PSpdi是第i缸波峰轉速段的平均轉速，FSpdi是第i缸波谷轉速段的平均 轉速，PSpdSum是各缸波峰轉速段的轉速和，FSpdSum是各缸波谷轉速段的轉速和。4)根據波峰/波谷轉速段的轉速和，計算得到判斷失火轉速限值，計算公式如下TSpd = K* I PSpdSum-FSpdSum |，式中K為設定失火比例係數，其是根據發動機的具體狀態確定，通常取值範圍為 0. 01 0. 3 ；TSpd是判斷發動機的失火轉速限值。5)依次對各缸的失火狀態進行判斷，若第i缸的波峰轉速段與波谷轉速段的平均 轉速之差的絕對值大於失火轉速限值，則當前該缸正常工作；否則認為當前該缸處於失火 狀態，判斷公式如下TSpd < I PSpdi-FSpdi |。6)返回步驟3)。如圖3所示，下面是處理器3判斷發動機的失火狀態的一個具體實施例。本實施例中的發動機為一四缸發動機，各缸上止點對應曲軸角度分別為0°、 180°、360° 和 540° JPPhiTDC1 = Oa，PhiTDC2 = 180°，PhiTDC3 = 360° , PhiTDC4 = 540°，各缸的偏移曲軸角度均為OffPhi = 45°，設定失火比例係數K = 0. 1。1)計算各缸的波峰/波谷轉速段的持續曲軸角度IntPhi= (720° /2/4) = 90°。2)計算出各缸的各波峰/波谷轉速段的起始曲軸角度，計算公式如下PhiPt2=PhiTDC1-OffPhi=720°-45°=675°
PhiPt1=PhiPt2-IntPhi ==675°-90°=585°
PhiPt4=PhiTDC2-OffPhi=180°-45°=135°
PhiPt3=PhiPt4-IntPhi ==135°-90°=45°
PhiPt6=PhiTDC2,-OffPhi=360°-45°=315°
PhiPt5=PhiPt6-IntPhi ==315°-90°=225°
PhiPt8=PhiTDC4-OffPhi=540°-45°=495°
PhiPt7=PhiPt8--IntPhi ==495°-90°=405° 3)根據曲軸信號盤傳感器3和凸輪軸信號盤傳感器4採集到的曲軸和凸輪軸的相位信息，計算出各缸波峰轉速段的平均轉速=PSpdp PSpd2, PSpd3和PSpd4，各缸波谷轉速段 的平均轉速=FSpdp FSpd2、FSpd3 和 FSpd4。4)計算波峰轉速段的轉速和為=PSpdSum = PSpd^PSp^+PSp^+PSp^,波谷轉速段 的轉速和為FSpdSum = FSpdi+FSpc^+FSpds+FSpc^。5)計算判斷失火轉速限值:TSpd = 0. 1* | PSpdSum-FSpdSum |。6)依次對各缸的失火狀態進行判斷，判斷公式如下TSpd<PSpd1-FSpd1，則第--缸正常工作；否則認為第--缸處於失火狀態。
TSpd<PSpd2-FSpd2，則第二二缸正常工作；否則認為第二二缸處於失火狀態。
TSpd<PSpd3-FSpd3，則第三三缸正常工作；否則認為第三三缸處於失火狀態。
TSpd<PSpd4-FSpd4，則第四缸正常工作；否則認為第四缸處於失火狀態。
權利要求
一種發動機失火檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟1)在發動機的曲軸和凸輪軸上分別設置一信號盤，且在分別靠近兩所述信號盤的發動機機體上設置兩相位傳感器，且將所述兩傳感器電連接一處理器，在所述處理器中預設發動機中各缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數；2)計算各缸的波峰/波谷段的持續曲軸角度，計算公式如下IntPhi＝720°/2/Cmax，式中，IntPhi是各缸波峰/波谷段的持續曲軸角度，i＝1～Cmax，Cmax為發動機具有的缸數；3)計算出各缸的各波峰/波谷段的起始曲軸角度，計算公式如下PhiPt2i＝PhiTDCi-OffPhi，PhiPt2i-1＝PhiPt2i-IntPhi式中，PhiTDCi是第i缸上止點曲軸角度，OffPhi是各缸的偏移曲軸角度，PhiPt2i是第i缸波谷段的起始曲軸角度，PhiPt2i-1是第i缸波峰段的起始曲軸角度；4)根據所述兩傳感器採集到的曲軸和凸輪軸的相位信息，計算出各缸在兩起始曲軸角度之間的波峰/波谷段的平均轉速；5)計算各缸波峰/波谷段的轉速和，計算公式如下 PSpdSum= i=1 Cmax PSpd i FSpdSum= i=1 Cmax FSpd i, 式中，PSpdi是第i缸波峰段的平均轉速，FSpdi是第i缸波谷段的平均轉速，PSpdSum是各缸波峰段的轉速和，FSpdSum是各缸波谷段的轉速和；6)計算得到判斷失火轉速限值，計算公式如下TSpd＝K*|PSpdSum-FSpdSum|，式中，K為設定失火比例係數，TSpd是判斷發動機的失火轉速限值；7)依次對各缸的失火狀態進行判斷，若第i缸的波峰轉速段與波谷轉速段的平均轉速之差的絕對值大於失火轉速限值，則當前該缸正常工作；若第i缸的波峰轉速段與波谷轉速段的平均轉速之差的絕對值小於失火轉速限值，則當前該缸處於失火狀態，完成一次失火檢測，返回步驟4)，進入下一次失火檢測。
2.如權利要求1所述的一種發動機失火檢測方法，其特徵在於所述各缸的偏移曲軸 角度OffPhi的範圍是-90° 90°。
3.如權利要求2所述的一種發動機失火檢測方法，其特徵在於所述各缸的偏移曲軸 角度均為OffPhi = 45°。
4.如權利要求1或2或3所述的一種發動機失火檢測方法，其特徵在於所述失火比 例係數K的取值範圍為0. 01 0. 3。
5.如權利要求4所述的一種發動機失火檢測方法，其特徵在於所述失火比例係數K = O-Io
6.一種實現如權利要求1 5中任一項所述方法的發動機失火檢測裝置，其特徵在於，它包括一曲軸信號盤，其固定在發動機的曲軸凸輪軸上； 一凸輪軸信號盤，其固定在發動機的凸輪軸上；一曲軸信號盤傳感器，其設置在靠近所述曲軸信號盤的發動機機體上，用於檢測曲軸 相位信息；一凸輪軸信號盤傳感器，其設置在靠近所述凸輪軸信號盤的發動機機體上，用於檢測 凸輪軸相位信號；一處理器，其中預設有發動機中各缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數；所述曲軸信號盤傳感器和凸輪軸信號盤傳感器分別將曲軸相位信息和凸輪軸相位信 號輸送給所述處理器，由所述處理器計算、判斷出發動機的失火狀態。
7.如權利要求6所述的一種發動機失火檢測裝置，其特徵在於所述各缸偏移曲軸角 度的範圍是-90° 90°。
8.如權利要求6或7所述的一種發動機失火檢測裝置，其特徵在於所述失火比例系 數的取值範圍為0.01 0.3。
9.如權利要求7或8所述的一種發動機失火檢測裝置，其特徵在於所述各缸上止點 對應曲軸角度分別為0°、180°、360°和540°，所述各缸的偏移曲軸角度均為OffPhi = 45°，所述失火比例係數K = 0. 1。
10.如權利要求6或7或8或9所述的一種發動機失火檢測裝置，其特徵在於所述曲 軸信號盤傳感器和凸輪軸信號盤傳感器採用光電式位置傳感器、磁感應式位置傳感器或者 霍爾式位置傳感器，所述處理器採用的型號是FreeScale 9S12XEP100。
全文摘要
本發明涉及一種發動機失火檢測方法及其檢測系統，其包括以下步驟1)在發動機的曲軸和凸輪軸上分別設置一信號盤，且在分別靠近兩信號盤的發動機機體上設置兩相位傳感器，且將所述兩傳感器電連接一處理器，在處理器中預設發動機中各缸的偏移曲軸角度、上止點曲軸角度和失火比例係數；2)計算各缸的波峰/波谷段的持續曲軸角度；3)計算出各缸的各波峰/波谷段的起始曲軸角度；4)根據兩傳感器採集到的曲軸和凸輪軸的相位信息，計算出各缸在兩起始曲軸角度之間的波峰/波谷段的平均轉速；5)計算各缸波峰/波谷段的轉速和；6)計算得到判斷失火轉速限值；7)依次對各缸的失火狀態進行判斷，完成一次失火檢測，返回步驟4)，進入下一次失火檢測。本發明失火檢測速度快，而且檢測結果可靠、準確，可以直接應用在現有的各種發動機電控系統中。
文檔編號F02D41/26GK101881233SQ20101012962
公開日2010年11月10日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者張科勳, 楊福源, 歐陽明高 申請人:清華大學