一種用於車輛的發動機失火判缸裝置及方法與流程

2023-05-15 14:43:26 2

本發明涉及一種四缸發動機的判缸方法，特別是涉及一種用於車輛的發動機失火判缸裝置及利用聲學傳感器進行發動機失火判缸方法。

背景技術：

在發動機發生失火故障時，一般需要發動機ECU去判斷發生失火的具體氣缸，尤其是具有四個氣缸的發動機的失火判缸方法，四個氣缸一般包括一缸、二缸、三缸和四缸。目前常用的四缸發動機的判缸方法是試噴油法。試噴油判缸方法的原理如下：首先通過曲軸位置傳感器判定一缸、四缸位於上止點，然後再選定一缸或者四缸，只向其噴油，通過發動機ECU接收到的參數與之前存儲參數相比較，如果某一氣缸的上述兩個參數是一致的，則判定該缸發生失火；否則，參數不一致的情況下是無法確定判缸的。但是，通過試噴油進行判缸的方法會造成冷啟動HC排放過高的問題，而且軟體邏輯也較複雜。

技術實現要素：

為了解決上述試噴油方法軟體邏輯較複雜的問題，本發明提出了一種採用聲學傳感器方案進行判缸的方法。

本發明的一個目的是要提供一種用於車輛的發動機失火判缸裝置，所述發動機包括四個氣缸，分別為一缸、二缸、三缸和四缸，所述發動機的點火順序為一缸、三缸、四缸和二缸。

特別地，本發明提供了一種發生失火故障判缸的裝置，所述失火判缸裝置包括：

用於接收所述排氣管處的異常聲音的聲學傳感器，

用於確定所述多個氣缸的點火時刻和所述異常聲音的發生時刻的確定模塊及

用於將所述異常聲音的發生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進行比較，判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應，以確定點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸處於失火狀態的處理模塊。

進一步地，所述處理模塊包括判斷單元，用於判斷所述異常聲音的發生時刻處於哪個點火時間區間內，以判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應；

特別地，相鄰兩個氣缸的點火時刻之間的時間區間構成一個點火時間區間，所述多個氣缸構成多個點火時間區間；

進一步地，所述判斷單元配置成在所述異常聲音的發生時刻處於某一點火時間區間時，判斷構成所述某一點火時間區間的相鄰兩個氣缸中的在先氣缸為點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸；

特別地，所述在先氣缸為相鄰兩個氣缸中先點火的氣缸。

進一步地，所述判斷單元配置成在所述異常聲音的發生時刻與某一氣缸的點火時刻相等時，判斷所述某一氣缸為點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸。

進一步地，所述的發動機失火判缸裝置，還包括：

用於統計所述多個氣缸中的每一氣缸處於所述失火狀態的次數的累計模塊。

進一步地，所述發動機還包括曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和飛輪；

特別地，所述確定模塊配置成按照下述公式確定所述四個氣缸中每一氣缸的點火時刻：

其中，Tn為第n缸的點火時刻，m為所述飛輪缺齒後第m個凸齒為下降沿，ω為點火提前角，a為發動機控制單元每分鐘接受所述飛輪的凸齒數量；

其中，所述第n缸是所述四個氣缸中點火順序為第n個點火的氣缸，n為整數，且1≤n≤4；凸齒的個數m，其取值為1≤m≤58且m為整數。

特別地，本發明的另一個目的是要提供一種用於車輛的發動機失火判缸方法，所述失火判缸方法利用所述的發動機失火判缸裝置進行判缸，包括如下步驟：

接收排氣管處的異常聲音；

確定多個氣缸的點火時刻和所述異常聲音的發生時刻；

將所述異常聲音的發生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進行比較，判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應，以確定點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸處於失火狀態。

特別地，判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應是判斷所述異常聲音的發生時刻處於哪個點火時間區間內；

進一步地，相鄰兩個氣缸的點火時刻之間的時間區間構成一個點火時間區間，所述多個氣缸構成多個點火時間區間；

進一步地，在所述異常聲音的發生時刻處於某一點火時間區間時，判斷構成所述某一點火時間區間的相鄰兩個氣缸中的在先氣缸為點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸；

其中，所述在先氣缸為相鄰兩個氣缸中先點火的氣缸。

進一步地，所述的發動機失火判缸方法，還包括在所述異常聲音的發生時刻與某一氣缸的點火時刻相等時，判斷所述某一氣缸為點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸。

進一步地，所述發動機失火判缸方法還包括如下步驟：

統計所述多個氣缸中的每一氣缸處於所述失火狀態的次數。

本發明只需要利用發動機上現有的傳感器即可進行失火判缸，不需要另外增加零部件輔助,。本發明根據特定時間段內發動機ECU接收到的凸齒的數量計算各個氣缸的點火時刻，利用任意兩個點火時間間隔內傳感器能夠接受到異常聲音，即可方便地判斷發動機發生失火的具體氣缸。本發明根據接受到的異常聲音的次數判斷發動機具體氣缸在特定時間段內累計發生失火的次數。因此，本發明還具有程序簡單，判定準確，排放更優的特點。

根據下文結合附圖對本發明具體實施例的詳細描述，本領域技術人員將會更加明了本發明的上述以及其他目的、優點和特徵。

附圖說明

後文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細描述本發明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標記標示了相同或類似的部件或部分。本領域技術人員應該理解，這些附圖未必是按比例繪製的。附圖中：

圖1是根據本發明一個實施例的發生失火判缸的裝置；

圖2是圖1所示裝置中與失火判缸相關的發動機ECU控制模塊的示意圖；

圖3是圖1所示裝置發生失火判缸的原理圖。

附圖標記說明：

1-排氣管，2-聲學傳感器，3-曲軸位置傳感器，301-曲軸位置傳感器信號，302-曲軸58齒信號，303-記號缺齒#1，304-第20齒下降沿為一缸壓縮上止點，305-記號缺齒#58，4-發動機，5-發動機ECU，501-累計模塊，502-確定模塊，503-處理模塊，504-判斷單元，6-凸輪軸位置傳感器，601-進氣凸輪軸位置傳感器信號，602-進氣4齒，7-後保險槓。

具體實施方式

圖1是根據本發明一個實施例的發生失火判缸的裝置。

所述裝置一般性地可包括：發動機4、排氣管1、後保險槓7及安裝在發動機曲軸飛輪盤附近的曲軸位置傳感器3，所述曲軸位置傳感器3是控制系統中最重要的傳感器之一，其作用包括：檢測發動機轉速，因此又稱為轉速傳感器；檢測活塞上止點位置，故也稱為上止點傳感器，包括檢測用於控制點火的各缸上止點信號、用於控制順序噴油的第一缸上止點信號。

所述裝置還包括布置在凸輪軸信號輪附近的凸輪軸位置傳感器6：其作用是採集配氣凸輪軸的位置信號，並輸入發動機ECU5，以便發動機ECU5識別某一缸壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制；此外，凸輪軸位置信號還用於發動機4起動時識別出第一次點火時刻，因為凸輪軸位置傳感器能夠識別哪一個氣缸活塞即將到達上止點，所以稱為氣缸識別傳感器。

所述裝置還包括設置在所述後保險槓7一端靠近所述排氣管1一側的聲學傳感器2，其作用是將接收到的來自所述排氣管1尾部排氣口處因發生失火故障產生的爆燃信號轉化成一個突變的電壓信號；所述聲學傳感器2將接收到的信號輸入給發動機ECU5，發動機ECU5根據電壓突變情況判定具體氣缸的失火狀況及累計失火次數。

所述裝置還包括發動機ECU5，所述發動機ECU5為汽車發動機控制系統的核心，它可以根據發動機4的不同工況，向發動機4提供最佳空燃比的混合氣和最佳點火時間，使發動機4始終處在最佳工作狀態，發動機4的性能(動力性、經濟型、排放性)達到最佳。

發動機4運轉時，發動機ECU5會根據發動機4的轉速和負荷信號，計算相應工況下的點火提前角，並根據發動機5的水溫、進氣溫度、節氣門位置、爆震信號等修正點火提前角，最後得到一個最佳的點火正時。在點火正時前的某一預定角，發動機ECU5控制點火線圈的初級通電，在到達點火正時角時，發動機ECU5切斷點火線圈初級電流並在次級線圈中感應出高壓電使相應氣缸的火花塞跳火，點燃混合氣。

圖2是圖1所示裝置中與失火判缸相關的發動機ECU5控制模塊的示意圖；本發明中所述的發動機失火判缸裝置的控制模塊為發動機ECU5，所述發動機ECU5包括：確定模塊502、處理模塊503、判斷單元504和累計模塊501，其中確定模塊502用於確定所述多個氣缸的點火時刻和所述異常聲音的發生時刻；處理模塊503用於將所述異常聲音的發生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進行比較，判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應，以確定點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸處於失火狀態。所述處理模塊包括判斷單元504，用於判斷所述異常聲音的發生時刻處於哪個點火時間區間內，以判斷所述異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應；其中，相鄰兩個氣缸的點火時刻之間的時間區間構成一個點火時間區間，所述多個氣缸構成多個點火時間區間；所述判斷單元504配置成在所述異常聲音的發生時刻處於某一點火時間區間時，判斷構成所述某一點火時間區間的相鄰兩個氣缸中的在先氣缸為點火時刻與所述異常聲音的發生時刻相對應的氣缸；所述在先氣缸為相鄰兩個氣缸中先點火的氣缸。累計模塊501，用於統計所述多個氣缸中的每一氣缸處於所述失火狀態的次數。

圖3是圖1所示裝置發生失火判缸的原理圖。

在一個實施例中，假設曲軸位置傳感器信號301轉子的結構為：齒數為58，即原為60齒，缺2齒後得到58凸齒、57個小齒缺和1個大齒缺。大齒缺對應輸出寬脈衝信號原為60齒，齒與齒間隔度數為6°；每個凸齒和小齒缺所佔曲軸轉角均為3°；曲軸旋轉一圈，將會產生58個脈衝信號記為曲軸58齒信號302；大齒缺所佔的弧度相當於兩個凸齒和三個小齒缺所佔弧度，大齒缺所佔總的曲軸轉角為15°，即2倍每個凸齒和小齒缺所佔曲軸轉角加上3。大齒缺輸出基準信號，對應發動機一缸或四缸壓縮上止點前的一定角度。曲軸位置傳感器的物理安裝位置為離大齒缺相隔20個小齒缺的位置，發生失火判缸的具體步驟如下：

S100，接收排氣管處的異常聲音；

S200，確定多個氣缸的點火時刻和異常聲音的發生時刻；

S300，將異常聲音的發生時刻與多個氣缸的點火時刻進行比較，判斷異常聲音的發生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應，以確定點火時刻與異常聲音的發生時刻相對應的氣缸處於失火狀態。

在步驟S200中，一缸和四缸是同時到達氣缸上止點位置，曲軸位置傳感器檢測飛輪上對應的齒，就判定了這兩缸到達上止點的時刻。在曲軸位置傳感器檢測到飛輪缺齒後，缺齒後第一個凸齒1#記為記號缺齒#1303，在檢測到第20#齒下降沿記號缺齒#20304時，一缸和四缸均位於上止點；曲軸位置傳感器為磁感應式，輸出正弦電壓信號；曲軸位置傳感器信號301輸入給發動機ECU5，發動機ECU5就判定了一缸和四缸同時到達上止點位置的時刻。

在判定了一缸和四缸後，發動機ECU5需要再判定具體哪一缸是壓縮上止點，需要利用凸輪軸位置傳感器6；在曲軸位置傳感器3檢測到第20#齒下降沿時，如果一缸為壓縮上止點，凸輪軸位置傳感器6中心處於目標輪在距大齒根到大齒頂上升沿6°的地方；凸輪軸位置傳感器6為霍爾式傳感器，信號的電平輸出與齒的關係反向，當信號輪處於高齒時，相應電路輸出為低電平，當信號輪處於缺齒時，相應電路輸出為高電平；凸輪軸位傳感器信號601輸入給發動機ECU5，如果發動機ECU5即將接受到的電壓信號是：低電平(時間長)、高電平(時間短)、低電平(時間長)、高電平(時間短)、低電平(時間短)、高電平(時間長)、低電平(時間短)、高電平(時間長)；則發動機ECU5判定一缸為壓縮上止點，否則一缸不是壓縮上止點，四缸是壓縮上止點。

假設發動機ECU5每分鐘接受了曲軸飛輪凸齒數量為a個，則：

發動機轉速為：a/58；

曲軸轉一圈所需時間：60000*58/a；

曲軸轉了1°所需時間：60000*58/360*a；

如果點火提前角為ω，則：

一缸點火時間為缺齒信號後：

三缸點火時間為缺齒信號後：

根據步驟S200判斷點火的時刻之後，根據步驟S300，如果在缺齒信號後T1至T2時間範圍內，發動機ECU5接收到聲學傳感器輸入的突變的電壓值後，則判定一缸發生了一次失火現象，發動機ECU5累計一缸一次失火。

按照四缸發動機一缸、三缸、四缸和二缸的點火順序以此類推，如果在三缸點火至四缸點火時刻段內，發動機ECU5接收到聲學傳感器2輸入的突變的電壓值後，則判定三缸發生了一次失火現象，發動機ECU5累計三缸一次失火；如果在四缸點火至二缸點火時刻段內，發動機ECU5接收到聲學傳感器輸入的突變的電壓值後，則判定四缸發生了一次失火現象，發動機ECU5累計四缸一次失火；如果在二缸點火至一缸點火時刻段內，發動機ECU5接收到聲學傳感器輸入的突變的電壓值後，則判定二缸發生了一次失火現象，發動機ECU5累計二缸一次失火。

另外，還需要說明的是關於點火提前角的問題，從火花塞發出電火花，到該缸活塞運行至壓縮上止點時曲軸轉過的角度即為點火提前角。當汽油機保持節氣門開度、轉速以及混合氣濃度一定時，汽油機功率和耗油率隨點火提前角的改變而變化。對應於發動機每一工況都存在一個「最佳」點火提前角。

合適的點火提前角，可使發動機每循環所做的機械功最多。

發動機正常運轉時，發動機ECU5根據發動機的轉速和負荷信號，確定基本點火提前角，並根據其他有關信號進行修正，最後確定實際的點火提前角，並向電子點火控制器輸出點火執今信號，以控制點火系的工作。

發動機起動時，按發動機ECU5內存儲的初始點火提前角對點火提前角進行控制。起動時點火提前角的設定值隨發動機而異，對一定的發動機而言，起動時的點火提前角是固定的，一般為10°左右。

另外，上述步驟是在假定曲軸位置傳感器的物理安裝位置為離大齒缺相隔20個小齒缺的位置，在理論情況下，該位置可以是離大齒缺相隔m個小齒缺的位置，m的取值可為1～58中任意一個數值。如此，即可得到下述結論：

假設發動機ECU5每分鐘接受的曲軸飛輪凸齒數量為a個，則：

發動機轉速為：a/58；

曲軸轉一圈所需時間：60000*58/a；

曲軸轉了1°所需時間：60000*58/360*a；

如果點火提前角為ω，則：

一缸點火時間為缺齒信號後：

三缸點火時間為缺齒信號後：

另外，因為T2為T1與曲軸轉一圈所需時間的一半之和，則可得到以下結論：

令T0＝60000*58/a，按照四缸發動機一缸、三缸、四缸和二缸的點火順序以此類推，曲軸轉兩圈，720度，完成一個衝程。則：

T1＝T1；

T2＝T1+1/2*T0；

四缸點火時間為缺齒信號後：

T3＝T2+1/2*T0＝T1+T0；

2缸點火時間為缺齒信號後：

T4＝T3+1/2*T0＝T1+3/2*T0；

即只要確定一個氣缸的缺齒信號後點火時間，就可根據上述公式計算出其他氣缸的點火時刻。

一般來說四缸發動機可按照下述公式確定所述多個氣缸中每一氣缸的點火時刻：

其中，Tn為第n缸的點火時刻，m為所述飛輪缺齒後第m個凸齒為下降沿，ω為點火提前角，a為發動機控制單元每分鐘接受所述飛輪的凸齒數量；其中凸齒的個數，取值為1≤m≤58且m為整數；所述第n缸是所述四個氣缸中點火順序為第n個點火的氣缸，n為整數，且1≤n≤4。

另外，上述所有單位除發動機轉速單位為r/min外，其餘單位均為ms。

至此，本領域技術人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發明精神和範圍的情況下，仍可根據本發明公開的內容直接確定或推導出符合本發明原理的許多其他變型或修改。因此，本發明的範圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。