內燃機的失火檢測裝置的制作方法

            文檔序號:5245810閱讀:226來源:國知局
            專利名稱:內燃機的失火檢測裝置的制作方法
            技術領域
            本發明涉及內燃機的失火檢測裝置,特別涉及根據與內燃機轉速對應的轉速參數來判定失火有無的裝置。
            背景技術
            在專利文獻1中,揭示了根據作為規定曲軸角的旋轉所需時間的分段時間形成特征信號q(n),根據該特征信號q(n)來判定失火有無的方法。特征信號q(n)是表示分段時間的信號,是被轉換為作為復平面上的點而示出的信號,根據特征信號q(n)的大小以及相位來判定失火的有無。
            專利文獻1日本特開平9-119338號公報在上述以往的方法中,需要從表示作為轉速參數的分段時間的信號中提取所期望的頻率成分的帶通濾波器,而且需要根據應檢測的失火模式(例如,1氣缸連續失火、相對2氣缸連續失火等的失火發生形式)來改變濾波器特性。因此,存在失火判定處理復雜化的問題。
            而且,存在無法準確地判定在哪個氣缸發生了失火的情況,存在隨著內燃機的氣缸數量而處理內容變化、或者判定閾值的設定所需的工時多的問題。

            發明內容
            本發明就是為了解決上述問題而提出的,其目的在于提供一種可以通過比較簡單的運算對每個氣缸進行準確的失火判定、且通用性高的失火檢測裝置。
            為了達成上述目的,本發明的第一方面的內燃機的失火檢測裝置,該失火檢測裝置具有檢測與內燃機的轉速對應的轉速參數(OMG)的轉速參數檢測單元(12、20),根據所檢測到的轉速參數(OMG)來檢測所述內燃機的失火,其特征在于,具有基準值計算單元,其計算所述轉速參數的基準值(OMGR((k-1)NTDC));相對速度參數計算單元,其計算所述基準值(OMGR((k-1)NTDC))與每隔規定曲軸角檢測出的轉速參數(OMGR(i))之間的偏差作為相對速度參數(OMGREF(i),OMGREFM(i));以及判定單元,其計算所述相對速度參數的累計值(MFJUD),根據該計算的累計值(MFJUD)進行失火判定。
            本發明第二方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第一方面的內燃機的失火檢測裝置中,所述基準值(OMGR((k-1)NTDC))是成為失火判定對象的氣缸的活塞位于壓縮上死點附近時檢測出的所述轉速參數。
            本發明第三方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第一或第二方面的內燃機的失火檢測裝置中,所述判定單元在曲軸角720/N(N是所述內燃機的氣缸數)度的期間內對所述相對速度參數(OMGREF(i),OMGREFM(i))進行累計。
            在此,作為不易受到其它氣缸的燃燒的影響、且包含相關氣缸(判定對象氣缸)的燃燒行程中發生扭矩為最大的曲軸角位置的期間,進行所述累計的720/N度的期間,例如,設定為從該氣缸的燃燒行程的開始上死點(壓縮上死點)附近開始的720/N度的期間。
            本發明第四方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第一至第三方面中的任一項所述的內燃機的失火檢測裝置中,還具有慣性力速度成分計算單元,其計算由所述內燃機的可動部件的慣性力引起的慣性力轉速成分(OMGI),所述判定單元根據所述相對速度參數(OMGREF(i),OMGREFM(i))以及慣性力轉速成分(OMGI)來進行所述失火判定。
            本發明第五方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第一至第三方面中的任一項所述的內燃機的失火檢測裝置中,還具有慣性力速度成分計算單元,其計算由所述內燃機的可動部件的慣性力引起的慣性力轉速成分(OMGIa),所述判定單元用所述慣性力轉速成分(OMGIa)對所述相對速度參數(OMGREF)進行修正,從而計算第1修正相對速度參數(OMGREFMa),通過將該第1修正相對速度參數(OMGREFMa)乘以對正常燃燒時的轉速變化進行近似的燃燒相關函數(FCR),來計算第2修正相對速度參數(OMGREFMb),根據該第2修正相對速度參數的積分值(MFJUDd)來進行所述失火判定。
            本發明第六方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第五方面所述的內燃機的失火檢測裝置中,所述燃燒相關函數(FCR)由下式定義(1-2cos(N·θ/2))/2其中,N是所述內燃機的氣缸數,θ是以所述內燃機的特定氣缸的活塞位于上死點位置處的角度為基準的曲軸角。
            本發明第七方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第五方面所述的內燃機的失火檢測裝置中,所述燃燒相關函數(FCR)是將所述內燃機的正常燃燒狀態的轉速變化波形歸一化成最小值為“0”且最大值為“1”的函數。
            本發明第八方面的內燃機失火檢測裝置,其特征在于,在本發明的第一至第四方面中的任一項所述的內燃機的失火檢測裝置中,還具備負荷扭矩校正單元,其對所述轉速參數(OMG(i))進行校正,以排除因從所述內燃機的負荷側向所述內燃機施加的扭矩而引起的轉速變動成分,所述基準值計算單元和相對速度參數計算單元利用通過所述負荷扭矩校正單元進行校正后的轉速參數(OMGR(i)),分別進行所述基準值的計算以及所述相對速度參數的計算。
            在此,“從所述內燃機的負荷側向所述內燃機施加的扭矩”具體地是指通過內燃機驅動的車輛的車輪或輔機、或者由于內燃機的摩擦而對內燃機施加的扭矩。
            根據本發明的第一方面,計算轉速參數的基準值,計算所述基準值與每隔規定曲軸角檢測出的轉速參數之間的偏差作為相對速度參數,根據對該相對速度參數進行累計而得到的累計值進行失火判定。通過適當地設定基準值,相對速度參數的累計值表示燃燒行程中的氣缸的發生扭矩,因此,根據該累計值,可以判定在發生扭矩為負值的氣缸中發生了失火。該判定對每個氣缸進行,因此不論內燃機的氣缸數是多少,都可容易地確定失火發生氣缸。其結果,可以通過比較簡單的運算來進行準確的失火判定、且可進行通用性高的失火判定。
            根據本發明的第二方面,基準值是作為失火判定對象的氣缸的活塞位于壓縮上死點附近時檢測出的轉速參數。由此,可根據對象氣缸的燃燒行程中轉速參數的推移來進行判定。
            根據本發明的第三方面,通過在曲軸角720/N(N是所述內燃機的氣缸數)度的期間內對相對速度參數進行累計,而算出累計值。720/N度相當于與燃燒行程的發生周期相對應的曲軸角期間,通過在該期間內進行累計,能夠對每個氣缸進行準確的失火判定。
            根據本發明的第四方面,根據相對速度參數以及內燃機的可動部件的慣性力引起的慣性力轉速成分來進行失火判定。由此,能夠排除內燃機的可動部件的慣性力引起的轉速成分的影響,進行準確的判定。
            根據本發明的第五方面,用慣性力轉速成分對相對速度參數進行修正,從而計算第1修正相對速度參數,通過將該第1修正相對速度參數乘以對正常燃燒時的轉速變化進行近似的燃燒相關函數(FCR)來計算第2修正相對速度參數,根據該第2修正相對速度參數的積分值來進行失火判定。通過乘以燃燒相關函數,可去除包含在所檢測出的轉速參數中的干擾的影響,提高失火判定的精度。
            根據本發明的第六方面,應用使用了余弦函數的上述算式定義的燃燒相關函數,可通過比較簡單的運算進行適當的校正,而與氣缸數無關。
            根據本發明的第七方面,作為燃燒相關函數應用將內燃機的正常燃燒狀態下的轉速變化波形歸一化成最小值為“0”且最大值為“1”的函數,因此可在燃燒相關函數中反映內燃機的特性,可進行更加適當的校正。
            根據本發明的第八方面,對轉速參數進行校正,以排除因從內燃機的負荷側施加的扭矩而引起的轉速變動成分,利用該校正后的轉速參數,進行基準值的計算以及相對速度參數的計算,從而能夠排除因施加在內燃機上的負荷扭矩而引起的轉速變動成分的影響,進行準確的判定。


            圖1是表示本發明的一個實施方式的內燃機及其控制裝置的結構的圖。
            圖2是用于說明失火判定的方法的圖。
            圖3是表示為了失火判定而計算的參數的推移的圖。
            圖4是表示為了失火判定而計算的參數的推移的圖。
            圖5是用于說明由發動機的往復運動部件工作而引起的慣性力扭矩的計算方法的圖。
            圖6是表示每個氣缸的慣性力扭矩(TI1)、6氣缸的合成慣性扭矩(TI)以及對應的慣性力轉速(ωI)的關系的波形圖。
            圖7是第一實施方式的失火判定處理的流程圖。
            圖8是表示判定結果的例子的圖。
            圖9是第一實施方式的變形例的失火判定處理的流程圖。
            圖10是第二實施方式的失火判定處理的流程圖。
            圖11是第二實施方式的變形例的失火判定處理的流程圖。
            圖12是用于說明在曲軸角度位置傳感器輸出中包含的干擾的影響的圖。
            圖13是表示燃燒相關函數(FCR)的例子的圖。
            圖14是表示燃燒相關函數(FCR)的另一例子的圖。
            圖15是表示失火判定參數的實測值的偏差的的圖。
            圖16是本發明的第三實施方式的失火判定處理的流程圖。
            具體實施例方式
            以下,參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
            圖1是表示本發明的一個實施方式的內燃機及其控制裝置的結構的圖。內燃機(以下稱為“發動機”)1例如具有6個氣缸,具備進氣管2以及排氣管5。在進氣管2中設有節氣門3。并且在排氣管5中設有進行排氣凈化的催化轉換器6。
            對于每個氣缸設有燃料噴射閥4,其設在發動機1和節氣門3之間且位于進氣管2的未圖示的進氣門的稍靠上游側,各噴射閥與未圖示的燃料泵連接,并且與電子控制單元(以下稱為“ECU”)20電連接,通過來自ECU 20的控制信號控制燃料噴射閥4的開啟時間。
            在緊靠節氣門3的下游處設有檢測進氣管2內的壓力的進氣管內絕對壓力(PBA)傳感器11,向ECU 20提供其檢測信號。
            在ECU 20上,連接有檢測發動機1的曲軸(未圖示)的旋轉角度的曲軸角度位置傳感器12,向ECU 20提供與曲軸的旋轉角度對應的信號。曲軸角度位置傳感器12由以下的傳感器構成氣缸判別傳感器,其在發動機1的特定的氣缸的規定曲軸角度位置處輸出脈沖(以下稱為“CYL脈沖”);TDC傳感器,其關于各氣缸的吸入行程開始時的上死點(TDC)在規定曲軸角度前的曲軸角度位置處(在6氣缸發動機中為曲軸角每120度)輸出TDC脈沖;以及CRK傳感器,其按照比TDC脈沖短的一定曲軸角周期(例如6度周期)產生1個脈沖(以下稱為“CRK脈沖”),向ECU 20提供CYL脈沖、TDC脈沖和CRK脈沖。這些脈沖用于燃料噴射時期、點火時期等的各種正時控制、發動機轉速(發動機旋轉速度)NE的檢測。并且,ECU 20根據CRK脈沖的發生時間間隔(以下稱為“時間參數”)CRME,進行發動機1的失火的檢測。
            ECU 20由以下部分構成輸入電路,其具有對來自各種傳感器的輸入信號波形進行整形,把電壓電平修正為規定的電平,把模擬信號值轉換為數字信號值等的功能;中央運算處理單元(以下稱為“CPU”);存儲通過CPU執行的各種運算程序和運算結果等的存儲電路;以及向燃料噴射閥4等提供控制信號的輸出電路等。ECU 20的CPU執行以下說明的失火檢測。
            接著對本實施方式的失火檢測的方法詳細地進行說明。
            圖2(a)是表示以在發動機1的各氣缸的活塞壓縮上死點附近時檢測到的轉速(以下稱為“基準轉速”)為基準的相對轉速OMGREF的推移的時序圖。壓縮上死點被定義為各氣缸的燃燒行程開始的上死點。另外,在以下的說明中,“各氣缸的壓縮上死點”或“各氣缸的壓縮上死點附近”是指“各氣缸的活塞處于壓縮上死點的時候”或者“各氣缸的活塞處于壓縮上死點附近的時候”。通過從每隔6度的曲軸角度檢測的轉速(根據時間參數CRME計算)中減去基準轉速來計算相對轉速OMGREF。圖2(a)中的#1~#6是為了按照點火的順序對6個氣缸進行識別而添加的氣缸識別編號(與后述的氣缸編號不同)。在壓縮上死點后的燃燒行程中,若點火正常進行,則相對轉速OMGREF為正值,若發生失火則為負值。即,在圖2(a)中所示的例子中,#1~#3、#5和#6氣缸進行正常燃燒,而在#4氣缸中發生了失火。因此,如圖2(b)的棒狀圖(未加陰影線的右側的棒狀圖)所示,通過在1個TDC期間(與燃燒行程相對應的曲軸角度120度的期間)內累計每隔曲軸角6度計算的相對轉速OMGREF而得到的累計值在發生失火的#4氣缸中為負值,在進行正常燃燒的氣缸中為正值。由此,可判定失火氣缸。并且,通過上述運算而得到的累計值成為表示在各氣缸中發生的扭矩的參數。
            圖2(b)中所示的加陰影線的棒狀圖表示在1個TDC期間內對以壓縮上死點附近檢測到的時間參數(以下稱為“基準時間參數”)為基準的相對時間參數CRMEREF進行累計而得到的累計值。通過從基準時間參數中減去每隔曲軸角6度檢測的時間參數來計算相對時間參數CRMEREF。即,若通過燃燒發生扭矩,則相對時間參數CRMEREF為正值,若因失火不發生扭矩則為負值。由此,與相對轉速OMGREF的累計值同樣,相對時間參數CRMEREF的累計值在發生失火的#4氣缸為負值,在進行正常燃燒的氣缸中為正值。由此,不將時間參數CRME轉換為轉速OMG而直接使用,同樣可進行失火氣缸的判定。
            圖3和圖4是用于更加詳細地說明上述失火判定方法的時序圖。圖3和圖4表示發動機轉速NE正在上升的狀態。圖3(a)表示時間參數CRME的推移,圖3(b)表示由時間參數CRME計算的轉速OMG的推移。圖3(c)表示通過對轉速OMG實施720度濾波處理而計算的濾波處理后轉速OMGR的推移。720度濾波處理是消除1周期的期間中的線性變化成分,提取比較短周期的變動的處理(該處理的細節后述)。720度濾波處理是為了除去由從發動機1的負荷側向發動機1施加的扭矩(通過發動機1驅動的車輛的輪胎或輔機施加的扭矩,或者由于發動機1的滑動部件的摩擦引起的扭矩)引起的旋轉變動成分而進行的處理。
            圖4(a)表示在各氣缸的壓縮上死點附近,以與基準轉速的計算相同的定時而計算的慣性力轉速OMGI的推移。根據發動機1的往復運動部件(活塞和連桿)的質量、連桿的長度、曲軸半徑、以及曲軸帶輪、變矩器、鎖止離合器等的發動機1的負荷側的旋轉部件的慣性矩而計算出慣性力轉速OMGI。
            圖4(b)表示通過對相對轉速OMGREF加上慣性力轉速OMGI而計算的修正相對轉速OMGREFM(=OMGREF+OMGI)的推移,圖4(c)表示通過在1個TDC期間中對修正相對轉速OMGREFM進行累計而計算的累計值、即判定參數MFJUD的推移。在該例中,判定參數MFJUD在曲軸角120度~240度的范圍內為負值,判定為在#2氣缸發生了失火。
            接著,說明慣性力轉速OMGI的計算方法。若如圖5所示設連桿長為L、曲軸半徑為R、偏置為e、曲軸的旋轉角速度為ω、活塞和連桿的合計質量為m,角度θ和φ按照圖示定義,則由1個氣缸中產生的慣性力引起的扭矩(以下稱為“單一氣缸慣性扭矩”)TI1可以用下式(1)表示。其中,以下所示算式中的角度的單位設為使用弧度[rad]。
            TI1=-mR2ω2(cosθ+esinθ/L+Rcos2θ/L)·cos{π2-(φ+θ)}/cosφ...(1)]]>圖6(a)是把根據式(1)計算的單一氣缸慣性扭矩TI1作為曲軸角度θ的函數而用曲線表示的圖。把單一氣缸慣性扭矩TI1的相位每隔120度偏移而將6個氣缸的部分相加得到的合成慣性扭矩TI如圖6(b)所示那樣推移,能夠以下式(2)來進行近似。
            TI=-Asin3θ(2)其中,A是與旋轉角速度ω[rad/s]的平方成正比的系數。
            另一方面,設曲軸帶輪、變矩器等的旋轉部件的慣性矩為I,則合成慣性扭矩TI由下式(3)得到(參照圖6(c))。
            TI=I×(dω/dt) (3)從式(2)和式(3)得到下式(4),對于旋轉角速度ω進行求解,則與合成扭矩TI對應的慣性力轉速ωI由下式(5)表示。
            -Asin3θ=I×(dω/dt)(4)ωI=(Acos3θ×dt/dθ)/3I(5)由此,可以把式(5)的θ設為“0”,通過式(6)來計算壓縮上死點處的慣性力轉速OMGI。
            OMGI=(A/3I)(1/OMG) (6)系數A與轉速OMG的平方成正比,因此把比例常數設為K,則式(6)可以變形為式(7)。
            OMGI=K·OMG/3I (7)圖6(b)表示合成慣性扭矩TI的推移,圖6(c)表示對應的慣性力轉速ωI的推移。這樣,在壓縮上死點(θ=0,120,240,...)處的慣性力轉速OMGI變為最大值,因此通過對相對轉速OMGREF加上慣性力轉速OMGI(等價于從基準轉速中減去慣性力轉速OMGI),可以得到排除了慣性力轉速ωI的影響的修正相對轉速OMGREFM。此外,通過在1個TDC周期(120度)內對修正相對轉速OMGREFM進行累計而消除了圖6(c)中示出的慣性力轉速ωI的周期變動成分。
            圖7是失火判定處理的流程圖,利用ECU 20的CPU來與TDC脈沖發生同步地執行該處理。其中,對于每隔曲軸角6度產生的CRK脈沖的發生時間間隔、即時間參數CRME(i),在存儲電路內的緩沖存儲器中存儲了曲軸角720度那么多的數據(i=0~ND-1,數據量ND為120)。并且,設點火順序的氣缸識別編號為k(=1~6)、1個TDC期間內的數據量為NTDC(在本實施方式中為NTDC=20),則通過執行1次本處理,進行參數i從(k-1)NTDC到(kNTDC-1)的運算。例如,在當前次的處理進行與第1個氣缸(k=1)相對應的運算時,參數i取從0至(NTDC-1)的值,在當前次的處理進行與第5個氣缸(k=5)相對應的運算時,參數i取從4NTDC至(5NTDC-1)的值。
            在步驟S11中,通過下式(8),把時間參數CRME(i)轉換為轉速OMG(i)[rad/s]。
            OMG(i)=Dθ/CRME(i) (8)其中,Dθ為計測時間參數CRME的角度間隔4π/ND,在本實施方式中,為π/30[rad]。
            在步驟S12中,通過下式(9),執行720度濾波處理,計算濾波處理后的轉速OMGR(i)。
            OMGR(i)=OMG(i)-(OMG(ND)-OMG(0))×Dθ×i/4π(9)在步驟S13中,通過下式(10),計算相對轉速OMGREF。
            OMGREF(i)=OMGR(i)-OMGR((k-1)NTDC) (10)其中,OMGR((k-1)NTDC)為基準轉速,相當于判定對象氣缸的壓縮上死點處的濾波處理后轉速。
            在步驟S14中,通過下式(11),計算慣性力轉速OMGI(k)。
            OMGI(k)=K·OMG((k-1)NTDC)/3I (11)最好根據此時自動變速器的鎖止離合器是否接合,變更慣性矩I的值。由此,不論鎖止離合器的接合/非接合均可進行準確的判定。
            在步驟S15中,通過下式(12),計算修正相對轉速OMGREFM(i)。
            OMGREFM(i)=OMGREF(i)+OMGI(k) (12)在步驟S16中,通過下式(13),作為修正相對轉速OMGREFM的累計值計算出判定參數MFJUD(k)。
            MFJUD(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREFM(i)...(13)]]>在步驟S17中,判別判定參數MFJUD(k)是否比“0”小,當其答案為否定(NO)時,判定為進行了正常燃燒,把失火標志FMF(k)設定為“0”(步驟S18)。另一方面,當MFJUD(k)<0時,判定為在#k氣缸發生了失火,把失火標志FMF(k)設定為“1”(步驟S19)。
            在步驟S20中,判定氣缸識別編號k是否等于氣缸數N,當其答案為否定(NO)時,對氣缸識別編號k加“1”(步驟S22)。此外,當k=N時,使氣缸識別編號k返回“1”(步驟S21)。
            通過圖7的處理,對每個氣缸進行失火判定。
            圖8是表示在各種各樣的發動機運轉狀態中,使失火發生模式變化而計算判定參數MFJUD的結果的圖。圖8(a)表示在低轉速低負荷運轉狀態下進行正常燃燒的例子的計算數據;圖8(b)表示在低轉速高負荷運轉狀態下進行正常燃燒的例子的計算數據。在全部的氣缸中得到正值。
            圖8(c)表示在低轉速低負荷運轉狀態下在1號氣缸中發生了失火的例子;圖8(d)表示在低轉速低負荷運轉狀態下在1號氣缸和5號氣缸中發生了失火的例子;圖8(e)表示在低轉速部分負荷運轉狀態下在5號氣缸和6號氣缸中發生了失火的例子。在這些例子中都是與失火的氣缸對應的判定參數MFJUD的值變為負值,能夠可靠地判定失火。
            圖8(f)表示在高轉速低負荷運轉狀態下在1號氣缸和5號氣缸中發生了失火的例子;圖8(g)表示在高轉速滿負荷運轉狀態下在5號氣缸中發生了失火的例子;圖8(h)表示在高轉速部分負荷運轉狀態下在3號氣缸和4號氣缸中發生了失火的例子。圖8(i)表示在高轉速低負荷運轉狀態下在5號氣缸中發生了失火的例子;圖8(j)表示在中間轉速部分負荷運轉狀態下在1號氣缸、3號氣缸和4號氣缸中發生了失火的例子。在這些例子中都是與失火的氣缸對應的判定參數MFJUD的值變為負值,能夠可靠地判定失火。
            根據以上的本實施方式,通過對以各氣缸的壓縮上死點處的轉速為基準轉速的相對轉速進行1個TDC期間的累計,來計算表示處于燃燒行程中的氣缸的發生扭矩的判定參數MFJUD,根據該判定參數MFJUD進行失火判定。而且,在該判定參數MFJUD的計算中,無需進行與應該檢測的失火模式對應的多個濾波處理。因此,能夠以比較簡單的運算來對每個氣缸進行準確的失火判定。
            更加具體地說,作為在失火判定對象氣缸的的壓縮上死點附近檢測到的基準轉速OMGR((k-1)NTDC)和每隔曲軸角6度計算的轉速OMGR之間的偏差,計算出相對轉速OMGREF,通過對其加上慣性力轉速OMGI,計算修正相對轉速OMGREFM。通過加上慣性力轉速OMGI,對因慣性力轉速引起的基準轉速OMGR((k-1)NTDC)的偏差進行了校正,能夠排除慣性力轉速的影響而進行準確的失火判定。
            這里,可以根據由部件的尺寸和質量等的設計明確地決定的數據計算出由慣性力引起的慣性力轉速OMGI,因此可大幅減少判定閾值的設定等所需的工時。
            并且,通過對轉速OMG實施720度濾波處理,計算出濾波處理后轉速OMGR,使用濾波處理后轉速OMGR計算出相對轉速OMGREF、修正相對轉速OMGREFM和判定參數MFJUD。通過720度濾波處理,能夠排除從發動機1的負荷側施加的扭矩、例如由通過發動機1驅動的車輛的車輪或輔機施加的扭矩,或者由于發動機1的滑動部件的摩擦而產生的扭矩所引起的轉速變動成分,進行準確的判定。
            在本實施方式中,曲軸角度位置傳感器12和ECU 20構成轉速參數檢測單元,ECU 20構成基準值計算單元、相對速度參數計算單元、判定單元、慣性力速度成分計算單元、以及負荷扭矩修正單元。更加具體地說,圖7的步驟S11相當于轉速參數檢測單元的一部分,步驟S13相當于基準值計算單元和相對轉速參數計算單元,步驟S15~S19相當于判定單元,步驟S14相當于慣性力速度成分計算單元,步驟S12相當于負荷扭矩校正單元。
            圖9表示圖7所示的流程圖的變形例。圖9所示的處理是把圖7所示處理的步驟S16和S17變更為步驟S16a、S16b以及S17a后的處理。
            在步驟S16a中,通過下式(13a),作為相對轉速OMGREF(i)的累計值而計算出判定參數MFJUDa(k)。
            MFJUDa(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREF(i)...(13a)]]>在步驟S16b中,通過下式(14),計算判定閾值MFTH(k)。
            MFTH(k)=-NTDC×OMGI(k)(14)在步驟S17a中,判別判定參數MFJUDa(k)是否比判定閾值MFTH(k)小,當其答案為否定(NO)時,判定為正常燃燒并進入步驟S18。另一方面,當MFJUDa(k)<MFTH(k)時,判定為在#k氣缸發生了失火,并進入步驟S19。
            在該變形例中,判定閾值MFTH(k)相當于慣性力轉速OMGI的累計值。即,代替對修正相對轉速OMGREFM進行累計,通過對相對轉速OMGREF進行累計,來計算判定參數MFJUDa(k),通過把慣性力轉速OMGI的累計值作為判定閾值MFTH(k),可進行與上述實施方式相同的判定。
            在本變形例中,圖9的步驟S16a、S16b、S17a、S18以及S19相當于判定單元。
            在上述的實施方式中,把時間參數CRME轉換為轉速OMG,使用轉速OMG作為速度參數來進行失火判定,但在本實施方式中,使用時間參數CRME作為速度參數來進行失火判定。并且,除下面說明的點以外,均與第1實施方式相同。
            圖10是把時間參數CRME用作為速度參數的失火判定處理的流程圖。
            在步驟S32中,通過下式(21),執行720度濾波處理,計算濾波處理后時間參數CRMER(i)。
            CRMER(i)=CRME(i)-(CRME(0)-CRME(ND))×Dθ×i/4π(21)在步驟S33中,通過下式(22),計算相對時間參數CRMEREF(i)。
            CRMEREF(i)=CRMER((k-1)NTDC)-CRMER(i)(22)其中,CRMER((k-1)NTDC)為基準時間參數,相當于判定對象的氣缸的壓縮上死點處的濾波處理后時間參數。
            在步驟S34中,通過下式(23),計算慣性力時間參數CRMEI(k)。
            CRMEI(k)=3I·CRME((k-1)NTDC)/K (23)在步驟S35中,通過下式(24),計算修正相對時間參數CRMEREFM(i)。
            CRMEREFM(i)=CRMEREF(i)-CRMEI(k) (24)在步驟S36中,通過下式(25),計算判定參數MFJUDb(k),作為修正相對時間參數CRMEREFM的累計值。
            MFJUDb(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1CRMEREFM(i)...(25)]]>
            在步驟S37中,判別判定參數MFJUDb(k)是否比“0”小,當其答案為否定(NO)時,判定為進行了正常燃燒,把失火標志FMF(k)設定為“0”(步驟S38)。另一方面,當MFJUDb(k)<0時,判定為在#k氣缸發生了失火,把失火標志FMF(k)設定為“1”(步驟S39)。
            在步驟S40中,判定氣缸識別編號k是否等于氣缸數N,當其答案為否定(NO)時,對氣缸識別編號k加“1”(步驟S42)。此外,當k=N時,使氣缸識別編號k返回“1”(步驟S41)。
            如參照圖2(b)說明的那樣,相對時間參數CRMEREF的累計值取決于失火的有無,與相對轉速OMGREF的累計值同樣地變化,因此能夠與第1實施方式同樣地對每個氣缸準確地進行失火判定。
            在本實施方式中,圖10的步驟S33相當于基準值計算單元和相對速度參數計算單元,步驟S36~S39相當于判定單元,步驟S34和S35相當于慣性力速度成分計算單元,步驟S32相當于負荷扭矩校正單元。
            圖11表示圖10所示的流程圖的變形例。在圖11中所示的處理是把圖10所示處理的步驟S36和S37變更為步驟S36a、S36b以及S37a后的處理。
            在步驟S36a中,通過下式(25a),作為相對時間參數CRMEREF(i)的累計值而計算出判定參數MFJUDc(k)。
            MFJUDc(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1CRMEREF(i)...(25a)]]>在步驟S36b中,通過下式(26),計算判定閾值MFTHa(k)。
            MFTHa(k)=NTDC×CRMEI(k)(26)在步驟S37a中,判別判定參數MFJUDc(k)是否比判定閾值MFTHa(k)小,當其答案為否定(NO)時,判定為正常燃燒并進入步驟S38。另一方面,當MFJUDc(k)<MFTHa(k)時,判定為在#k氣缸發生了失火,并進入步驟S39。
            在該變形例中,判定閾值MFTHa(k)相當于慣性力時間參數CRMEI的累計值。即,代替對修正相對時間參數CRMEREFM進行累計,通過對相對時間參數CRMEREF進行累計,來計算判定參數MFJUDc(k),通過把慣性力時間參數CRMEI的累計值作為判定閾值MFTHa(k),可進行與上述第2實施方式相同的判定。
            在本變形例中,圖11的步驟S36a、S36b、S37a、S38以及S39相當于判定單元。
            本發明并不限于上述實施方式,可進行各種的變形。例如,在上述實施方式中,把時間參數CRME(i)應用于式(8),計算轉速OMG,但為了在高轉速時不降低計算精度,優選使用通過下式(31)計算的5個時間參數CRME的累計值CRME30(i)來計算轉速OMG。
            CRME30(i)=Σj=04CRME(i+j)...(31)]]>在該情況下,轉速OMG(i)通過下式(8a)計算。但是,因為轉速的計算相位有偏移,因此進行相應的相位校正。
            OMG(i)=5Dθ/CRME30(i)(8a)并且,在上述實施方式中,對于作為相對轉速OMGREF(相對時間參數CRMEREF)的計算基準的基準轉速(基準時間參數),使用了各氣缸的壓縮上死點處的轉速(時間參數),但采樣定時無需與壓縮上死點準確地一致,只要在壓縮上死點的附近(例如±7.5度的范圍內)即可。在此,7.5度與轉速參數的采樣周期為15度的情況對應,一般地,如果設采樣周期為θSPL,則可以使用在±θSPL/2的范圍內采樣的轉速參數。
            并且720度濾波處理可以取代上述式(9)的處理而通過下式(9a)來進行。下式(9a)是使用曲軸角720度的期間的轉速OMG的移動平均值OMGAVE(m)來消除線性變化成分的處理。其中,m是與曲軸角720度的周期對應的離散化時刻。
            OMGR(i)=OMG(i)-(OMGAVE(m)-OMGAVE(m-1))×Dθ×i/4π(9a)[第三實施方式]本實施方式對第一實施方式的修正相對轉速OMGREFM的計算方法進行變更,以排除因曲軸的扭轉和曲軸角度位置傳感器的時間參數CRME的檢測誤差引起的干擾的影響。
            圖12(a)表示修正相對轉速OMGREFM的實測數據的例子,在該圖中用虛線圍起的部分是受到上述干擾影響的部分。當存在這樣的干擾的影響時,產生失火的誤判定的可能性變高。因此,在本實施方式中,通過對修正相對轉速OMDREFM乘以燃燒相關函數FCR,來排除上述干擾的影響,該燃燒相關函數FCR是對進行正常燃燒且不存在對曲軸角度位置傳感器的檢測值帶來影響的干擾的情況下的轉速變化進行近似的函數。圖12(b)表示通過對圖12(a)中所示的修正相對轉速OMGREFM乘以燃燒相關函數FCR而計算出的修正相對轉速OMGREFMb,改善了圖12(a)中所示的用虛線圍起部分的波形。
            使用圖13中所示的函數,即由下式(41)定義的函數作為燃燒相關函數FCR。其中,N是氣缸數、θ是以特定氣缸的活塞位于上死點的角度為基準的曲軸角(參照圖5)。此外,圖13表示與本實施方式的6缸發動機相對應的燃燒相關函數FCR。
            FCR={1-2cos(N·θ/2)}/2(41)此外,也可例如在發動機的暖機后的穩定運轉狀態中,計測正常燃燒時的各氣缸的缸內壓力,通過對計測出的每個氣缸的缸內壓力進行相加,計算合成的缸內壓力變化,通過將該合成缸內壓力變化換算為轉速的變化,來求出燃燒相關函數FCR。圖14是表示這樣求出的燃燒相關函數FCR的圖。圖14中所示的燃燒相關函數是將正常燃燒狀態下的轉速變化波形歸一化成最小值為“0”且最大值為“1”的函數。
            圖15(a)表示不進行通過燃燒相關函數實現的相對轉速校正時的判定參數MFJUD的偏差范圍(平均值(黑圓點)±3σ)的例子,圖15(b)表示本實施方式的判定參數MFJUDd的偏差范圍的例子。從這些圖可以明了,通過進行使用了燃燒相關函數FCR的校正,可提高判定參數MFJUDd的計算精度,減小偏差范圍(在圖示例子中約減小40%)。其結果,可提高失火判定的精度。
            圖16是本實施方式的失火判定處理的流程圖。步驟S51~S53與圖7的步驟S11~S13相同,步驟S59~S63與圖7的步驟S18~S22相同。
            在步驟S54中,在下式(42)中應用通過式(11)計算出的慣性力轉速OMGI(k),計算出慣性力轉速OMGIa(i)。在第1實施方式中,將壓縮上死點處的慣性力轉速OMGI(k)直接應用于式(12),計算出修正相對轉速OMGREFM(i),但在本實施方式中,計算各個采樣定時的慣性力轉速OMGIa(i),進行相對轉速OMGREF的修正。在式(42)中,應用3個TDC期間前的慣性力轉速OMGI(k-3)的理由在于,在上述的720度濾波處理中使用中間值的運算精度高。此外,參數k是氣缸識別編號,k=0、-1、-2分別與k=N(=6)、N-1(=5)、N-2(=4)相對應。
            OMGIa(i)=OMGI(k-3)×{cos(N·Dθ·i/2)-1}(42)在步驟S55中,應用通過下式(43)在步驟S54中計算出的慣性力轉速OMGIa(i),來計算第1修正相對轉速OMGREFMa(i)。
            OMGREFMa(i)=OMGREF(i)-OMGIa(i) (43)在步驟S56中,在下式(45)中應用在步驟S55中計算出的第1修正相對轉速OMGREFMa(i),以及通過下式(44)計算出的燃燒相關函數FCR(i),來計算第2修正相對轉速OMGREFMb(i)。式(44)是將式(41)的θ置換為(Dθ·i)的式子。
            FCR(i)={1-2cos(N·Dθ·i/2)}/2 (44)OMGREFMb(i)=OMGREFMa(i)×FCR(i)(45)在步驟S57中,通過下式(46)計算判定參數MFJUDd(k)。
            MFJUDd(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREFMb(i)...(46)]]>在步驟S58中,判別判定參數MFJUDd(k)是否為負值,當該回答為肯定(“是”)時,判定為發生了失火,進入步驟S60。另一方面,當MFJUDd(k)≥0時,進入步驟S59。
            以上這樣在本實施方式中,通過從相對轉速OMGREF(i)中減去慣性力轉速OMGIa(i),來計算第1修正相對轉速OMGREFMa,進而通過將第1修正相對轉速OMGREFMa乘以燃燒相關函數FCR,來計算第2修正相對轉速OMGREFMb,通過對第2修正相對轉速OMGREFMb進行積分,來計算判定參數MFJUDd,因此,可排除對曲軸角度位置傳感器12的檢測值帶來影響的干擾的影響,提高失火判定的精度。
            通過使用式(44)所示的燃燒相關函數FCR(i),無需用于設定燃燒相關函數值計算用的表的實驗,可以通過比較簡單的運算來進行適當的校正,而與氣缸數量無關。
            在本實施方式中,圖16的步驟S51相當于轉速參數檢測單元的一部分,步驟S53相當于基準值計算單元及相對速度參數計算單元,步驟S55~S60相當于判定單元,步驟S54相當于慣性力速度成分計算單元,步驟S52相當于負荷扭矩校正單元。
            在使用基于圖14中示出的實測數據的燃燒相關函數的情況下,預先在存儲器中存儲根據參數i來檢索圖14中所示的1個周期的函數值FCR(i)的FCR表,在步驟S56中,替代基于式(44)的運算,進行FCR表檢索。通過使用基于實測數據的燃燒相關函數,可在燃燒相關函數中反映內燃機的特性,可進行更加適當的校正。
            此外,式(44)的運算也可以通過預先在存儲器中作為表存儲余弦函數,檢索該余弦函數表來計算燃燒相關函數值FCR(i)。
            此外,式(42)的慣性力轉速OMGI(k-3)也可替換為當前次值OMGI(k)。
            此外,使用燃燒相關函數FCR的校正也可適用于所述第二實施方式。
            并且,在上述的實施方式中,示出了對6氣缸發動機應用本發明的例子,但本發明不論氣缸數量多少均可適用。并且,本發明也可適用于在燃燒室內直接噴射燃料的汽油發動機、或柴油發動機的失火判定。并且,本發明也可適用于把曲軸設為垂直方向的船外機等的船舶推進用發動機等的失火判定。
            權利要求
            1.一種內燃機的失火檢測裝置,該內燃機的失火檢測裝置具有檢測與內燃機的轉速對應的轉速參數的轉速參數檢測單元,根據所檢測到的轉速參數來檢測所述內燃機的失火,其特征在于,該內燃機的失火檢測裝置具有基準值計算單元,其計算所述轉速參數的基準值;相對速度參數計算單元,其計算所述基準值與每隔規定曲軸角檢測出的轉速參數之間的偏差作為相對速度參數;以及判定單元,其計算所述相對速度參數的累計值,根據該計算的累計值進行失火判定。
            2.根據權利要求1所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,所述基準值是成為失火判定對象的氣缸的活塞位于壓縮上死點附近時檢測出的所述轉速參數。
            3.根據權利要求1或2所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,所述判定單元在曲軸角720/N度的期間內對所述相對速度參數進行累計,其中,N是所述內燃機的氣缸數。
            4.根據權利要求1所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,該內燃機的失火檢測裝置還具有慣性力速度成分計算單元,其計算由所述內燃機的可動部件的慣性力引起的慣性力轉速成分,所述判定單元根據所述相對速度參數以及慣性力轉速成分來進行所述失火判定。
            5.根據權利要求1所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,該內燃機的失火檢測裝置還具有慣性力速度成分計算單元,其計算由所述內燃機的可動部件的慣性力引起的慣性力轉速成分,所述判定單元用所述慣性力轉速成分來修正所述相對速度參數,從而計算第1修正相對速度參數,通過將該第1修正相對速度參數乘以對正常燃燒時的轉速變化進行近似的燃燒相關函數,來計算第2修正相對速度參數,根據該第2修正相對速度參數的積分值來進行所述失火判定。
            6.根據權利要求5所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,所述燃燒相關函數由下式定義(1-2cos(N·θ/2))/2其中,N是所述內燃機的氣缸數,θ是以所述內燃機的特定氣缸的活塞位于上死點位置的角度為基準的曲軸角。
            7.根據權利要求5所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,所述燃燒相關函數是將所述內燃機的正常燃燒狀態下的轉速變化波形歸一化成最小值為“0”且最大值為“1”的函數。
            8.根據權利要求1所述的內燃機的失火檢測裝置,其特征在于,該內燃機的失火檢測裝置還具有負荷扭矩校正單元,其對所述轉速參數進行校正,以排除因從所述內燃機的負荷側向所述內燃機施加的扭矩而引起的轉速變動成分,所述基準值計算單元和相對速度參數計算單元利用通過所述負荷扭矩校正單元進行校正后的轉速參數,分別進行所述基準值的計算以及所述相對速度參數的計算。
            全文摘要
            本發明的課題是提供一種可以通過比較簡單的運算對每個氣缸進行準確的失火判定、且通用性高的內燃機失火檢測裝置。作為解決手段,計算在各氣缸的壓縮上死點附近檢測出的基準轉速OMGR((k-1)NTDC)和每隔規定曲軸角檢測出的轉速參數(OMGR(i))之間的偏差,作為相對轉速OMGREF(i)(S12,S13)。計算出表示由內燃機的往復運動部件等的慣性力引起的速度成分的慣性力轉速OMGI(k)(S14),由此對相對轉速OMGREF(i)進行修正,計算出修正相對轉速OMGREFM(i)(S15)。通過對修正相對轉速OMGREFM(i)進行累計,計算出判定參數MFJUD(k)(S16),根據判定參數MFJUD進行失火判定(S17)。
            文檔編號F02D45/00GK101059106SQ200610164558
            公開日2007年10月24日 申請日期2006年12月7日 優先權日2005年12月27日
            發明者塚本宗紀, 四竈真人 申請人:本田技研工業株式會社
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