發動機失火故障診斷方法

專利名稱：發動機失火故障診斷方法
技術領域：
本發明涉及發動機失火故障診斷方法，特別是一種在車載診斷(OBD)系統中使用的失火故障診斷方法。
背景技術：
OBD系統對發動機失火的故障診斷是非常重要的，在發動機失火時，大量未經燃燒的可燃混合氣進入催化轉換器中，導致排放超標，同時未燃HC (碳氫化合物)和大量氧氣會在催化器中燃燒，導致催化器溫度升高，導致催化轉化器的急劇損壞。因此OBD必須能夠探測造成HC排放突變的任意失火、單缸失火或多缸失火，失火診斷不僅要能發現失火現象， 還要判定發動機的失火類型是排放損壞型失火，還是催化器損壞型失火，并報告診斷故障。目前的失火診斷常采用扭矩模式或加速度模式對單缸或多缸進行失火診斷計算， 通過判斷失火率來確定是否存在失火，并報告故障診斷類型，即判定是是引起排放劣化的失火、還是引起催化器損壞的失火。當連續兩個工作循環都發生排放劣化型失火時，系統將點亮故障燈；而當發生催化器損壞型失火時，故障燈則以閃爍的形式提醒駕駛員。單獨采用扭矩模式或加速模式雖計算簡便，但當車輛處于高速階段或惡劣路面上時，容易導致測量結果不準確，造成誤判。

發明內容
本發明的目的是提供一種及時、準確發現發動機的失火，它依次采用加速度模式和扭矩模式進行診斷，提高了失火診斷的準確性，不易誤判，并可以確定出失火的原因是排放劣化或是催化器損害的發動機失火故障診斷方法。本發明提供了一種發動機失火故障診斷方法，包括(A)判斷發動機是否存在影響失火診斷故障，(B)更新失火故障診斷的信息索引值，(C)判斷發動機是否滿足發動機故障診斷的運轉條件，(D)判斷當前工況是否處于禁止失火診斷的區域，(E)進行加速模式下的失火診斷數據計算，計算加速度特征值，確定發生失火的氣缸，(F)進行扭矩模式下的失火診斷數據計算，計算扭矩特征值，(G)如果失火率大于催化器損壞性失火預定值，則判定存在催化器損壞型失火，和(H)如果失火率大于排放損壞型失火預定值，則判定存在排放劣化型失火。在發動機失火故障診斷方法的再一種具體實施方式
中，步驟(B)的失火故障診斷的信息索引值包括各缸壓縮上止點、兩個依次位于上止點的時間間隔和兩個上述時間間隔的時間差，它們是各缸壓縮上止點tij，其中i = 1,2,3-, j = 1，2，3，4，兩個依次位于上止點的時間間隔，即:T(i-l)4 = til-t(i-l)4, Til = ti2_til，Ti2 = ti3_ti2，和 Ti3 = ti4-ti3，其中i = 1，2，3…;和兩個上述時間間隔的時間差，即:ΔΤ 1 = Τ 2-Τ 1, ΔΤ 2 = Τ 3-Τ 2, ΔΤ 3 = Ti4-Ti3，和 ΔΤ 4 = T(i+1) l_Ti4 ；其中 i = 1，2，3…。在發動機失火故障診斷方法的另一種具體實施方式
中，步驟(E)的加速度特征值計算如下:Nil = (ΔΤ 2-ΔΤ 1) + (ΔΤ 2-ΔΤ 3)，Ni2 = ( Δ Ti3_ Δ Ti2) + ( Δ Ti3_ Δ Ti4)，Ν 3 = (ΔΤ 4-ΔΤ 3) + (ΔΤ 4-ΔΤ( +1) 1)，Ni4 = (ΔΤ( +1) 1-Δ Ti4) + ( Δ T (i+1) 1-ΔΤ( +1)2)，其中i = 1，2，3···;在發動機失火故障診斷方法的還一種具體實施方式
中，如果上述加速度特征值Nij大于標定限值，其中i = 1,2, ... ； j = 1，2，3，4，則判定發動機失火，根據i和j與實際工作缸的對應關系，確定發生失火的發動機氣缸號。在發動機失火故障診斷方法的又一種具體實施方式
中，步驟(F)所述扭矩特征值計算如下Μ1 = ΔΤ11_ΔΤ13，Μ2 = Δ Τ12-Δ Τ14，Μ3 = Δ Τ13-Δ Τ21，Μ4 = ΔΤ14-ΔΤ22, Μ5 = ΔΤ21-ΔΤ23，Μ6 = Δ Τ22-Δ Τ24，Μ7 = Δ Τ23-Δ Τ31，Μ8 = Δ Τ24-Δ Τ32，依此類推。在發動機失火故障診斷方法的又一種具體實施方式
中，其中從第三個發動機循環 t31 時刻起，Ul = Mj = MAX (Ml, M2, M3, M4)，其中:j = 1，2，3，4，U2 = M(j+1)，U3 = M(j+2)，U4 = M(j+3)；在 t32 時刻:U1 = Mj = MAX (M2，M3，M4，M5)，其中:j = 2，3，4，5，U2 =M(j+1)，U3 = M(j+2)，U4 = M(j+3)；如果(ABS (U1-U3)+ABS (U2-U4))大于標定限值，則判定發動機失火。失火診斷過程首先對發動機轉速、負荷、油溫、水溫等狀態及一些標志位的狀態進行條件判定確定診斷是否使能，失火診斷使能條件滿足后，進入失火診斷，采用加速度模式和扭矩模式進行診斷，使失火診斷更加準確。


圖1是一種發動機失火故障診斷裝置的結構示意圖。圖2示意性表示了本發明的發動機失火故障診斷方法的流程。圖3是曲軸轉速隨曲軸轉角變化的一個示意性曲線。
具體實施例方式為了對發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照

本發明的具體實施方式
，在各圖中相同的標號表示相同的部分。圖1所示為一種發動機失火故障診斷裝置，它包括一個發動機管理模塊20、一個與發動機管理模塊20相連的失火診斷模塊30、和一個連接失火診斷模塊30與發動機管理模塊20的OBD系統管理單元40。發動機管理模塊20包括一個發動機狀態傳感器輸入單元21、一個特殊條件判定單元22、一個實時診斷信息單元23、一個轉速和負荷信息單元M、一個故障燈控制單元25 和一個串口通訊模塊沈。為便于圖面清楚，在圖1中發動機管理單元20分成了兩個部分。其中，與發動機狀態傳感器輸入單元21相連的傳感器可以包括進氣壓力溫度傳感器、節氣門開度傳感器、冷卻水溫度傳感器、系統電壓傳感器、大氣壓力傳感器和發動機運轉時間傳感器。與轉速和負荷信息單元M相連的傳感器可以包括節氣門開度傳感器和發動機轉速傳感器。故障燈控制單元25的輸出控制OBD故障指示燈(圖中未示)，串口通訊模塊26可與OBD診斷模塊(圖中未示)相連。失火診斷模塊30包括一個使能條件判定單元31、一個診斷模式判定單元32、一個扭矩模式單元33、一個加速度模式單元34、一個失火次數及失火率計算單元35和一個結果判定單元36。使能條件判定單元31與發動機狀態傳感器輸入單元21、特殊條件判定單元 22及實時診斷信息單元23相連。特殊條件判定單元22可以向使能條件判定單元31輸出表示節氣門變化率過大的信號、負扭矩或拖動工況的信號、減速斷油的信號、顛簸路面的信號或低油位的信號。診斷模式判定單元32與轉速和負荷信息單元M相連，扭矩模式單元33和加速度模式單元34同時與診斷模式判定單元32相連，并向失火次數及失火率計算單元35輸入出信號，失火次數及失火率計算單元35向結果判定單元36輸出信號。OBD系統管理單元40與結果判定單元36及發動機管理模塊20中的故障燈控制單元25相連。圖2顯示了一種發動機失火故障診斷方法的示意性實施方式。如圖所示，程序開始后，首先執行步驟S11，判斷發動機是否存在影響失火診斷故障，例如包括噴油器噴嘴故障、燃油泵故障、點火線圈故障、壓力傳感器、水溫傳感器、進氣溫度傳感器故障、油門踏板故障和加速度傳感器故障等。如果發現存在任何一種影響失火診斷的故障，則失火故障診斷程序進入步驟S40，結束本次循環的故障診斷。如果步驟Sll判斷出不存在影響失火診斷的故障，程序進入步驟S12，更新失火故障診斷的信息索引值。在本發明的一種示意性實施方式中，更新失火故障診斷的信息索引值包括測定各缸壓縮上止點、計算兩個依次位于上止點的時間間隔和計算兩個上述時間間隔的時間差。例如一個直列四缸發動機來說，測量的在不同時刻發動機的轉速如圖3所示，假設tll為第一發動機循環1缸壓縮上止點位置時刻，tl2為第一發動機循環3缸壓縮上止點位置時刻，tl3為第一發動機循環4缸壓縮上止點位置時刻，tl4為第一發動機循環2缸壓縮上止點位置時刻，t21為第二發動機循環1缸壓縮上止點位置時刻，t22為第二發動機循環3缸壓縮上止點位置時刻，t23為第二發動機循環4缸壓縮上止點位置時刻，t24為第二發動機循環2缸壓縮上止點位置時刻，依此類推tnl為第η發動機循環1缸壓縮上止點位置時刻，tn2為第η發動機循環3缸壓縮上止點位置時刻，tn3為第η發動機循環4缸壓縮上止點位置時刻，tn4為第η發動機循環2缸壓縮上止點位置時刻。據此可以計算出兩個依次位于上止點的時間間隔，即T11 = tl2_tll，T12 = tl3-tl2，T13 = tl4-tl3，T14 = t21_tl4，T21 = t22_t21，T22 = t23_t22，T23 = t24_t23， T24 = t31-t24，依此類推 T(n-1)4 = tnl_t (n_l) 4，Tnl = tn2_tnl，Tn2 = tn3_tn2，Tn3 = tn4_tn30隨后可以計算出兩相鄰間隔之間的行程時間差，SP :ΔΤ11 = Τ12-Τ11，ΔΤ12 = Τ13-Τ12, ΔΤ13 = Τ14-Τ13，ΔΤ14 = Τ21-Τ14，ΔΤ21 = Τ22-Τ21，Δ Τ22 = T23-T22，Δ T23 =T24-T23，在計算出了兩個相鄰間隔之間的行程差后，程序進入步驟S14，判斷發動機是否滿足發動機故障診斷的運轉條件，這些條件包括發動機運轉時間應大于200秒，系統電壓應大于12V，發動機的進氣量要大于2克/秒，節氣門開度大于2 %，冷卻水溫大于70度， 以及大氣壓力大于70kpa。如果發動運轉條件滿足了失火故障診斷的要求，程序進入步驟S15。如果是，程序轉入步驟S40，停止失火故障診斷；如果不是，則程序進入下面的失火故障診斷計算和處理步驟。在失火故障診斷方法的一個示意性實施方式中，禁止失火診斷的區域必須同時滿足兩個條件一個是禁止診斷的轉速范圍，即進行失火診斷發動機要滿足的轉速條件要處于780rpm至4500rpm之間，當發動機超出這個范圍，可以判定工況在非診斷區域；另一個發動機的負荷要處于正常范圍之內，例如進氣歧管壓力(MAP)范圍應當處于ISkpa至96kpa 之間，當發動機超出這個范圍，可以判定工況在非診斷區域。如果判斷發動機處于非禁止診斷的區域，則程序進入步驟S21，進行加速度模式下的失火診斷計算；反之則程序返回開始，進行下一次失火診斷程序在步驟S21計算加速度模式診斷的數據。在失火故障診斷方法的一個示意性實施方式中，可以計算加速度特征值，艮口設:Ν11 = (ΔΤ12-ΔΤ11) + (ΔΤ12-ΔΤ13)，Ν12 = ( Δ Τ13-Δ Τ12) + ( Δ Τ13-Δ Τ14)， Ν13 = (ΔΤ14-ΔΤ13) + (ΔΤ14-ΔΤ21)，Ν14 = ( Δ Τ21-Δ Τ14) + ( Δ Τ21-Δ Τ22) , Ν21 =(ΔΤ22-ΔΤ21) + (ΔΤ22-ΔΤ23)，Ν22 = ( Δ Τ23-Δ Τ22) + ( Δ Τ23-Δ Τ24)，Ν23 = (Δ Τ24- Δ Τ23) + ( Δ Τ24- Δ Τ31), Ν24 = ( Δ Τ31-Δ Τ24) + ( Δ Τ31-Δ Τ32)，依此類推。如果 Nij >標定限值(其中i = 1，2，…;j = 1，2，3，4)，則可以判定有失火發生，并且根據i和 j與實際工作缸的對應關系，從而確定發生失火的缸號。之后進入步驟S22，計算扭矩模式下診斷數據。在失火故障診斷方法的一個示意性實施方式中，可以計算扭矩特征值，即設ΔΤ11 = T12-T11，ΔΤ12 = T13-T12，ΔΤ13 =T14-T13, ΔΤ14 = T21—T14，ΔΤ21 = T22—T21，Δ T22 = Τ23—Τ22，Δ Τ23 = T24—T23， 依此類推，扭矩特征值 Mi 是Ml = (ΔΤ12-ΔΤ13)-(ΔΤ12-ΔΤ11) = ΔΤ11-ΔΤ13, M2 =(ΔΤ13-ΔΤ14)-(ΔΤ13-ΔΤ12) = ΔΤ12-ΔΤ14，M3 = ( Δ Τ14_ Δ T21) - ( Δ Τ14_ Δ T13) =ΔΤ13-ΔΤ21, Μ4 = ( Δ Τ21-Δ Τ22) - ( Δ Τ21-Δ Τ14) = Δ Τ14- Δ Τ22, Μ5 = (Δ Τ22- Δ Τ23) - ( Δ Τ22- Δ Τ21) = ΔΤ21-ΔΤ23, Μ6 = ( Δ Τ23_ Δ Τ24) - ( Δ Τ23_ Δ Τ22) =Δ Τ22- Δ Τ24, Μ7 = ( Δ Τ24-Δ Τ31) - ( Δ Τ24-Δ Τ23) = Δ Τ23- Δ Τ31, Μ8 = (Δ Τ31- Δ Τ32) - ( Δ Τ31- Δ Τ24) = Δ Τ24_ Δ Τ32，依此類推。采用這種方法計算特征值，發生失火時，計算出的特征值大，易于從背景中區分出來。即從發動機的第三次循環起，在t31時刻U1 = Mi = MAX(M1，M2，M3，M4)其中i =1，2，3，4U2 =M(i+l)，U3 =M(i+2)，U4 = M(i+3)；在 t32 時刻:U1 =Mi = MAX(M2,M3, M4，M5)其中:i = 2，3，4，5U2 = M(i+1), U3 = M(i+2), U4 = M(i+3)；然后程序在步驟 S25 判斷是否發生失火；如果(ABS(U1-U3)+ABS(U2-U4)) >標定限值，則認定失火發生，程序進入步驟S31，判斷工作循環是否達到了預定的次數；反之程序返回開始，進行下一次失火診斷。在步驟S31，如果發動機的工作循環尚未達到預定的次數，則程序返回開始，進行下一次判斷；如果發動機工作循環已達到預定的次數，則程序進入步驟S32。在具體使用中，預定的次數一般按照國標進行設置，一般是100次。在步驟S32計算失火率，即在一定的循環次數內用發生失火的次數除以總的燃燒次數。例如，在100次工作循環中存在400次燃燒，用檢測至的失火次數除以400，即得到失火率。在步驟S33，將計算出的失火率與預定的催化器損壞型失火預定值進行比較，如果超出這個預定值，則認定有催化器損壞型失火發生，程序進入步驟S35，統計催化器損壞型失火數據，即根據國家法規的要求記錄催化器損壞型失火的次數、位置等信息。催化器損壞型失火預定值是在進行車輛標定試驗過程中，標定技術人員根據不同的發動機轉速和工作負荷，人為的預定的失火率，同時觀測催化器中心的溫度，如果溫度超過特定限值(比如 1000度)則記錄此時的失火率，作為該工況下的催化器損壞型失火是否發生的依據。如果步驟S33判斷出不存在催化器損壞型失火，則程序進入步驟S34，判斷是否存在排放損壞型失火，即失火率是否大于或等于排放損壞型失火預定值，如果失火率大于或等于排放損壞型失火預定值，判定存在排放損壞型失火，則程序進入步驟S36，統計排放劣化型失火數據，根據國家法規的要求記錄排放損壞型失火的失火程度、次數、位置等信息。進行排放損壞型失火預定值的標定時，標定工程師會通過失火發生器人為地產生固定失火率的失火，在此情況下進行排放試驗。如果在特定失火率下的排放結果超出了國家規定的OBD限值，則將此時的失火率設為排放損壞型失火預定值。在本發明的一種示意性實施方式中，催化器損壞型失火預定值和排放損壞型失火預定值是可以根據不同的發動機加以設定的，例如，催化器損壞型失火預定值可以為50，排放損壞型失火預定值可以為5。在完成了步驟S35和S36后，程序進入步驟S37，將上述失火診斷的結果及信息匯報給故障管理模塊進行處理。隨后程序進入步驟S40，完成本次循環的失火故障診斷過程， 進入下一循環的失火故障診斷。在本文中，“示意性”表示“充當實例、例子或說明”，不應將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優選的或更具優點的技術方案。應當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施例的具體說明， 它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施例或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.發動機失火故障診斷方法，其特征在于包括(A)判斷發動機是否存在影響失火診斷故障，(B)更新失火故障診斷的信息索引值，(C)判斷發動機是否滿足發動機故障診斷的運轉條件，(D)判斷當前工況是否處于禁止失火診斷的區域，(E)進行加速模式下的失火診斷數據計算，計算加速度特征值，確定發生失火的氣缸，(F)進行扭矩模式下的失火診斷數據計算，計算扭矩特征值，(G)如果失火率大于催化器損壞性失火預定值，則判定存在催化器損壞型失火，(H)如果失火率大于排放損壞型失火預定值，則判定存在排放損壞型失火。
2.如權利要求1所述的發動機失火故障診斷方法，其中步驟(B)所述失火故障診斷的信息索引值包括各缸壓縮上止點、兩個依次位于上止點的時間間隔和兩個上述時間間隔的時間差，它們是各缸壓縮上止點tij，其中i = 1,2,3-, j = 1,2,3,4,兩個依次位于上止點的時間間隔，即T(i-1)4 = til-t(i-l)4,Til = ti2-til,Ti2 = ti3-ti2，和Ti3 = ti4-ti3，其中 i = 1,2,3—；和兩個上述時間間隔的時間差，即 Δ Til = Τ 2-Τ 1, ΔΤ 2 = Τ 3-Τ 2, ΔΤ 3 = Ti4-Ti3，和ΔΤ 4 = T(i+1) 1-Τ 4 ；其中 i = 1，2，3…。
3.如權利要求2所述的發動機失火故障診斷方法，其中步驟(E)所述加速度特征值計算如下Nil = (ΔΤ 2-ΔΤ 1) + (ΔΤ 2-ΔΤ 3), Ni2 = (ΔΤ 3-ΔΤ 2) + (ΔΤ 3-ΔΤ 4), Ni3 = (ΔΤ 4-ΔΤ 3) + (ΔΤ 4-ΔΤ( +1) 1),Ni4 = (AT(i+l) 1-ΔΤ 4) + (ΔΤ( +1) l-AT(i+l)2)，其中 i = 1，2，3…。
4.如權利要求3所述的發動機失火故障診斷方法，其中如果所述加速度特征值Nij大于標定限值，其中i = 1,2,…，j = 1，2，3，4，則判定發動機失火，根據i和j與實際工作缸的對應關系，確定發生失火的發動機氣缸號。
5.如權利要求2所述的發動機失火故障診斷方法，其中步驟(F)所述扭矩特征值計算如下Ml =ΔΤ11-ΔΤ13,M2 =ΔΤ12-ΔΤ14,M3 =ΔΤ13-ΔΤ21,M4 =ΔΤ14-ΔΤ22,M5 =ΔΤ21-ΔΤ23,M6 = ΔΤ22-ΔΤ24, M7 = ΔΤ23-ΔΤ31, M8 = ΔΤ24-ΔΤ32，依此類推。
6.如權利要求5所述的發動機失火故障診斷方法，其中從第三個發動機循環t31時刻Ul = Mj = MAX (Ml, M2, M3, M4)，其中:j = 1,2,3,4, U2 = M(j+1)， U3 = M(j+2)， U4 = M(j+3)； 在t32時刻Ul = Mj = MAX(M2, M3, M4, M5)，其中:j = 2,3,4,5 U2 = M(j+1)， U3 = M(j+2)， U4 = M(j+3)；如果(ABS(U1-U3)+ABS(U2-U4))大于標定限值，則判定發動機失火。
全文摘要
本發明提供了一種發動機失火故障診斷方法，包括判斷發動機是否存在影響失火診斷故障，更新失火故障診斷的信息索引值，判斷發動機是否滿足發動機故障診斷的運轉條件，判斷當前工況是否處于禁止失火診斷的區域，根據加速模式下的加速度特征值確定失火氣缸，計算扭矩模式下的扭矩特征值，根據失火率判斷是否存在催化器損壞型失火，和根據失火率判斷是否存在排放劣化型失火。該方法可以及時、準確發現發動機的失火，提高了失火診斷的準確性，不易誤判，并可以確定失火是因排放損壞或是催化器損壞造成的。
文檔編號F02P17/00GK102374094SQ20101025788
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月20日 優先權日2010年8月20日
發明者于樹懷, 王鵬 申請人:阿爾特(中國)汽車技術有限公司