一种用于车辆的发动机失火判缸装置及方法与流程

本发明涉及一种四缸发动机的判缸方法，特别是涉及一种用于车辆的发动机失火判缸装置及利用声学传感器进行发动机失火判缸方法。

背景技术：

在发动机发生失火故障时，一般需要发动机ECU去判断发生失火的具体气缸，尤其是具有四个气缸的发动机的失火判缸方法，四个气缸一般包括一缸、二缸、三缸和四缸。目前常用的四缸发动机的判缸方法是试喷油法。试喷油判缸方法的原理如下：首先通过曲轴位置传感器判定一缸、四缸位于上止点，然后再选定一缸或者四缸，只向其喷油，通过发动机ECU接收到的参数与之前存储参数相比较，如果某一气缸的上述两个参数是一致的，则判定该缸发生失火；否则，参数不一致的情况下是无法确定判缸的。但是，通过试喷油进行判缸的方法会造成冷启动HC排放过高的问题，而且软件逻辑也较复杂。

技术实现要素：

为了解决上述试喷油方法软件逻辑较复杂的问题，本发明提出了一种采用声学传感器方案进行判缸的方法。

本发明的一个目的是要提供一种用于车辆的发动机失火判缸装置，所述发动机包括四个气缸，分别为一缸、二缸、三缸和四缸，所述发动机的点火顺序为一缸、三缸、四缸和二缸。

特别地，本发明提供了一种发生失火故障判缸的装置，所述失火判缸装置包括：

用于接收所述排气管处的异常声音的声学传感器，

用于确定所述多个气缸的点火时刻和所述异常声音的发生时刻的确定模块及

用于将所述异常声音的发生时刻与所述多个气缸的点火时刻进行比较，判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应，以确定点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸处于失火状态的处理模块。

进一步地，所述处理模块包括判断单元，用于判断所述异常声音的发生时刻处于哪个点火时间区间内，以判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应；

特别地，相邻两个气缸的点火时刻之间的时间区间构成一个点火时间区间，所述多个气缸构成多个点火时间区间；

进一步地，所述判断单元配置成在所述异常声音的发生时刻处于某一点火时间区间时，判断构成所述某一点火时间区间的相邻两个气缸中的在先气缸为点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸；

特别地，所述在先气缸为相邻两个气缸中先点火的气缸。

进一步地，所述判断单元配置成在所述异常声音的发生时刻与某一气缸的点火时刻相等时，判断所述某一气缸为点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸。

进一步地，所述的发动机失火判缸装置，还包括：

用于统计所述多个气缸中的每一气缸处于所述失火状态的次数的累计模块。

进一步地，所述发动机还包括曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和飞轮；

特别地，所述确定模块配置成按照下述公式确定所述四个气缸中每一气缸的点火时刻：

其中，Tn为第n缸的点火时刻，m为所述飞轮缺齿后第m个凸齿为下降沿，ω为点火提前角，a为发动机控制单元每分钟接受所述飞轮的凸齿数量；

其中，所述第n缸是所述四个气缸中点火顺序为第n个点火的气缸，n为整数，且1≤n≤4；凸齿的个数m，其取值为1≤m≤58且m为整数。

特别地，本发明的另一个目的是要提供一种用于车辆的发动机失火判缸方法，所述失火判缸方法利用所述的发动机失火判缸装置进行判缸，包括如下步骤：

接收排气管处的异常声音；

确定多个气缸的点火时刻和所述异常声音的发生时刻；

将所述异常声音的发生时刻与所述多个气缸的点火时刻进行比较，判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应，以确定点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸处于失火状态。

特别地，判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应是判断所述异常声音的发生时刻处于哪个点火时间区间内；

进一步地，相邻两个气缸的点火时刻之间的时间区间构成一个点火时间区间，所述多个气缸构成多个点火时间区间；

进一步地，在所述异常声音的发生时刻处于某一点火时间区间时，判断构成所述某一点火时间区间的相邻两个气缸中的在先气缸为点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸；

其中，所述在先气缸为相邻两个气缸中先点火的气缸。

进一步地，所述的发动机失火判缸方法，还包括在所述异常声音的发生时刻与某一气缸的点火时刻相等时，判断所述某一气缸为点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸。

进一步地，所述发动机失火判缸方法还包括如下步骤：

统计所述多个气缸中的每一气缸处于所述失火状态的次数。

本发明只需要利用发动机上现有的传感器即可进行失火判缸，不需要另外增加零部件辅助,。本发明根据特定时间段内发动机ECU接收到的凸齿的数量计算各个气缸的点火时刻，利用任意两个点火时间间隔内传感器能够接受到异常声音，即可方便地判断发动机发生失火的具体气缸。本发明根据接受到的异常声音的次数判断发动机具体气缸在特定时间段内累计发生失火的次数。因此，本发明还具有程序简单，判定准确，排放更优的特点。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的发生失火判缸的装置；

图2是图1所示装置中与失火判缸相关的发动机ECU控制模块的示意图；

图3是图1所示装置发生失火判缸的原理图。

附图标记说明：

1-排气管，2-声学传感器，3-曲轴位置传感器，301-曲轴位置传感器信号，302-曲轴58齿信号，303-记号缺齿#1，304-第20齿下降沿为一缸压缩上止点，305-记号缺齿#58，4-发动机，5-发动机ECU，501-累计模块，502-确定模块，503-处理模块，504-判断单元，6-凸轮轴位置传感器，601-进气凸轮轴位置传感器信号，602-进气4齿，7-后保险杠。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的发生失火判缸的装置。

所述装置一般性地可包括：发动机4、排气管1、后保险杠7及安装在发动机曲轴飞轮盘附近的曲轴位置传感器3，所述曲轴位置传感器3是控制系统中最重要的传感器之一，其作用包括：检测发动机转速，因此又称为转速传感器；检测活塞上止点位置，故也称为上止点传感器，包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。

所述装置还包括布置在凸轮轴信号轮附近的凸轮轴位置传感器6：其作用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输入发动机ECU5，以便发动机ECU5识别某一缸压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制；此外，凸轮轴位置信号还用于发动机4起动时识别出第一次点火时刻，因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点，所以称为气缸识别传感器。

所述装置还包括设置在所述后保险杠7一端靠近所述排气管1一侧的声学传感器2，其作用是将接收到的来自所述排气管1尾部排气口处因发生失火故障产生的爆燃信号转化成一个突变的电压信号；所述声学传感器2将接收到的信号输入给发动机ECU5，发动机ECU5根据电压突变情况判定具体气缸的失火状况及累计失火次数。

所述装置还包括发动机ECU5，所述发动机ECU5为汽车发动机控制系统的核心，它可以根据发动机4的不同工况，向发动机4提供最佳空燃比的混合气和最佳点火时间，使发动机4始终处在最佳工作状态，发动机4的性能(动力性、经济型、排放性)达到最佳。

发动机4运转时，发动机ECU5会根据发动机4的转速和负荷信号，计算相应工况下的点火提前角，并根据发动机5的水温、进气温度、节气门位置、爆震信号等修正点火提前角，最后得到一个最佳的点火正时。在点火正时前的某一预定角，发动机ECU5控制点火线圈的初级通电，在到达点火正时角时，发动机ECU5切断点火线圈初级电流并在次级线圈中感应出高压电使相应气缸的火花塞跳火，点燃混合气。

图2是图1所示装置中与失火判缸相关的发动机ECU5控制模块的示意图；本发明中所述的发动机失火判缸装置的控制模块为发动机ECU5，所述发动机ECU5包括：确定模块502、处理模块503、判断单元504和累计模块501，其中确定模块502用于确定所述多个气缸的点火时刻和所述异常声音的发生时刻；处理模块503用于将所述异常声音的发生时刻与所述多个气缸的点火时刻进行比较，判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应，以确定点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸处于失火状态。所述处理模块包括判断单元504，用于判断所述异常声音的发生时刻处于哪个点火时间区间内，以判断所述异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应；其中，相邻两个气缸的点火时刻之间的时间区间构成一个点火时间区间，所述多个气缸构成多个点火时间区间；所述判断单元504配置成在所述异常声音的发生时刻处于某一点火时间区间时，判断构成所述某一点火时间区间的相邻两个气缸中的在先气缸为点火时刻与所述异常声音的发生时刻相对应的气缸；所述在先气缸为相邻两个气缸中先点火的气缸。累计模块501，用于统计所述多个气缸中的每一气缸处于所述失火状态的次数。

图3是图1所示装置发生失火判缸的原理图。

在一个实施例中，假设曲轴位置传感器信号301转子的结构为：齿数为58，即原为60齿，缺2齿后得到58凸齿、57个小齿缺和1个大齿缺。大齿缺对应输出宽脉冲信号原为60齿，齿与齿间隔度数为6°；每个凸齿和小齿缺所占曲轴转角均为3°；曲轴旋转一圈，将会产生58个脉冲信号记为曲轴58齿信号302；大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占弧度，大齿缺所占总的曲轴转角为15°，即2倍每个凸齿和小齿缺所占曲轴转角加上3。大齿缺输出基准信号，对应发动机一缸或四缸压缩上止点前的一定角度。曲轴位置传感器的物理安装位置为离大齿缺相隔20个小齿缺的位置，发生失火判缸的具体步骤如下：

S100，接收排气管处的异常声音；

S200，确定多个气缸的点火时刻和异常声音的发生时刻；

S300，将异常声音的发生时刻与多个气缸的点火时刻进行比较，判断异常声音的发生时刻与哪个气缸的点火时刻相对应，以确定点火时刻与异常声音的发生时刻相对应的气缸处于失火状态。

在步骤S200中，一缸和四缸是同时到达气缸上止点位置，曲轴位置传感器检测飞轮上对应的齿，就判定了这两缸到达上止点的时刻。在曲轴位置传感器检测到飞轮缺齿后，缺齿后第一个凸齿1#记为记号缺齿#1303，在检测到第20#齿下降沿记号缺齿#20304时，一缸和四缸均位于上止点；曲轴位置传感器为磁感应式，输出正弦电压信号；曲轴位置传感器信号301输入给发动机ECU5，发动机ECU5就判定了一缸和四缸同时到达上止点位置的时刻。

在判定了一缸和四缸后，发动机ECU5需要再判定具体哪一缸是压缩上止点，需要利用凸轮轴位置传感器6；在曲轴位置传感器3检测到第20#齿下降沿时，如果一缸为压缩上止点，凸轮轴位置传感器6中心处于目标轮在距大齿根到大齿顶上升沿6°的地方；凸轮轴位置传感器6为霍尔式传感器，信号的电平输出与齿的关系反向，当信号轮处于高齿时，相应电路输出为低电平，当信号轮处于缺齿时，相应电路输出为高电平；凸轮轴位传感器信号601输入给发动机ECU5，如果发动机ECU5即将接受到的电压信号是：低电平(时间长)、高电平(时间短)、低电平(时间长)、高电平(时间短)、低电平(时间短)、高电平(时间长)、低电平(时间短)、高电平(时间长)；则发动机ECU5判定一缸为压缩上止点，否则一缸不是压缩上止点，四缸是压缩上止点。

假设发动机ECU5每分钟接受了曲轴飞轮凸齿数量为a个，则：

发动机转速为：a/58；

曲轴转一圈所需时间：60000*58/a；

曲轴转了1°所需时间：60000*58/360*a；

如果点火提前角为ω，则：

一缸点火时间为缺齿信号后：

三缸点火时间为缺齿信号后：

根据步骤S200判断点火的时刻之后，根据步骤S300，如果在缺齿信号后T1至T2时间范围内，发动机ECU5接收到声学传感器输入的突变的电压值后，则判定一缸发生了一次失火现象，发动机ECU5累计一缸一次失火。

按照四缸发动机一缸、三缸、四缸和二缸的点火顺序以此类推，如果在三缸点火至四缸点火时刻段内，发动机ECU5接收到声学传感器2输入的突变的电压值后，则判定三缸发生了一次失火现象，发动机ECU5累计三缸一次失火；如果在四缸点火至二缸点火时刻段内，发动机ECU5接收到声学传感器输入的突变的电压值后，则判定四缸发生了一次失火现象，发动机ECU5累计四缸一次失火；如果在二缸点火至一缸点火时刻段内，发动机ECU5接收到声学传感器输入的突变的电压值后，则判定二缸发生了一次失火现象，发动机ECU5累计二缸一次失火。

另外，还需要说明的是关于点火提前角的问题，从火花塞发出电火花，到该缸活塞运行至压缩上止点时曲轴转过的角度即为点火提前角。当汽油机保持节气门开度、转速以及混合气浓度一定时，汽油机功率和耗油率随点火提前角的改变而变化。对应于发动机每一工况都存在一个“最佳”点火提前角。

合适的点火提前角，可使发动机每循环所做的机械功最多。

发动机正常运转时，发动机ECU5根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，并根据其他有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出点火执今信号，以控制点火系的工作。

发动机起动时，按发动机ECU5内存储的初始点火提前角对点火提前角进行控制。起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对一定的发动机而言，起动时的点火提前角是固定的，一般为10°左右。

另外，上述步骤是在假定曲轴位置传感器的物理安装位置为离大齿缺相隔20个小齿缺的位置，在理论情况下，该位置可以是离大齿缺相隔m个小齿缺的位置，m的取值可为1～58中任意一个数值。如此，即可得到下述结论：

假设发动机ECU5每分钟接受的曲轴飞轮凸齿数量为a个，则：

发动机转速为：a/58；

曲轴转一圈所需时间：60000*58/a；

曲轴转了1°所需时间：60000*58/360*a；

如果点火提前角为ω，则：

一缸点火时间为缺齿信号后：

三缸点火时间为缺齿信号后：

另外，因为T2为T1与曲轴转一圈所需时间的一半之和，则可得到以下结论：

令T0＝60000*58/a，按照四缸发动机一缸、三缸、四缸和二缸的点火顺序以此类推，曲轴转两圈，720度，完成一个冲程。则：

T1＝T1；

T2＝T1+1/2*T0；

四缸点火时间为缺齿信号后：

T3＝T2+1/2*T0＝T1+T0；

2缸点火时间为缺齿信号后：

T4＝T3+1/2*T0＝T1+3/2*T0；

即只要确定一个气缸的缺齿信号后点火时间，就可根据上述公式计算出其他气缸的点火时刻。

一般来说四缸发动机可按照下述公式确定所述多个气缸中每一气缸的点火时刻：

其中，Tn为第n缸的点火时刻，m为所述飞轮缺齿后第m个凸齿为下降沿，ω为点火提前角，a为发动机控制单元每分钟接受所述飞轮的凸齿数量；其中凸齿的个数，取值为1≤m≤58且m为整数；所述第n缸是所述四个气缸中点火顺序为第n个点火的气缸，n为整数，且1≤n≤4。

另外，上述所有单位除发动机转速单位为r/min外，其余单位均为ms。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。