本發(fā)明涉及一種四缸發(fā)動機(jī)的判缸方法，特別是涉及一種用于車輛的發(fā)動機(jī)失火判缸裝置及利用聲學(xué)傳感器進(jìn)行發(fā)動機(jī)失火判缸方法。

背景技術(shù)：

在發(fā)動機(jī)發(fā)生失火故障時，一般需要發(fā)動機(jī)ECU去判斷發(fā)生失火的具體氣缸，尤其是具有四個氣缸的發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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、四缸位于上止點，然后再選定一缸或者四缸，只向其噴油，通過發(fā)動機(jī)ECU接收到的參數(shù)與之前存儲參數(shù)相比較，如果某一氣缸的上述兩個參數(shù)是一致的，則判定該缸發(fā)生失火；否則，參數(shù)不一致的情況下是無法確定判缸的。但是，通過試噴油進(jìn)行判缸的方法會造成冷啟動HC排放過高的問題，而且軟件邏輯也較復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述試噴油方法軟件邏輯較復(fù)雜的問題，本發(fā)明提出了一種采用聲學(xué)傳感器方案進(jìn)行判缸的方法。

本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于車輛的發(fā)動機(jī)失火判缸裝置，所述發(fā)動機(jī)包括四個氣缸，分別為一缸、二缸、三缸和四缸，所述發(fā)動機(jī)的點火順序為一缸、三缸、四缸和二缸。

特別地，本發(fā)明提供了一種發(fā)生失火故障判缸的裝置，所述失火判缸裝置包括：

用于接收所述排氣管處的異常聲音的聲學(xué)傳感器，

用于確定所述多個氣缸的點火時刻和所述異常聲音的發(fā)生時刻的確定模塊及

用于將所述異常聲音的發(fā)生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進(jìn)行比較，判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)，以確定點火時刻與所述異常聲音的發(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸處于失火狀態(tài)的處理模塊。

進(jìn)一步地，所述處理模塊包括判斷單元，用于判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻處于哪個點火時間區(qū)間內(nèi)，以判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)；

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

進(jìn)一步地，所述判斷單元配置成在所述異常聲音的發(fā)生時刻處于某一點火時間區(qū)間時，判斷構(gòu)成所述某一點火時間區(qū)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(fā)生時刻相對應(yīng)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(jìn)一步地，所述判斷單元配置成在所述異常聲音的發(fā)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(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸。

進(jìn)一步地，所述的發(fā)動機(jī)失火判缸裝置，還包括：

用于統(tǒng)計所述多個氣缸中的每一氣缸處于所述失火狀態(tài)的次數(shù)的累計模塊。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動機(jī)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為所述飛輪缺齒后第m個凸齒為下降沿，ω為點火提前角，a為發(fā)動機(jī)控制單元每分鐘接受所述飛輪的凸齒數(shù)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(shù)，且1≤n≤4；凸齒的個數(shù)m，其取值為1≤m≤58且m為整數(shù)。

特別地，本發(fā)明的另一個目的是要提供一種用于車輛的發(fā)動機(jī)失火判缸方法，所述失火判缸方法利用所述的發(fā)動機(jī)失火判缸裝置進(jìn)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(fā)生時刻；

將所述異常聲音的發(fā)生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進(jìn)行比較，判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)，以確定點火時刻與所述異常聲音的發(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸處于失火狀態(tài)。

特別地，判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)是判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻處于哪個點火時間區(qū)間內(nèi)；

進(jìn)一步地，相鄰兩個氣缸的點火時刻之間的時間區(qū)間構(gòu)成一個點火時間區(qū)間，所述多個氣缸構(gòu)成多個點火時間區(qū)間；

進(jìn)一步地，在所述異常聲音的發(fā)生時刻處于某一點火時間區(qū)間時，判斷構(gòu)成所述某一點火時間區(qū)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(fā)生時刻相對應(yīng)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(jìn)一步地，所述的發(fā)動機(jī)失火判缸方法，還包括在所述異常聲音的發(fā)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(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸。

進(jìn)一步地，所述發(fā)動機(jī)失火判缸方法還包括如下步驟：

統(tǒng)計所述多個氣缸中的每一氣缸處于所述失火狀態(tài)的次數(shù)。

本發(fā)明只需要利用發(fā)動機(jī)上現(xiàn)有的傳感器即可進(jìn)行失火判缸，不需要另外增加零部件輔助,。本發(fā)明根據(jù)特定時間段內(nèi)發(fā)動機(jī)ECU接收到的凸齒的數(shù)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(nèi)傳感器能夠接受到異常聲音，即可方便地判斷發(fā)動機(jī)發(fā)生失火的具體氣缸。本發(fā)明根據(jù)接受到的異常聲音的次數(shù)判斷發(fā)動機(jī)具體氣缸在特定時間段內(nèi)累計發(fā)生失火的次數(shù)。因此，本發(fā)明還具有程序簡單，判定準(zhǔn)確，排放更優(yōu)的特點。

根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。

附圖說明

后文將參照附圖以示例性而非限制性的方式詳細(xì)描述本發(fā)明的一些具體實施例。附圖中相同的附圖標(biāo)記標(biāo)示了相同或類似的部件或部分。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些附圖未必是按比例繪制的。附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)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(guān)的發(fā)動機(jī)ECU控制模塊的示意圖；

圖3是圖1所示裝置發(fā)生失火判缸的原理圖。

附圖標(biāo)記說明：

1-排氣管，2-聲學(xué)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(fā)動機(jī)，5-發(fā)動機(jī)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(jìn)氣凸輪軸位置傳感器信號，602-進(jìn)氣4齒，7-后保險杠。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的發(fā)生失火判缸的裝置。

所述裝置一般性地可包括：發(fā)動機(jī)4、排氣管1、后保險杠7及安裝在發(fā)動機(jī)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(tǒng)中最重要的傳感器之一，其作用包括：檢測發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因此又稱為轉(zhuǎn)速傳感器；檢測活塞上止點位置，故也稱為上止點傳感器，包括檢測用于控制點火的各缸上止點信號、用于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：其作用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入發(fā)動機(jī)ECU5，以便發(fā)動機(jī)ECU5識別某一缸壓縮上止點，從而進(jìn)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于發(fā)動機(jī)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(dá)上止點，所以稱為氣缸識別傳感器。

所述裝置還包括設(shè)置在所述后保險杠7一端靠近所述排氣管1一側(cè)的聲學(xué)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(fā)生失火故障產(chǎn)生的爆燃信號轉(zhuǎn)化成一個突變的電壓信號；所述聲學(xué)傳感器2將接收到的信號輸入給發(fā)動機(jī)ECU5，發(fā)動機(jī)ECU5根據(jù)電壓突變情況判定具體氣缸的失火狀況及累計失火次數(shù)。

所述裝置還包括發(fā)動機(jī)ECU5，所述發(fā)動機(jī)ECU5為汽車發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)的核心，它可以根據(jù)發(fā)動機(jī)4的不同工況，向發(fā)動機(jī)4提供最佳空燃比的混合氣和最佳點火時間，使發(fā)動機(jī)4始終處在最佳工作狀態(tài)，發(fā)動機(jī)4的性能(動力性、經(jīng)濟(jì)型、排放性)達(dá)到最佳。

發(fā)動機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)ECU5會根據(jù)發(fā)動機(jī)4的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，計算相應(yīng)工況下的點火提前角，并根據(jù)發(fā)動機(jī)5的水溫、進(jìn)氣溫度、節(jié)氣門位置、爆震信號等修正點火提前角，最后得到一個最佳的點火正時。在點火正時前的某一預(yù)定角，發(fā)動機(jī)ECU5控制點火線圈的初級通電，在到達(dá)點火正時角時，發(fā)動機(jī)ECU5切斷點火線圈初級電流并在次級線圈中感應(yīng)出高壓電使相應(yīng)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(guān)的發(fā)動機(jī)ECU5控制模塊的示意圖；本發(fā)明中所述的發(fā)動機(jī)失火判缸裝置的控制模塊為發(fā)動機(jī)ECU5，所述發(fā)動機(jī)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用于確定所述多個氣缸的點火時刻和所述異常聲音的發(fā)生時刻；處理模塊503用于將所述異常聲音的發(fā)生時刻與所述多個氣缸的點火時刻進(jìn)行比較，判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)，以確定點火時刻與所述異常聲音的發(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸處于失火狀態(tài)。所述處理模塊包括判斷單元504，用于判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻處于哪個點火時間區(qū)間內(nèi)，以判斷所述異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)；其中，相鄰兩個氣缸的點火時刻之間的時間區(qū)間構(gòu)成一個點火時間區(qū)間，所述多個氣缸構(gòu)成多個點火時間區(qū)間；所述判斷單元504配置成在所述異常聲音的發(fā)生時刻處于某一點火時間區(qū)間時，判斷構(gòu)成所述某一點火時間區(qū)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(fā)生時刻相對應(yīng)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，用于統(tǒng)計所述多個氣缸中的每一氣缸處于所述失火狀態(tài)的次數(shù)。

圖3是圖1所示裝置發(fā)生失火判缸的原理圖。

在一個實施例中，假設(shè)曲軸位置傳感器信號301轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)為：齒數(shù)為58，即原為60齒，缺2齒后得到58凸齒、57個小齒缺和1個大齒缺。大齒缺對應(yīng)輸出寬脈沖信號原為60齒，齒與齒間隔度數(shù)為6°；每個凸齒和小齒缺所占曲軸轉(zhuǎn)角均為3°；曲軸旋轉(zhuǎn)一圈，將會產(chǎn)生58個脈沖信號記為曲軸58齒信號302；大齒缺所占的弧度相當(dāng)于兩個凸齒和三個小齒缺所占弧度，大齒缺所占總的曲軸轉(zhuǎn)角為15°，即2倍每個凸齒和小齒缺所占曲軸轉(zhuǎn)角加上3。大齒缺輸出基準(zhǔn)信號，對應(yīng)發(fā)動機(jī)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(fā)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(fā)生時刻；

S300，將異常聲音的發(fā)生時刻與多個氣缸的點火時刻進(jìn)行比較，判斷異常聲音的發(fā)生時刻與哪個氣缸的點火時刻相對應(yīng)，以確定點火時刻與異常聲音的發(fā)生時刻相對應(yīng)的氣缸處于失火狀態(tài)。

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

在判定了一缸和四缸后，發(fā)動機(jī)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中心處于目標(biāo)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(guān)系反向，當(dāng)信號輪處于高齒時，相應(yīng)電路輸出為低電平，當(dāng)信號輪處于缺齒時，相應(yīng)電路輸出為高電平；凸輪軸位傳感器信號601輸入給發(fā)動機(jī)ECU5，如果發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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(shè)發(fā)動機(jī)ECU5每分鐘接受了曲軸飛輪凸齒數(shù)量為a個，則：

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為：a/58；

曲軸轉(zhuǎn)一圈所需時間：60000*58/a；

曲軸轉(zhuǎn)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后：

三缸點火時間為缺齒信號后：

根據(jù)步驟S200判斷點火的時刻之后，根據(jù)步驟S300，如果在缺齒信號后T1至T2時間范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)ECU5接收到聲學(xué)傳感器輸入的突變的電壓值后，則判定一缸發(fā)生了一次失火現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)ECU5累計一缸一次失火。

按照四缸發(fā)動機(jī)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(nèi)，發(fā)動機(jī)ECU5接收到聲學(xué)傳感器2輸入的突變的電壓值后，則判定三缸發(fā)生了一次失火現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)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(nèi)，發(fā)動機(jī)ECU5接收到聲學(xué)傳感器輸入的突變的電壓值后，則判定四缸發(fā)生了一次失火現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)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(nèi)，發(fā)動機(jī)ECU5接收到聲學(xué)傳感器輸入的突變的電壓值后，則判定二缸發(fā)生了一次失火現(xiàn)象，發(fā)動機(jī)ECU5累計二缸一次失火。

另外，還需要說明的是關(guān)于點火提前角的問題，從火花塞發(fā)出電火花，到該缸活塞運(yùn)行至壓縮上止點時曲軸轉(zhuǎn)過的角度即為點火提前角。當(dāng)汽油機(jī)保持節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速以及混合氣濃度一定時，汽油機(jī)功率和耗油率隨點火提前角的改變而變化。對應(yīng)于發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)每循環(huán)所做的機(jī)械功最多。

發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)ECU5根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷信號，確定基本點火提前角，并根據(jù)其他有關(guān)信號進(jìn)行修正，最后確定實際的點火提前角，并向電子點火控制器輸出點火執(zhí)今信號，以控制點火系的工作。

發(fā)動機(jī)起動時，按發(fā)動機(jī)ECU5內(nèi)存儲的初始點火提前角對點火提前角進(jìn)行控制。起動時點火提前角的設(shè)定值隨發(fā)動機(jī)而異，對一定的發(fā)動機(jī)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(shù)值。如此，即可得到下述結(jié)論：

假設(shè)發(fā)動機(jī)ECU5每分鐘接受的曲軸飛輪凸齒數(shù)量為a個，則：

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為：a/58；

曲軸轉(zhuǎn)一圈所需時間：60000*58/a；

曲軸轉(zhuǎn)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后：

三缸點火時間為缺齒信號后：

另外，因為T2為T1與曲軸轉(zhuǎn)一圈所需時間的一半之和，則可得到以下結(jié)論：

令T0＝60000*58/a，按照四缸發(fā)動機(jī)一缸、三缸、四缸和二缸的點火順序以此類推，曲軸轉(zhuǎn)兩圈，720度，完成一個沖程。則：

T1＝T1；

T2＝T1+1/2*T0；

四缸點火時間為缺齒信號后：

T3＝T2+1/2*T0＝T1+T0；

2缸點火時間為缺齒信號后：

T4＝T3+1/2*T0＝T1+3/2*T0；

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

一般來說四缸發(fā)動機(jī)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為所述飛輪缺齒后第m個凸齒為下降沿，ω為點火提前角，a為發(fā)動機(jī)控制單元每分鐘接受所述飛輪的凸齒數(shù)量；其中凸齒的個數(shù)，取值為1≤m≤58且m為整數(shù)；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(shù)，且1≤n≤4。

另外，上述所有單位除發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速單位為r/min外，其余單位均為ms。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。