专利名称：内燃机的失火检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的失火检测装置，特别涉及根据与内燃机转速对应的转速参数来判定失火有无的装置。
背景技术：
在专利文献1中，揭示了根据作为规定曲轴角的旋转所需时间的分段时间形成特征信号q(n)，根据该特征信号q(n)来判定失火有无的方法。特征信号q(n)是表示分段时间的信号，是被转换为作为复平面上的点而示出的信号，根据特征信号q(n)的大小以及相位来判定失火的有无。
专利文献1日本特开平9-119338号公报在上述以往的方法中，需要从表示作为转速参数的分段时间的信号中提取所期望的频率成分的带通滤波器，而且需要根据应检测的失火模式(例如，1气缸连续失火、相对2气缸连续失火等的失火发生形式)来改变滤波器特性。因此，存在失火判定处理复杂化的问题。
而且，存在无法准确地判定在哪个气缸发生了失火的情况，存在随着内燃机的气缸数量而处理内容变化、或者判定阈值的设定所需的工时多的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种可以通过比较简单的运算对每个气缸进行准确的失火判定、且通用性高的失火检测装置。
为了达成上述目的，本发明的第一方面的内燃机的失火检测装置，该失火检测装置具有检测与内燃机的转速对应的转速参数(OMG)的转速参数检测单元(12、20)，根据所检测到的转速参数(OMG)来检测所述内燃机的失火，其特征在于，具有基准值计算单元，其计算所述转速参数的基准值(OMGR((k-1)NTDC))；相对速度参数计算单元，其计算所述基准值(OMGR((k-1)NTDC))与每隔规定曲轴角检测出的转速参数(OMGR(i))之间的偏差作为相对速度参数(OMGREF(i)，OMGREFM(i))；以及判定单元，其计算所述相对速度参数的累计值(MFJUD)，根据该计算的累计值(MFJUD)进行失火判定。
本发明第二方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第一方面的内燃机的失火检测装置中，所述基准值(OMGR((k-1)NTDC))是成为失火判定对象的气缸的活塞位于压缩上死点附近时检测出的所述转速参数。
本发明第三方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第一或第二方面的内燃机的失火检测装置中，所述判定单元在曲轴角720/N(N是所述内燃机的气缸数)度的期间内对所述相对速度参数(OMGREF(i)，OMGREFM(i))进行累计。
在此，作为不易受到其它气缸的燃烧的影响、且包含相关气缸(判定对象气缸)的燃烧行程中发生扭矩为最大的曲轴角位置的期间，进行所述累计的720/N度的期间，例如，设定为从该气缸的燃烧行程的开始上死点(压缩上死点)附近开始的720/N度的期间。
本发明第四方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第一至第三方面中的任一项所述的内燃机的失火检测装置中，还具有惯性力速度成分计算单元，其计算由所述内燃机的可动部件的惯性力引起的惯性力转速成分(OMGI)，所述判定单元根据所述相对速度参数(OMGREF(i)，OMGREFM(i))以及惯性力转速成分(OMGI)来进行所述失火判定。
本发明第五方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第一至第三方面中的任一项所述的内燃机的失火检测装置中，还具有惯性力速度成分计算单元，其计算由所述内燃机的可动部件的惯性力引起的惯性力转速成分(OMGIa)，所述判定单元用所述惯性力转速成分(OMGIa)对所述相对速度参数(OMGREF)进行修正，从而计算第1修正相对速度参数(OMGREFMa)，通过将该第1修正相对速度参数(OMGREFMa)乘以对正常燃烧时的转速变化进行近似的燃烧相关函数(FCR)，来计算第2修正相对速度参数(OMGREFMb)，根据该第2修正相对速度参数的积分值(MFJUDd)来进行所述失火判定。
本发明第六方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第五方面所述的内燃机的失火检测装置中，所述燃烧相关函数(FCR)由下式定义(1-2cos(N·θ/2))/2其中，N是所述内燃机的气缸数，θ是以所述内燃机的特定气缸的活塞位于上死点位置处的角度为基准的曲轴角。
本发明第七方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第五方面所述的内燃机的失火检测装置中，所述燃烧相关函数(FCR)是将所述内燃机的正常燃烧状态的转速变化波形归一化成最小值为“0”且最大值为“1”的函数。
本发明第八方面的内燃机失火检测装置，其特征在于，在本发明的第一至第四方面中的任一项所述的内燃机的失火检测装置中，还具备负荷扭矩校正单元，其对所述转速参数(OMG(i))进行校正，以排除因从所述内燃机的负荷侧向所述内燃机施加的扭矩而引起的转速变动成分，所述基准值计算单元和相对速度参数计算单元利用通过所述负荷扭矩校正单元进行校正后的转速参数(OMGR(i))，分别进行所述基准值的计算以及所述相对速度参数的计算。
在此，“从所述内燃机的负荷侧向所述内燃机施加的扭矩”具体地是指通过内燃机驱动的车辆的车轮或辅机、或者由于内燃机的摩擦而对内燃机施加的扭矩。
根据本发明的第一方面，计算转速参数的基准值，计算所述基准值与每隔规定曲轴角检测出的转速参数之间的偏差作为相对速度参数，根据对该相对速度参数进行累计而得到的累计值进行失火判定。通过适当地设定基准值，相对速度参数的累计值表示燃烧行程中的气缸的发生扭矩，因此，根据该累计值，可以判定在发生扭矩为负值的气缸中发生了失火。该判定对每个气缸进行，因此不论内燃机的气缸数是多少，都可容易地确定失火发生气缸。其结果，可以通过比较简单的运算来进行准确的失火判定、且可进行通用性高的失火判定。
根据本发明的第二方面，基准值是作为失火判定对象的气缸的活塞位于压缩上死点附近时检测出的转速参数。由此，可根据对象气缸的燃烧行程中转速参数的推移来进行判定。
根据本发明的第三方面，通过在曲轴角720/N(N是所述内燃机的气缸数)度的期间内对相对速度参数进行累计，而算出累计值。720/N度相当于与燃烧行程的发生周期相对应的曲轴角期间，通过在该期间内进行累计，能够对每个气缸进行准确的失火判定。
根据本发明的第四方面，根据相对速度参数以及内燃机的可动部件的惯性力引起的惯性力转速成分来进行失火判定。由此，能够排除内燃机的可动部件的惯性力引起的转速成分的影响，进行准确的判定。
根据本发明的第五方面，用惯性力转速成分对相对速度参数进行修正，从而计算第1修正相对速度参数，通过将该第1修正相对速度参数乘以对正常燃烧时的转速变化进行近似的燃烧相关函数(FCR)来计算第2修正相对速度参数，根据该第2修正相对速度参数的积分值来进行失火判定。通过乘以燃烧相关函数，可去除包含在所检测出的转速参数中的干扰的影响，提高失火判定的精度。
根据本发明的第六方面，应用使用了余弦函数的上述算式定义的燃烧相关函数，可通过比较简单的运算进行适当的校正，而与气缸数无关。
根据本发明的第七方面，作为燃烧相关函数应用将内燃机的正常燃烧状态下的转速变化波形归一化成最小值为“0”且最大值为“1”的函数，因此可在燃烧相关函数中反映内燃机的特性，可进行更加适当的校正。
根据本发明的第八方面，对转速参数进行校正，以排除因从内燃机的负荷侧施加的扭矩而引起的转速变动成分，利用该校正后的转速参数，进行基准值的计算以及相对速度参数的计算，从而能够排除因施加在内燃机上的负荷扭矩而引起的转速变动成分的影响，进行准确的判定。
图1是表示本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。
图2是用于说明失火判定的方法的图。
图3是表示为了失火判定而计算的参数的推移的图。
图4是表示为了失火判定而计算的参数的推移的图。
图5是用于说明由发动机的往复运动部件工作而引起的惯性力扭矩的计算方法的图。
图6是表示每个气缸的惯性力扭矩(TI1)、6气缸的合成惯性扭矩(TI)以及对应的惯性力转速(ωI)的关系的波形图。
图7是第一实施方式的失火判定处理的流程图。
图8是表示判定结果的例子的图。
图9是第一实施方式的变形例的失火判定处理的流程图。
图10是第二实施方式的失火判定处理的流程图。
图11是第二实施方式的变形例的失火判定处理的流程图。
图12是用于说明在曲轴角度位置传感器输出中包含的干扰的影响的图。
图13是表示燃烧相关函数(FCR)的例子的图。
图14是表示燃烧相关函数(FCR)的另一例子的图。
图15是表示失火判定参数的实测值的偏差的的图。
图16是本发明的第三实施方式的失火判定处理的流程图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的内燃机及其控制装置的结构的图。内燃机(以下称为“发动机”)1例如具有6个气缸，具备进气管2以及排气管5。在进气管2中设有节气门3。并且在排气管5中设有进行排气净化的催化转换器6。
对于每个气缸设有燃料喷射阀4，其设在发动机1和节气门3之间且位于进气管2的未图示的进气门的稍靠上游侧，各喷射阀与未图示的燃料泵连接，并且与电子控制单元(以下称为“ECU”)20电连接，通过来自ECU 20的控制信号控制燃料喷射阀4的开启时间。
在紧靠节气门3的下游处设有检测进气管2内的压力的进气管内绝对压力(PBA)传感器11，向ECU 20提供其检测信号。
在ECU 20上，连接有检测发动机1的曲轴(未图示)的旋转角度的曲轴角度位置传感器12，向ECU 20提供与曲轴的旋转角度对应的信号。曲轴角度位置传感器12由以下的传感器构成气缸判别传感器，其在发动机1的特定的气缸的规定曲轴角度位置处输出脉冲(以下称为“CYL脉冲”)；TDC传感器，其关于各气缸的吸入行程开始时的上死点(TDC)在规定曲轴角度前的曲轴角度位置处(在6气缸发动机中为曲轴角每120度)输出TDC脉冲；以及CRK传感器，其按照比TDC脉冲短的一定曲轴角周期(例如6度周期)产生1个脉冲(以下称为“CRK脉冲”)，向ECU 20提供CYL脉冲、TDC脉冲和CRK脉冲。这些脉冲用于燃料喷射时期、点火时期等的各种正时控制、发动机转速(发动机旋转速度)NE的检测。并且，ECU 20根据CRK脉冲的发生时间间隔(以下称为“时间参数”)CRME，进行发动机1的失火的检测。
ECU 20由以下部分构成输入电路，其具有对来自各种传感器的输入信号波形进行整形，把电压电平修正为规定的电平，把模拟信号值转换为数字信号值等的功能；中央运算处理单元(以下称为“CPU”)；存储通过CPU执行的各种运算程序和运算结果等的存储电路；以及向燃料喷射阀4等提供控制信号的输出电路等。ECU 20的CPU执行以下说明的失火检测。
接着对本实施方式的失火检测的方法详细地进行说明。
图2(a)是表示以在发动机1的各气缸的活塞压缩上死点附近时检测到的转速(以下称为“基准转速”)为基准的相对转速OMGREF的推移的时序图。压缩上死点被定义为各气缸的燃烧行程开始的上死点。另外，在以下的说明中，“各气缸的压缩上死点”或“各气缸的压缩上死点附近”是指“各气缸的活塞处于压缩上死点的时候”或者“各气缸的活塞处于压缩上死点附近的时候”。通过从每隔6度的曲轴角度检测的转速(根据时间参数CRME计算)中减去基准转速来计算相对转速OMGREF。图2(a)中的#1～#6是为了按照点火的顺序对6个气缸进行识别而添加的气缸识别编号(与后述的气缸编号不同)。在压缩上死点后的燃烧行程中，若点火正常进行，则相对转速OMGREF为正值，若发生失火则为负值。即，在图2(a)中所示的例子中，#1～#3、#5和#6气缸进行正常燃烧，而在#4气缸中发生了失火。因此，如图2(b)的棒状图(未加阴影线的右侧的棒状图)所示，通过在1个TDC期间(与燃烧行程相对应的曲轴角度120度的期间)内累计每隔曲轴角6度计算的相对转速OMGREF而得到的累计值在发生失火的#4气缸中为负值，在进行正常燃烧的气缸中为正值。由此，可判定失火气缸。并且，通过上述运算而得到的累计值成为表示在各气缸中发生的扭矩的参数。
图2(b)中所示的加阴影线的棒状图表示在1个TDC期间内对以压缩上死点附近检测到的时间参数(以下称为“基准时间参数”)为基准的相对时间参数CRMEREF进行累计而得到的累计值。通过从基准时间参数中减去每隔曲轴角6度检测的时间参数来计算相对时间参数CRMEREF。即，若通过燃烧发生扭矩，则相对时间参数CRMEREF为正值，若因失火不发生扭矩则为负值。由此，与相对转速OMGREF的累计值同样，相对时间参数CRMEREF的累计值在发生失火的#4气缸为负值，在进行正常燃烧的气缸中为正值。由此，不将时间参数CRME转换为转速OMG而直接使用，同样可进行失火气缸的判定。
图3和图4是用于更加详细地说明上述失火判定方法的时序图。图3和图4表示发动机转速NE正在上升的状态。图3(a)表示时间参数CRME的推移，图3(b)表示由时间参数CRME计算的转速OMG的推移。图3(c)表示通过对转速OMG实施720度滤波处理而计算的滤波处理后转速OMGR的推移。720度滤波处理是消除1周期的期间中的线性变化成分，提取比较短周期的变动的处理(该处理的细节后述)。720度滤波处理是为了除去由从发动机1的负荷侧向发动机1施加的扭矩(通过发动机1驱动的车辆的轮胎或辅机施加的扭矩，或者由于发动机1的滑动部件的摩擦引起的扭矩)引起的旋转变动成分而进行的处理。
图4(a)表示在各气缸的压缩上死点附近，以与基准转速的计算相同的定时而计算的惯性力转速OMGI的推移。根据发动机1的往复运动部件(活塞和连杆)的质量、连杆的长度、曲轴半径、以及曲轴带轮、变矩器、锁止离合器等的发动机1的负荷侧的旋转部件的惯性矩而计算出惯性力转速OMGI。
图4(b)表示通过对相对转速OMGREF加上惯性力转速OMGI而计算的修正相对转速OMGREFM(＝OMGREF+OMGI)的推移，图4(c)表示通过在1个TDC期间中对修正相对转速OMGREFM进行累计而计算的累计值、即判定参数MFJUD的推移。在该例中，判定参数MFJUD在曲轴角120度～240度的范围内为负值，判定为在#2气缸发生了失火。
接着，说明惯性力转速OMGI的计算方法。若如图5所示设连杆长为L、曲轴半径为R、偏置为e、曲轴的旋转角速度为ω、活塞和连杆的合计质量为m，角度θ和φ按照图示定义，则由1个气缸中产生的惯性力引起的扭矩(以下称为“单一气缸惯性扭矩”)TI1可以用下式(1)表示。其中，以下所示算式中的角度的单位设为使用弧度[rad]。
TI1=-mR2ω2(cosθ+esinθ/L+Rcos2θ/L)·cos{π2-(φ+θ)}/cosφ...(1)]]>图6(a)是把根据式(1)计算的单一气缸惯性扭矩TI1作为曲轴角度θ的函数而用曲线表示的图。把单一气缸惯性扭矩TI1的相位每隔120度偏移而将6个气缸的部分相加得到的合成惯性扭矩TI如图6(b)所示那样推移，能够以下式(2)来进行近似。
TI＝-Asin3θ(2)其中，A是与旋转角速度ω[rad/s]的平方成正比的系数。
另一方面，设曲轴带轮、变矩器等的旋转部件的惯性矩为I，则合成惯性扭矩TI由下式(3)得到(参照图6(c))。
TI＝I×(dω/dt) (3)从式(2)和式(3)得到下式(4)，对于旋转角速度ω进行求解，则与合成扭矩TI对应的惯性力转速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设为“0”，通过式(6)来计算压缩上死点处的惯性力转速OMGI。
OMGI＝(A/3I)(1/OMG) (6)系数A与转速OMG的平方成正比，因此把比例常数设为K，则式(6)可以变形为式(7)。
OMGI＝K·OMG/3I (7)图6(b)表示合成惯性扭矩TI的推移，图6(c)表示对应的惯性力转速ωI的推移。这样，在压缩上死点(θ＝0，120，240，...)处的惯性力转速OMGI变为最大值，因此通过对相对转速OMGREF加上惯性力转速OMGI(等价于从基准转速中减去惯性力转速OMGI)，可以得到排除了惯性力转速ωI的影响的修正相对转速OMGREFM。此外，通过在1个TDC周期(120度)内对修正相对转速OMGREFM进行累计而消除了图6(c)中示出的惯性力转速ωI的周期变动成分。
图7是失火判定处理的流程图，利用ECU 20的CPU来与TDC脉冲发生同步地执行该处理。其中，对于每隔曲轴角6度产生的CRK脉冲的发生时间间隔、即时间参数CRME(i)，在存储电路内的缓冲存储器中存储了曲轴角720度那么多的数据(i＝0～ND-1，数据量ND为120)。并且，设点火顺序的气缸识别编号为k(＝1～6)、1个TDC期间内的数据量为NTDC(在本实施方式中为NTDC＝20)，则通过执行1次本处理，进行参数i从(k-1)NTDC到(kNTDC-1)的运算。例如，在当前次的处理进行与第1个气缸(k＝1)相对应的运算时，参数i取从0至(NTDC-1)的值，在当前次的处理进行与第5个气缸(k＝5)相对应的运算时，参数i取从4NTDC至(5NTDC-1)的值。
在步骤S11中，通过下式(8)，把时间参数CRME(i)转换为转速OMG(i)[rad/s]。
OMG(i)＝Dθ/CRME(i) (8)其中，Dθ为计测时间参数CRME的角度间隔4π/ND，在本实施方式中，为π/30[rad]。
在步骤S12中，通过下式(9)，执行720度滤波处理，计算滤波处理后的转速OMGR(i)。
OMGR(i)＝OMG(i)-(OMG(ND)-OMG(0))×Dθ×i/4π(9)在步骤S13中，通过下式(10)，计算相对转速OMGREF。
OMGREF(i)＝OMGR(i)-OMGR((k-1)NTDC) (10)其中，OMGR((k-1)NTDC)为基准转速，相当于判定对象气缸的压缩上死点处的滤波处理后转速。
在步骤S14中，通过下式(11)，计算惯性力转速OMGI(k)。
OMGI(k)＝K·OMG((k-1)NTDC)/3I (11)最好根据此时自动变速器的锁止离合器是否接合，变更惯性矩I的值。由此，不论锁止离合器的接合/非接合均可进行准确的判定。
在步骤S15中，通过下式(12)，计算修正相对转速OMGREFM(i)。
OMGREFM(i)＝OMGREF(i)+OMGI(k) (12)在步骤S16中，通过下式(13)，作为修正相对转速OMGREFM的累计值计算出判定参数MFJUD(k)。
MFJUD(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREFM(i)...(13)]]>在步骤S17中，判别判定参数MFJUD(k)是否比“0”小，当其答案为否定(NO)时，判定为进行了正常燃烧，把失火标志FMF(k)设定为“0”(步骤S18)。另一方面，当MFJUD(k)＜0时，判定为在#k气缸发生了失火，把失火标志FMF(k)设定为“1”(步骤S19)。
在步骤S20中，判定气缸识别编号k是否等于气缸数N，当其答案为否定(NO)时，对气缸识别编号k加“1”(步骤S22)。此外，当k＝N时，使气缸识别编号k返回“1”(步骤S21)。
通过图7的处理，对每个气缸进行失火判定。
图8是表示在各种各样的发动机运转状态中，使失火发生模式变化而计算判定参数MFJUD的结果的图。图8(a)表示在低转速低负荷运转状态下进行正常燃烧的例子的计算数据；图8(b)表示在低转速高负荷运转状态下进行正常燃烧的例子的计算数据。在全部的气缸中得到正值。
图8(c)表示在低转速低负荷运转状态下在1号气缸中发生了失火的例子；图8(d)表示在低转速低负荷运转状态下在1号气缸和5号气缸中发生了失火的例子；图8(e)表示在低转速部分负荷运转状态下在5号气缸和6号气缸中发生了失火的例子。在这些例子中都是与失火的气缸对应的判定参数MFJUD的值变为负值，能够可靠地判定失火。
图8(f)表示在高转速低负荷运转状态下在1号气缸和5号气缸中发生了失火的例子；图8(g)表示在高转速满负荷运转状态下在5号气缸中发生了失火的例子；图8(h)表示在高转速部分负荷运转状态下在3号气缸和4号气缸中发生了失火的例子。图8(i)表示在高转速低负荷运转状态下在5号气缸中发生了失火的例子；图8(j)表示在中间转速部分负荷运转状态下在1号气缸、3号气缸和4号气缸中发生了失火的例子。在这些例子中都是与失火的气缸对应的判定参数MFJUD的值变为负值，能够可靠地判定失火。
根据以上的本实施方式，通过对以各气缸的压缩上死点处的转速为基准转速的相对转速进行1个TDC期间的累计，来计算表示处于燃烧行程中的气缸的发生扭矩的判定参数MFJUD，根据该判定参数MFJUD进行失火判定。而且，在该判定参数MFJUD的计算中，无需进行与应该检测的失火模式对应的多个滤波处理。因此，能够以比较简单的运算来对每个气缸进行准确的失火判定。
更加具体地说，作为在失火判定对象气缸的的压缩上死点附近检测到的基准转速OMGR((k-1)NTDC)和每隔曲轴角6度计算的转速OMGR之间的偏差，计算出相对转速OMGREF，通过对其加上惯性力转速OMGI，计算修正相对转速OMGREFM。通过加上惯性力转速OMGI，对因惯性力转速引起的基准转速OMGR((k-1)NTDC)的偏差进行了校正，能够排除惯性力转速的影响而进行准确的失火判定。
这里，可以根据由部件的尺寸和质量等的设计明确地决定的数据计算出由惯性力引起的惯性力转速OMGI，因此可大幅减少判定阈值的设定等所需的工时。
并且，通过对转速OMG实施720度滤波处理，计算出滤波处理后转速OMGR，使用滤波处理后转速OMGR计算出相对转速OMGREF、修正相对转速OMGREFM和判定参数MFJUD。通过720度滤波处理，能够排除从发动机1的负荷侧施加的扭矩、例如由通过发动机1驱动的车辆的车轮或辅机施加的扭矩，或者由于发动机1的滑动部件的摩擦而产生的扭矩所引起的转速变动成分，进行准确的判定。
在本实施方式中，曲轴角度位置传感器12和ECU 20构成转速参数检测单元，ECU 20构成基准值计算单元、相对速度参数计算单元、判定单元、惯性力速度成分计算单元、以及负荷扭矩修正单元。更加具体地说，图7的步骤S11相当于转速参数检测单元的一部分，步骤S13相当于基准值计算单元和相对转速参数计算单元，步骤S15～S19相当于判定单元，步骤S14相当于惯性力速度成分计算单元，步骤S12相当于负荷扭矩校正单元。
图9表示图7所示的流程图的变形例。图9所示的处理是把图7所示处理的步骤S16和S17变更为步骤S16a、S16b以及S17a后的处理。
在步骤S16a中，通过下式(13a)，作为相对转速OMGREF(i)的累计值而计算出判定参数MFJUDa(k)。
MFJUDa(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREF(i)...(13a)]]>在步骤S16b中，通过下式(14)，计算判定阈值MFTH(k)。
MFTH(k)＝-NTDC×OMGI(k)(14)在步骤S17a中，判别判定参数MFJUDa(k)是否比判定阈值MFTH(k)小，当其答案为否定(NO)时，判定为正常燃烧并进入步骤S18。另一方面，当MFJUDa(k)＜MFTH(k)时，判定为在#k气缸发生了失火，并进入步骤S19。
在该变形例中，判定阈值MFTH(k)相当于惯性力转速OMGI的累计值。即，代替对修正相对转速OMGREFM进行累计，通过对相对转速OMGREF进行累计，来计算判定参数MFJUDa(k)，通过把惯性力转速OMGI的累计值作为判定阈值MFTH(k)，可进行与上述实施方式相同的判定。
在本变形例中，图9的步骤S16a、S16b、S17a、S18以及S19相当于判定单元。
在上述的实施方式中，把时间参数CRME转换为转速OMG，使用转速OMG作为速度参数来进行失火判定，但在本实施方式中，使用时间参数CRME作为速度参数来进行失火判定。并且，除下面说明的点以外，均与第1实施方式相同。
图10是把时间参数CRME用作为速度参数的失火判定处理的流程图。
在步骤S32中，通过下式(21)，执行720度滤波处理，计算滤波处理后时间参数CRMER(i)。
CRMER(i)＝CRME(i)-(CRME(0)-CRME(ND))×Dθ×i/4π(21)在步骤S33中，通过下式(22)，计算相对时间参数CRMEREF(i)。
CRMEREF(i)＝CRMER((k-1)NTDC)-CRMER(i)(22)其中，CRMER((k-1)NTDC)为基准时间参数，相当于判定对象的气缸的压缩上死点处的滤波处理后时间参数。
在步骤S34中，通过下式(23)，计算惯性力时间参数CRMEI(k)。
CRMEI(k)＝3I·CRME((k-1)NTDC)/K (23)在步骤S35中，通过下式(24)，计算修正相对时间参数CRMEREFM(i)。
CRMEREFM(i)＝CRMEREF(i)-CRMEI(k) (24)在步骤S36中，通过下式(25)，计算判定参数MFJUDb(k)，作为修正相对时间参数CRMEREFM的累计值。
MFJUDb(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1CRMEREFM(i)...(25)]]>
在步骤S37中，判别判定参数MFJUDb(k)是否比“0”小，当其答案为否定(NO)时，判定为进行了正常燃烧，把失火标志FMF(k)设定为“0”(步骤S38)。另一方面，当MFJUDb(k)＜0时，判定为在#k气缸发生了失火，把失火标志FMF(k)设定为“1”(步骤S39)。
在步骤S40中，判定气缸识别编号k是否等于气缸数N，当其答案为否定(NO)时，对气缸识别编号k加“1”(步骤S42)。此外，当k＝N时，使气缸识别编号k返回“1”(步骤S41)。
如参照图2(b)说明的那样，相对时间参数CRMEREF的累计值取决于失火的有无，与相对转速OMGREF的累计值同样地变化，因此能够与第1实施方式同样地对每个气缸准确地进行失火判定。
在本实施方式中，图10的步骤S33相当于基准值计算单元和相对速度参数计算单元，步骤S36～S39相当于判定单元，步骤S34和S35相当于惯性力速度成分计算单元，步骤S32相当于负荷扭矩校正单元。
图11表示图10所示的流程图的变形例。在图11中所示的处理是把图10所示处理的步骤S36和S37变更为步骤S36a、S36b以及S37a后的处理。
在步骤S36a中，通过下式(25a)，作为相对时间参数CRMEREF(i)的累计值而计算出判定参数MFJUDc(k)。
MFJUDc(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1CRMEREF(i)...(25a)]]>在步骤S36b中，通过下式(26)，计算判定阈值MFTHa(k)。
MFTHa(k)＝NTDC×CRMEI(k)(26)在步骤S37a中，判别判定参数MFJUDc(k)是否比判定阈值MFTHa(k)小，当其答案为否定(NO)时，判定为正常燃烧并进入步骤S38。另一方面，当MFJUDc(k)＜MFTHa(k)时，判定为在#k气缸发生了失火，并进入步骤S39。
在该变形例中，判定阈值MFTHa(k)相当于惯性力时间参数CRMEI的累计值。即，代替对修正相对时间参数CRMEREFM进行累计，通过对相对时间参数CRMEREF进行累计，来计算判定参数MFJUDc(k)，通过把惯性力时间参数CRMEI的累计值作为判定阈值MFTHa(k)，可进行与上述第2实施方式相同的判定。
在本变形例中，图11的步骤S36a、S36b、S37a、S38以及S39相当于判定单元。
本发明并不限于上述实施方式，可进行各种的变形。例如，在上述实施方式中，把时间参数CRME(i)应用于式(8)，计算转速OMG，但为了在高转速时不降低计算精度，优选使用通过下式(31)计算的5个时间参数CRME的累计值CRME30(i)来计算转速OMG。
CRME30(i)=Σj=04CRME(i+j)...(31)]]>在该情况下，转速OMG(i)通过下式(8a)计算。但是，因为转速的计算相位有偏移，因此进行相应的相位校正。
OMG(i)＝5Dθ/CRME30(i)(8a)并且，在上述实施方式中，对于作为相对转速OMGREF(相对时间参数CRMEREF)的计算基准的基准转速(基准时间参数)，使用了各气缸的压缩上死点处的转速(时间参数)，但采样定时无需与压缩上死点准确地一致，只要在压缩上死点的附近(例如±7.5度的范围内)即可。在此，7.5度与转速参数的采样周期为15度的情况对应，一般地，如果设采样周期为θSPL，则可以使用在±θSPL/2的范围内采样的转速参数。
并且720度滤波处理可以取代上述式(9)的处理而通过下式(9a)来进行。下式(9a)是使用曲轴角720度的期间的转速OMG的移动平均值OMGAVE(m)来消除线性变化成分的处理。其中，m是与曲轴角720度的周期对应的离散化时刻。
OMGR(i)＝OMG(i)-(OMGAVE(m)-OMGAVE(m-1))×Dθ×i/4π(9a)[第三实施方式]本实施方式对第一实施方式的修正相对转速OMGREFM的计算方法进行变更，以排除因曲轴的扭转和曲轴角度位置传感器的时间参数CRME的检测误差引起的干扰的影响。
图12(a)表示修正相对转速OMGREFM的实测数据的例子，在该图中用虚线围起的部分是受到上述干扰影响的部分。当存在这样的干扰的影响时，产生失火的误判定的可能性变高。因此，在本实施方式中，通过对修正相对转速OMDREFM乘以燃烧相关函数FCR，来排除上述干扰的影响，该燃烧相关函数FCR是对进行正常燃烧且不存在对曲轴角度位置传感器的检测值带来影响的干扰的情况下的转速变化进行近似的函数。图12(b)表示通过对图12(a)中所示的修正相对转速OMGREFM乘以燃烧相关函数FCR而计算出的修正相对转速OMGREFMb，改善了图12(a)中所示的用虚线围起部分的波形。
使用图13中所示的函数，即由下式(41)定义的函数作为燃烧相关函数FCR。其中，N是气缸数、θ是以特定气缸的活塞位于上死点的角度为基准的曲轴角(参照图5)。此外，图13表示与本实施方式的6缸发动机相对应的燃烧相关函数FCR。
FCR＝{1-2cos(N·θ/2)}/2(41)此外，也可例如在发动机的暖机后的稳定运转状态中，计测正常燃烧时的各气缸的缸内压力，通过对计测出的每个气缸的缸内压力进行相加，计算合成的缸内压力变化，通过将该合成缸内压力变化换算为转速的变化，来求出燃烧相关函数FCR。图14是表示这样求出的燃烧相关函数FCR的图。图14中所示的燃烧相关函数是将正常燃烧状态下的转速变化波形归一化成最小值为“0”且最大值为“1”的函数。
图15(a)表示不进行通过燃烧相关函数实现的相对转速校正时的判定参数MFJUD的偏差范围(平均值(黑圆点)±3σ)的例子，图15(b)表示本实施方式的判定参数MFJUDd的偏差范围的例子。从这些图可以明了，通过进行使用了燃烧相关函数FCR的校正，可提高判定参数MFJUDd的计算精度，减小偏差范围(在图示例子中约减小40％)。其结果，可提高失火判定的精度。
图16是本实施方式的失火判定处理的流程图。步骤S51～S53与图7的步骤S11～S13相同，步骤S59～S63与图7的步骤S18～S22相同。
在步骤S54中，在下式(42)中应用通过式(11)计算出的惯性力转速OMGI(k)，计算出惯性力转速OMGIa(i)。在第1实施方式中，将压缩上死点处的惯性力转速OMGI(k)直接应用于式(12)，计算出修正相对转速OMGREFM(i)，但在本实施方式中，计算各个采样定时的惯性力转速OMGIa(i)，进行相对转速OMGREF的修正。在式(42)中，应用3个TDC期间前的惯性力转速OMGI(k-3)的理由在于，在上述的720度滤波处理中使用中间值的运算精度高。此外，参数k是气缸识别编号，k＝0、-1、-2分别与k＝N(＝6)、N-1(＝5)、N-2(＝4)相对应。
OMGIa(i)＝OMGI(k-3)×{cos(N·Dθ·i/2)-1}(42)在步骤S55中，应用通过下式(43)在步骤S54中计算出的惯性力转速OMGIa(i)，来计算第1修正相对转速OMGREFMa(i)。
OMGREFMa(i)＝OMGREF(i)-OMGIa(i) (43)在步骤S56中，在下式(45)中应用在步骤S55中计算出的第1修正相对转速OMGREFMa(i)，以及通过下式(44)计算出的燃烧相关函数FCR(i)，来计算第2修正相对转速OMGREFMb(i)。式(44)是将式(41)的θ置换为(Dθ·i)的式子。
FCR(i)＝{1-2cos(N·Dθ·i/2)}/2 (44)OMGREFMb(i)＝OMGREFMa(i)×FCR(i)(45)在步骤S57中，通过下式(46)计算判定参数MFJUDd(k)。
MFJUDd(k)=Σi=(k-1)NTDCkNTDC-1OMGREFMb(i)...(46)]]>在步骤S58中，判别判定参数MFJUDd(k)是否为负值，当该回答为肯定(“是”)时，判定为发生了失火，进入步骤S60。另一方面，当MFJUDd(k)≥0时，进入步骤S59。
以上这样在本实施方式中，通过从相对转速OMGREF(i)中减去惯性力转速OMGIa(i)，来计算第1修正相对转速OMGREFMa，进而通过将第1修正相对转速OMGREFMa乘以燃烧相关函数FCR，来计算第2修正相对转速OMGREFMb，通过对第2修正相对转速OMGREFMb进行积分，来计算判定参数MFJUDd，因此，可排除对曲轴角度位置传感器12的检测值带来影响的干扰的影响，提高失火判定的精度。
通过使用式(44)所示的燃烧相关函数FCR(i)，无需用于设定燃烧相关函数值计算用的表的实验，可以通过比较简单的运算来进行适当的校正，而与气缸数量无关。
在本实施方式中，图16的步骤S51相当于转速参数检测单元的一部分，步骤S53相当于基准值计算单元及相对速度参数计算单元，步骤S55～S60相当于判定单元，步骤S54相当于惯性力速度成分计算单元，步骤S52相当于负荷扭矩校正单元。
在使用基于图14中示出的实测数据的燃烧相关函数的情况下，预先在存储器中存储根据参数i来检索图14中所示的1个周期的函数值FCR(i)的FCR表，在步骤S56中，替代基于式(44)的运算，进行FCR表检索。通过使用基于实测数据的燃烧相关函数，可在燃烧相关函数中反映内燃机的特性，可进行更加适当的校正。
此外，式(44)的运算也可以通过预先在存储器中作为表存储余弦函数，检索该余弦函数表来计算燃烧相关函数值FCR(i)。
此外，式(42)的惯性力转速OMGI(k-3)也可替换为当前次值OMGI(k)。
此外，使用燃烧相关函数FCR的校正也可适用于所述第二实施方式。
并且，在上述的实施方式中，示出了对6气缸发动机应用本发明的例子，但本发明不论气缸数量多少均可适用。并且，本发明也可适用于在燃烧室内直接喷射燃料的汽油发动机、或柴油发动机的失火判定。并且，本发明也可适用于把曲轴设为垂直方向的船外机等的船舶推进用发动机等的失火判定。
权利要求
1.一种内燃机的失火检测装置，该内燃机的失火检测装置具有检测与内燃机的转速对应的转速参数的转速参数检测单元，根据所检测到的转速参数来检测所述内燃机的失火，其特征在于，该内燃机的失火检测装置具有基准值计算单元，其计算所述转速参数的基准值；相对速度参数计算单元，其计算所述基准值与每隔规定曲轴角检测出的转速参数之间的偏差作为相对速度参数；以及判定单元，其计算所述相对速度参数的累计值，根据该计算的累计值进行失火判定。
2.根据权利要求1所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，所述基准值是成为失火判定对象的气缸的活塞位于压缩上死点附近时检测出的所述转速参数。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，所述判定单元在曲轴角720/N度的期间内对所述相对速度参数进行累计，其中，N是所述内燃机的气缸数。
4.根据权利要求1所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，该内燃机的失火检测装置还具有惯性力速度成分计算单元，其计算由所述内燃机的可动部件的惯性力引起的惯性力转速成分，所述判定单元根据所述相对速度参数以及惯性力转速成分来进行所述失火判定。
5.根据权利要求1所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，该内燃机的失火检测装置还具有惯性力速度成分计算单元，其计算由所述内燃机的可动部件的惯性力引起的惯性力转速成分，所述判定单元用所述惯性力转速成分来修正所述相对速度参数，从而计算第1修正相对速度参数，通过将该第1修正相对速度参数乘以对正常燃烧时的转速变化进行近似的燃烧相关函数，来计算第2修正相对速度参数，根据该第2修正相对速度参数的积分值来进行所述失火判定。
6.根据权利要求5所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，所述燃烧相关函数由下式定义(1-2cos(N·θ/2))/2其中，N是所述内燃机的气缸数，θ是以所述内燃机的特定气缸的活塞位于上死点位置的角度为基准的曲轴角。
7.根据权利要求5所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，所述燃烧相关函数是将所述内燃机的正常燃烧状态下的转速变化波形归一化成最小值为“0”且最大值为“1”的函数。
8.根据权利要求1所述的内燃机的失火检测装置，其特征在于，该内燃机的失火检测装置还具有负荷扭矩校正单元，其对所述转速参数进行校正，以排除因从所述内燃机的负荷侧向所述内燃机施加的扭矩而引起的转速变动成分，所述基准值计算单元和相对速度参数计算单元利用通过所述负荷扭矩校正单元进行校正后的转速参数，分别进行所述基准值的计算以及所述相对速度参数的计算。
全文摘要
本发明的课题是提供一种可以通过比较简单的运算对每个气缸进行准确的失火判定、且通用性高的内燃机失火检测装置。作为解决手段，计算在各气缸的压缩上死点附近检测出的基准转速OMGR((k－1)NTDC)和每隔规定曲轴角检测出的转速参数(OMGR(i))之间的偏差，作为相对转速OMGREF(i)(S12，S13)。计算出表示由内燃机的往复运动部件等的惯性力引起的速度成分的惯性力转速OMGI(k)(S14)，由此对相对转速OMGREF(i)进行修正，计算出修正相对转速OMGREFM(i)(S15)。通过对修正相对转速OMGREFM(i)进行累计，计算出判定参数MFJUD(k)(S16)，根据判定参数MFJUD进行失火判定(S17)。
文档编号F02D45/00GK101059106SQ200610164558
公开日2007年10月24日 申请日期2006年12月7日 优先权日2005年12月27日
发明者塚本宗纪, 四竈真人 申请人:本田技研工业株式会社