[发明专利]一种发动机稳态工况失火检测及自适应判定方法和装置

摘要

本发明公开了一种发动机稳态工况失火检测及自适应判定方法和装置，该方法利用检测得到的发动机排气动态压力波信号、点火放电信号和曲轴转角信号，将所检测到的信号进行处理和融合，得到以曲轴转角为时间尺度的压力信号和放电信号数据。在失火检测仪中，利用处理和融合的数据，依据点火信号与气缸工作顺序确定各气缸对应的排气动态压力波，提取得到各气缸的排气动态压力波特征参数，实时辨析正常工作循环和气缸，根据自适应判定法则确定各缸工作状况，统计分析各缸的失火频率。该方法判定准确，不依赖于发动机ECU信号，无需建立排气动态压力波数据库，也不受发动机型号和工作环境等影响，操作简单，容易实现，通用性强，检测精度高。

主权项

一种发动机稳态工况失火检测及自适应判定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：判断发动机是否能启动；若发动机不能启动，则所有气缸存在失火或产生其它故障，不需再进行后续检测步骤；若发动机能启动，则进入步骤2，继续发动机失火检测；步骤2：安装传感器及感应器，并将传感器和感应器与失火检测分析仪连接；在发动机排气总管与各排气歧管交汇处下游安装一个动态压力传感器；在任一气缸的分缸高压线上安装一个点火放电信号感应器；在飞轮上安装一个曲轴转角传感器；步骤3：启动发动机与失火检测分析仪，且将发动机的负荷和转速保持稳定；步骤4：获取时域检测信号，并将时域检测信号转换为角域检测信号；所述时域检测信号包括排气动态压力波信号、点火放电信号和曲轴转角信号，横坐标单位为秒或者毫秒，并通过曲轴转角信号实现时域检测信号和角域检测信号的转换；所述角域检测信号是指以曲轴转角作为横坐标，单位为℃A，按照下式将时域信号转化为角域信号，获得发动机所有工作循环中每一气缸排气行程的压力波动特性角域信号以及所检测点火线圈放电特性角域检测信号；其中，角速度ω通过曲轴转角传感器测得；步骤5：对排气动态压力波的角域信号进行分解和横坐标平移；以第1个工作循环内的最小压力p_{1_min}所在曲轴转角视为气缸之间排气过程的分界点，四缸四冲程发动机的分界点就是活塞下止点，将该点的横坐标平移转化为180*λ℃A，λ为整数，取‑1、0、或1；以180*λ℃A为基准点，按照最小压力p_{1_min}的平移量对整个排气动态压力波的角域信号进行整体平移，并采用步长T_ex对所检测到的排气动态压力波角域信号和点火线圈放电角域信号进行划分，获得与各气缸对应的分阶段的角域信号，各阶段角域信号依照气缸点火顺序首尾相连；其中，T_ex＝T_c/τ，单位为℃A，T_c为发动机工作一个工作循环的周期，τ为冲程数，四冲发动机τ＝4，二冲程发动机τ＝2,步骤6：确定各阶段排气动态压力波与气缸序号的对应关系；利用点火放电信号确定对应气缸的序号、同一气缸从点火到排气门开启相差T_ex和各气缸的排气动态压力波的先后顺序是由点火顺序所决定的关系，确定各阶段排气动态压力波与气缸序号的对应关系；步骤7：提取各气缸排气动态压力波特征参数；测试了m个工作循环将得到m个循环的排气动态压力波，再将每一循环的排气动态压力波分解成4阶段(以4缸机为例)，则每一阶段排气过程的曲轴转角为T_ex，提取每一阶段的排气动态压力波特征参数及步骤有：7.1：计算检测总工作循环数m，t为检测时间，T为发动机稳态工况下一个工作循环的周期，单位为秒；T对应的曲轴转角周期为T_c，四冲程发动机为720℃A，二冲程发动机为360℃A；7.2：提取各工作循环中的最大波动压力p_{i_max}、最小波动压力p_{i_min}和平均压力p_{i_mean}，其中，i表示为第i个工作循环，取值范围为1≤i≤m；7.3：提取各工作循环中每一气缸在排气阶段中的最大波动压力p_{i_j_max}和最小波动压力p_{i_j_min}，以及平均压力p_{i_j_mean}，其中，j表示为第j缸，取值范围为1≤j≤k，k为检测发动机的总缸数；7.4：确定正常工作气缸：令p_{i_max}＝f_max(p_{i_j_max})，p_{i_mean}＝f_max(p_{i_j_mean})，f_max为求最大值函数，则将p_{i_max}对应气缸视为正常工作气缸；7.5：计算各工作循环中每一气缸与正常工作气缸的特征值差，有最大波动压力差Δp_{i_j_max}和平均压力差Δp_{i_j_mean}：Δp_{i_j_max}＝p_{i_max}‑p_{i_j_max}Δp_{i_j_mean}＝p_{i_mean}‑p_{i_j_mean}7.6：计算发动机每分钟的稳定转速n，7.7：计算发动机瞬态转速n_t，其中ω_t表示发动机瞬时角速度；步骤8：气缸工况判断；若发动机能启动，则按照以下判断准则对气缸状态进行判断：1)若或则存在气缸失火；2)若或则气缸正常着火，但存在其它故障；3)若或则气缸正常；其中，表示最大波动压力偏离程度，表示平均压力偏离程度，a、b、c及d均为设定阈值，其中，a为最高波动压力失火判定阈值，取值范围为20％‑25％；b为最高波动压力正常判定阈值，取值范围为5％‑10％；c为平均压力失火判定阈值，取值范围为15％‑20％；d为平均压力正常判定阈值，取值范围为5％‑10％。