專利名稱：探測內燃機中點火不良的方法和實現所述方法的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種探測內燃機中點火不良的方法，并且特別涉及一種探測內燃機的一個或多個汽缸中點火不良的方法。本發(fā)明還涉及一種實現所述方法的系統(tǒng)。
已知為了監(jiān)視內燃機，特別是具有大量汽缸的賽車發(fā)動機的性能，希望探測在一個或多個汽缸中發(fā)生的燃料混合物的點火不良。一種實現所述探測的已知方法包括用靠近飛輪安排的電子傳感器來測量曲軸轉速的突然波動，該方法目前對于在更嚴格規(guī)則下控制污染排氣起重要作用。該傳感器與安排在汽車內部的控制裝置連接，控制裝置接收所有與發(fā)動機有關并且由適當傳感器傳送的數據。根據傳送的轉矩，通過計算速度的波動，有可能識別發(fā)動機的一個汽缸中的可能點火不良。然而，該方法不允許精確地識別在哪個汽缸中發(fā)生了點火不良，而且具有相當高的誤差概率，特別是例如在旅行汽車經受由道路表面缺陷所引起的劇烈振蕩的情況下，這樣暫時影響了曲軸的轉速。
為了解決這些缺點，應該及時測量發(fā)動機排氣的壓力的波動。雖然市場上可買到的壓力傳感器非常精確，并且?guī)缀跆峁崟r響應，但是根據排氣中壓力波動的測量來探測點火不良的已知方法仍然非常不精確，并且可靠性差，特別是當應用于具有大量汽缸的發(fā)動機的情況下。
因此本發(fā)明的目的是提供一種沒有上述缺點的探測點火不良的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現所述方法的系統(tǒng)。這些目的通過一種方法和一種系統(tǒng)來實現，其主要特征分別在第一和第八權利要求中公開。
由于對排氣管中探測的壓力值進行抽樣及隨后的頻率分析，根據本發(fā)明的方法相對現有技術的方法提供更高的精確性和可靠性。事實上，如果發(fā)動機點火正常，則汽缸排氣閥的周期打開在排氣管中產生具有相同周期和類似波形的壓力脈沖。相反，在汽缸之一點火不良的情況下，對應的壓力脈沖改變，因此改變壓力值的周期圖形。與脈沖頻率同步的參考容易從探測曲軸和/或凸輪軸的轉速的傳感器導出。
根據本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點是通過對抽樣信號的頻率分析，有可能確定在單發(fā)動機循環(huán)期間是僅有一個或多個點火不良發(fā)生。事實上，抽樣信號的不同諧波的模的幅值取決于其中發(fā)生點火不良的汽缸的數目。
根據本發(fā)明的方法的又一個優(yōu)點是通過對抽樣信號的頻率分析，有可能不僅確定點火不良，而且還確定發(fā)生點火不良的汽缸的位置。事實上，汽缸點火順序的知識和把抽樣信號的一次諧波的相位與第一汽缸的相位的比較，提供指示發(fā)生點火不良的汽缸的位置的相位差。
對本領域技術人員來說，由以下參考附圖對其實施例所作的詳細敘述，根據本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的這些和其他優(yōu)點及特征將是顯而易見的，其中

圖1表示根據本發(fā)明的系統(tǒng)的示意圖；圖2表示根據本發(fā)明的方法的流程圖；圖3a、圖3b和圖3c表示作為曲軸旋轉的函數的壓力的三條曲線圖；圖4a、圖4b和圖4c表示作為曲軸旋轉的函數的壓力的另三條曲線圖；圖5a、圖5b和圖5c表示作為發(fā)動機循環(huán)數的函數的點火不良指標的三條曲線圖；圖6表示圖3a的曲線圖的傅立葉變換；以及圖7a、圖7b和圖7c表示在圖3a、圖3b和圖3c的曲線圖中，壓力的一次諧波的極坐標的三條曲線圖。
參考圖1，可見根據本發(fā)明的系統(tǒng)按已知方式包括控制裝置1(用虛線表示)，它又包括一對互連電子控制器2，2’，控制器各自對發(fā)動機的兩排汽缸3，3’中的一排提供控制。在本實施例中，敘述一種V12發(fā)動機，它有兩排各六個的汽缸3，3’，但是在其他實施例中，汽缸和/或排數顯然可以改變，控制器2，2’按已知方式與一對冷卻劑溫度傳感器4，4’連接，并且與兩對分別探測進氣歧管7，7’中空氣的溫度和壓力的傳感器5，5’和6，6’連接。控制器2，2’還與一對分析排氣管9，9’中氧氣含量的λ傳感器8，8’，兩串把燃料噴入汽缸3，3’的進氣管11，11’中的噴射器10，10’，以及一對點火線圈12，12’連接。排氣管9，9’優(yōu)選地還設有一對與控制器2，2’連接的溫度傳感器13，13’。
根據本發(fā)明的本實施例的系統(tǒng)適當地包括一個探測與曲軸成整體的飛輪15的轉速的傳感器14，和另一對探測凸輪軸17的旋轉的傳感器16，16’。這些傳感器14，16和16’與控制器2，2’連接，以便后者能根據接收的數據，實時計算發(fā)動機循環(huán)期間曲軸的轉速和轉角。四沖程發(fā)動機中飛輪15每循環(huán)實行兩轉(720°)的事實，使得傳感器14，16和16’的存在有必要，從而由傳感器16，16’提供的參考允許區(qū)別第一轉和第二轉。
為了實現根據本發(fā)明的方法，在兩個排氣管9，9’，適當地安排兩個與控制器2，2’連接的高精度壓力傳感器18，18’，所述傳感器實時地傳送其電壓與測量壓力成正比的電信號。此外，控制器2，2’與一對安排在汽車內部的警告燈19，19’，一個與外部處理器連接的端口20，以及一個探測發(fā)動機節(jié)流閥22的位置的傳感器21連接。
現在參考圖2，可見根據本發(fā)明的方法在經過發(fā)動機起動的一定時限之后，包括對發(fā)動機運行狀態(tài)例如每秒進行周期檢查的第一步。事實上，為了從該方法獲得可靠結果，優(yōu)選地僅當有些發(fā)動機參數在預定值范圍之內時，才實現方法。特別是，僅當傳感器4，4’測量的冷卻劑溫度，傳感器5，5’測量的空氣溫度，和歧管7，7’中傳感器6，6’測量的空氣壓力大于控制器2，2’的存儲器中存儲的一定閾值時，才起動根據本發(fā)明的方法。而且，這些控制器檢查由傳感器14探測的每分鐘轉數(rpm)在預定值范圍之內。下表1表示滿足起動方法的條件的數值的一例。
表1起動條件起動方法的另一個條件可以是傳感器21探測的節(jié)流閥22達到一定的開度。
如果上述條件滿足，在發(fā)動機循環(huán)的開始，對應于傳感器16，16’所探測的凸輪軸17的一定位置，控制器2，2’開始對傳感器18，18’所傳送，并且與排氣管9，9’內的壓力成正比的電信號抽樣。這些模擬信號按已知方式轉換成數字形式，然后存儲在各控制器2，2’之內的緩沖存儲器中。抽樣頻率適當地與傳感器14所探測的飛輪15的轉速同步，以便在通過傳感器16和16’探測的發(fā)動機循環(huán)的結束，存儲預定數，例如64個壓力抽樣。雖然壓力傳感器18，18’的響應幾乎是即刻的，但是為了與發(fā)動機精確地同步，控制器2，2’考慮了壓力脈沖沿排氣管9，9’從汽缸3，3’的排氣閥傳送到壓力傳感器18，18’所需時間而引起的幾乎恒定的滯后。由于溫度傳感器13，13’，有可能補償由于管9，9’之內溫度波動所引起的所述滯后的非常小的波動。
在抽樣之后，與發(fā)動機循環(huán)對應的壓力值經過控制器2，2’處理，同時控制器對存儲在另一個緩沖存儲器中的另一系列壓力值進行抽樣，以供隨后處理。
由控制器2，2’的各處理器所實現的這個處理適當地包括在頻域內的分析，特別是對抽樣信號的傅立葉變換，經過這樣處理，獲得與信號的第一諧波的實部和虛部相對應的兩系列系數。特別是，在本實施例中，計算抽樣信號的頭3次諧波的系數，而在其他實施例中，顯然有可能根據需要計算不同數的諧波。
這些系數用來按已知方式計算第一諧波，例如頭3次的模，然后通過組合這些模的值，獲得允許探測汽缸3，3’其中之一或多個中點火不良的指標。這個點火不良指標可以按各種方式獲得，例如通過加或乘諧波的模。在這個加或乘之前，有可能對各諧波用不同的系數對這些模乘或自乘，以便獲得加權的加或乘。在本實施例中，通過把頭三次諧波的模簡單地相加計算點火不良指標。
一旦計算出所述指標，把它與控制器2，2’中存儲的預定閾值比較。下表2表示試驗獲得的點火不良指標的閾值，它是傳感器14探測的發(fā)動機rpm和傳感器6，6’探測的歧管7，7’中壓力的函數。 表2點火不良指標的閾值探測到超過所述閾值的控制器2或2’通過警告燈19或19’，指示在汽缸3或3’的對應排中發(fā)生了點火不良。
此時，探測到點火不良的控制器2或2’優(yōu)選地把頭3次諧波各自的模與預定閾值比較，這些預定閾值也是作為發(fā)動機rpm和對應歧管7或7’中壓力的函數存儲的。如果所有三個模都在最小閾值與最大閾值之間的數值范圍內，則探測到單點火不良，即汽缸3或3’中僅有一個發(fā)生點火不良，否則探測到多點火不良，即在屬于某排的汽缸3或3’中至少有兩個發(fā)生點火不良。
下表3.1、表3.2、表4.1、表4.2、表5.1和表5.2表示對于頭3次諧波的模，閾值范圍的最小值和幅值的例子。 表3.1一次諧波的模的最小閾值 表3.2一次諧波的模的范圍幅值 表4.1二次諧波的模的最小閾值 表4.2二次諧波的模的范圍幅值 表5.1三次諧波的模的最小閾值 表5.2三次諧波的模的范圍幅值如果在六個汽缸3或3’中僅有一個探測到點火不良，相關控制器2或2’首先通過按已知方式計算一次諧波的相位，能確定發(fā)生點火不良的汽缸的位置。其后，通過從發(fā)動機循環(huán)的第一汽缸的相位中減去一次諧波的相位，獲得與發(fā)生點火不良的汽缸的相位近似對應的相位差，發(fā)動機循環(huán)的第一汽缸的相位是作為發(fā)動機rpm的函數，用表存儲在控制器2，2’中的。
例如，如果在給定發(fā)動機rpm下，發(fā)動機循環(huán)的第一汽缸的相位是210°，則當一次諧波的相位分別在180°與2400°，120°與1800°，60°與120°，0°與60°，300°與360°或240°與300°之間時，點火不良按點火次序發(fā)生在第一，第二，第三，第四，第五或第六汽缸中。
下表6表示為了確定發(fā)生點火不良的汽缸的位置，發(fā)動機rpm與第一汽缸的相位之間的關系。 表6發(fā)動機rpm與第一汽缸的相位之間的關系發(fā)動機汽缸其中之一點火不良的探測，以及在單點火不良情況下對應的汽缸位置，存儲在控制器2，2’的存儲器中的適當計數器中。在汽車運行期間，這個存儲器能通過端口20由外部處理器讀出，以便診斷可能的發(fā)動機故障。
現在參考圖3a至圖3c，可見通過對在試驗發(fā)動機中引起點火不良的試驗所得到的測量，傳感器18，18’所傳送的信號怎樣作為汽缸3，3’其中之一點火不良的函數而變化的。特別是，圖3a表示在約2000rpm下，發(fā)動機負載約為15％時，與排氣管9，9’中壓力成正比的壓力傳感器18，18’端的電壓(給定伏特)在發(fā)動機循環(huán)期間(由-180。到540°的曲軸轉角指示)，對于六個周期振蕩幾乎有規(guī)則。這個電壓用細線表示，而粗線表示在第一汽缸點火不良情況下的電壓。在這種情況下，明顯可見電壓圖形在240°前后具有第一不規(guī)則，并且在480 °前后具有第二不規(guī)則。然而，圖3b表示在約4000rpm下，發(fā)動機負載約為100％時，相對前種情況，在規(guī)則點火情況下電壓圖形更復雜。不過，在第一汽缸點火不良的情況下，電壓圖形(仍用粗線表示)在400°前后偏離正常點火電壓圖形(仍用細線表示)。而且圖3c表示在約6000rpm下，發(fā)動機負載約為100％，壓力傳感器18，18’的電壓圖形與第一汽缸中點火不良的情況不同，特別地是在470°前后。
類似地，參考圖4a至圖4c，仍通過試驗得到的測量，可見壓力傳感器18，18’傳送的信號怎樣作為汽缸3，3’其中之一點火不良的函數變化的，而與缺少燃料噴射或汽缸中點火所引起的點火不良無關。事實上，可見在缺少噴射情況下的電壓圖形(用粗線表示)大致上等于缺少點火情況下的電壓圖形(用虛線表示)。這種對應既能在發(fā)動機負載約15％的低rpm下，即約在2000rpm下(圖4a)，發(fā)動機負載約55％的中rpm下，即約在4000rpm下(圖4b)發(fā)現，又能在發(fā)動機負載約100％的高rpm下，即約在6000rpm下(圖4c)發(fā)現。
現在參考圖5a至圖5c，作為發(fā)動機循環(huán)(用水平軸表示)的函數而測量的點火不良指標表示容易探測的峰值，它們對應于在發(fā)動機汽缸的一個中試驗引起點火不良時的瞬間。這個峰值既能在發(fā)動機負載約15％的低rpm下，即約在1000rpm下(圖5a)，發(fā)動機負載約55％的中rpm下，即約在3000rpm下(圖4b)發(fā)現，又能在發(fā)動機負載約100％的高rpm下，即約在5000rpm下(圖4c)發(fā)現。
參考圖6，可見由傳感器18，18’傳送的信號的頭10次諧波的模(取伏特)，對于所有汽缸規(guī)則點火的情況(用白條圖表示)與第一汽缸點火不良的情況(用灰條圖表示)有相當明顯地變化。該圖表示發(fā)動機在2000rpm下，并且負載約為15％，即圖3a和圖4a所示情況下計算得到的頭10次諧波的模。該圖清楚地表示在規(guī)則點火的情況下，六次諧波的模比所有其它模高，而在第一汽缸點火不良的情況下，也有第一諧波，特別是頭3次諧波的模的相當大成分。顯然各次諧波的模的成分取決于某些因素，當設置點火不良指標的閾值時，必須考慮這些因素。這些因素例如包括排氣管9，9’的形狀，各排汽缸3，3’的數目和點火順序。
最后參考圖7a至圖7c，可見一次諧波的相位作為發(fā)生點火不良汽缸的位置的函數而變化。事實上，又可能識別六個分開區(qū)域，各區(qū)域對應于一個發(fā)動機汽缸，其中點火不良瞬間一次諧波的模和相位的極坐標集中。特別是，可見所述極坐標集中在各有60°延伸的六個扇區(qū)中，其順序由汽缸點火順序限定，在本實施例中，這個順序對于汽缸3的排是1-4-2-6-3-5?？紤]發(fā)動機相位，這個對應既能在發(fā)動機負載約15％的低rpm下，即約在2000rpm下(圖7a)，發(fā)動機負載約100％的中rpm下，即約在4000rpm下(圖7b)發(fā)現，又能在發(fā)動機負載約100％的高rpm下，即約在6000rpm下(圖4c)發(fā)現。
對本領域技術人員來說，在仍不違反本發(fā)明的范圍下，可以對以上所述和說明的實施例實現可能的添加和/或變更。事實上，根據被監(jiān)視發(fā)動機的類型，顯然可以改變抽樣的類型，頻率分析，特別是計算點火不良指標的方法。類似地，根據對各種類型的發(fā)動機所實現的試驗，還可以改變閾值。
最后，顯然根據本發(fā)明的方法可以和一個或多個現有技術方法結合使用。
權利要求
1．一種探測內燃機的一個或多個汽缸(3，3’)中點火不良的方法，其特征在于它包括下列操作步驟—對至少一個發(fā)動機循環(huán)期間的排氣壓力值抽樣，抽樣頻率與曲軸轉速成正比；—在頻域內分析抽樣信號；—計算作為所述分析結果的函數的點火不良指標；—把所述指標與一個或多個閾值比較。
2．根據上述權利要求的方法，其特征在于所述頻域分析包括對抽樣信號的傅立葉變換。
3．根據上述權利要求的方法，其特征在于點火不良指標的計算包括對抽樣信號的有些諧波的模進行組合。
4．根據上述權利要求的方法，其特征在于點火不良指標的計算包括對抽樣信號的至少頭3次諧波的模相加。
5．根據上述權利要求其中之一的方法，其特征在于壓力值的抽樣在發(fā)動機循環(huán)的開始時開始。
6．根據上述權利要求其中之一的方法，其特征在于它包括把抽樣信號的至少一個諧波的模與一個或多個閾值比較。
7．根據上述權利要求的方法，其特征在于它包括計算抽樣信號的一次諧波的相位，并且計算所述相位與至少一個發(fā)動機汽缸(3，3’)的相位之間的差。
8．一種實現根據上述權利要求其中之一的方法的系統(tǒng)，其特征在于它包括至少一個控制裝置(1，2，2’)，與探測排氣管(9，9’)中壓力的至少一個傳感器(18，18’)和探測曲軸旋轉的至少一個傳感器(14)連接。
9．根據上述權利要求的系統(tǒng)，其特征在于它包括至少一個探測曲軸(17)旋轉的傳感器(16，16’)。
10．根據權利要求8或9的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置(1，2，2’)包括對探測排氣管(9，9’)中壓力的傳感器(18，18’)所傳送的電信號進行模擬-數字轉換的裝置，對轉換成數字形式的信號進行抽樣的裝置，以及存儲抽樣信號的存儲器裝置。
11．根據上述權利要求的系統(tǒng)，其特征在于所述抽樣裝置的抽樣頻率根據探測曲軸旋轉的傳感器(14)所傳送的信號來調整。
12．根據權利要求8至11其中之一的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置(1，2，2’)與至少一個探測冷卻劑溫度的傳感器(4，4’)，和至少兩個分別探測進氣歧管(7，7’)中空氣溫度和壓力的傳感器(5，5’，6，6’)連接。
13．根據權利要求8至12其中之一的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置(1，2，2’)與至少一個指示至少一個發(fā)動機汽缸中點火不良的警告燈(19，19’)連接。
14．根據權利要求8至13其中之一的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置(1，2，2’)與探測發(fā)動機節(jié)流閥(22)的位置的傳感器(21)連接。
15．根據權利要求8至14其中之一的系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置(1，2，2’)與至少一個探測排氣管(9，9’)中溫度的傳感器(13，13’)連接。
16．一種汽車，其特征在于它包括根據權利要求8至15其中之一的系統(tǒng)，以探測一個或多個發(fā)動機汽缸(3，3’)中的點火不良。
全文摘要
一種探測內燃機的一個或多個汽缸(3,3’)中點火不良的方法,包括下列操作步驟:對至少一個發(fā)動機循環(huán)期間的排氣壓力值抽樣,抽樣頻率與曲軸轉速成正比;在頻域內分析抽樣信號;計算作為所述分析的結果的函數的點火不良指標;把所述指標與一個或多個閾值比較。所述頻域分析優(yōu)選地包括對抽樣信號進行傅立葉變換。本發(fā)明還涉及一種實現所述方法的系統(tǒng)。
文檔編號G01M15/00GK1285039SQ98813798
公開日2001年2月21日 申請日期1998年8月17日 優(yōu)先權日1998年2月24日
發(fā)明者馬西莫·塞卡拉尼, 科拉多·雷博蒂尼, 里卡爾多·貝蒂尼, 皮耶羅·卡姆皮 申請人:蘭博吉尼汽車股份公司