发动机系统的异常判定装置的制作方法

本公开涉及发动机系统的异常判定装置。

背景技术：

以往，在发动机系统中搭载有异常判定装置，该异常判定装置判定该发动机系统中有无异常。例如，专利文献1记载的异常判定装置基于空转状态下的燃料喷射量和发动机旋转速度的变动，检测出发动机不发火和喷射燃料的燃料喷射阀的异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2010－112211号公报

但是，以上述的发动机不发火和燃料喷射阀的异常为首的发动机系统中的异常多数不是在空转状态而是在行驶状态下产生。因此，期望发动机系统的异常判定装置不是在空转状态而是在行驶状态下检测出发动机系统的异常。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供如下发动机系统的异常判定装置：其能在车辆行驶中判定发动机系统中有无异常。

在本公开的一方式中，提供判定发动机系统中有无异常的装置。所述发动机系统具备：发动机，其具有多个气缸，驱动曲轴；燃料喷射阀，其针对所述多个气缸各自设置，喷射燃料；以及传感器，其输出残留氧浓度的检测值，该残留氧浓度是排气通路中的氧的浓度。所述异常包含所述传感器的异常、所述燃料喷射阀的异常、以及所述发动机不发火中的至少1个。所述装置具备：估计部，其基于所述燃料喷射阀的目标喷射量和所述发动机的吸入空气量算出所述残留氧浓度的估计值；第1判定部，其在燃料无喷射状态和燃料喷射状态下分别判定所述检测值相对于所述估计值的关系，该关系包含所述检测值是否高于所述估计值、所述检测值是否低于所述估计值、所述检测值是否等于所述估计值；第2判定部，其按每个气缸取得所述燃料喷射状态下的所述多个气缸的膨胀冲程中的所述曲轴的角加速度，按每个气缸判定各角加速度相对于平均角加速度的关系，该平均角加速度是全部所述角加速度的平均值，该关系包含各角速度是否高于所述平均角加速度、各角速度是否低于所述平均角加速度、各角速度是否等于所述平均角加速度；以及异常判定部，其基于所述第1判定部的判定结果和所述第2判定部的判定结果判定有无所述异常。

附图说明

图1是将本公开的一实施方式的异常判定装置与搭载有该异常判定装置的发动机系统一起表示的概要构成图。

图2是表示图1的异常判定装置的各判定结果和发动机系统的状态的关系的图。

图3是表示图1的异常判定装置的无喷射时判定处理的一例的流程图。

图4是表示图1的异常判定装置的喷射时判定处理的一例的流程图。

图5是表示图1的异常判定装置的角加速度判定处理的一例的流程图。

图6是表示图1的异常判定装置的异常判定处理的一例的流程图。

具体实施方式

参照图1～图6对将本公开中的发动机系统的异常判定装置具体化的一实施方式进行说明。

如图1所示，发动机系统具备柴油发动机10(以下仅称为发动机10。)。在发动机10的缸体11中形成有第1～第4的气缸#1、#2、#3、#4，从燃料喷射阀13分别向各气缸喷射燃料。在缸体11上连接有：进气歧管14，其用于向各气缸供给工作气体；以及来自各气缸的废气流入的排气歧管15。

在与进气歧管14连接的进气通路16上通过未图示的空气过滤器被导入吸入空气。吸入空气在被涡轮增压器17的压缩机18加压后由中间冷却器19冷却。

在与排气歧管15连接的排气通路20上设有构成涡轮增压器17的涡轮22。另外，在排气歧管15上连接有EGR通路25，EGR通路25与进气通路16连接，将废气的一部分作为EGR气体导入到进气通路16。在EGR通路25上安装有EGR阀27，EGR阀27根据冷却EGR气体的EGR冷却器26和发动机10的运转状态被控制开度。在EGR阀27处于打开状态时，对各气缸供给作为废气和吸入空气的混合气体的工作气体。

发动机系统具有检测与发动机10的运转状态有关的信息的各种传感器。在压缩机18的上游设有检测吸入空气量QA的吸入空气量传感器31。在比进气通路16和EGR通路25的连接部分靠下游设有：增压压力传感器32，其检测增压压力PB；以及进气温度传感器33，其检测进气温度TIN，进气温度TIN是进气歧管14中的工作气体的温度。在涡轮22的下游设有氧浓度传感器34，氧浓度传感器34检测残留氧浓度，该残留氧浓度是在排气通路20中流动的流体的氧的重量浓度。除此之外，发动机系统具有：曲轴转角传感器35，其检测曲轴28的曲轴转角；以及油门传感器36，其检测油门开度ACC。

上述的发动机系统有无异常由作为异常判定装置的ECU40判定。ECU40基于来自上述的各传感器的检测信号判定发动机系统中有无异常。具体地，该异常包含：发动机10不发火；燃料喷射阀13的喷射特性的异常；以及氧浓度传感器34的检测特性的异常。

ECU40具备微型计算机，该微型计算机具有中央处理装置(CPU)、非易失性存储器(ROM)以及易失性存储器(RAM)。ECU40具备执行各种处理的控制部50、存储各种控制程序、各种数据的存储部60。

控制部50的目标喷射量运算部51基于例如来自曲轴转角传感器35的检测信号和油门开度ACC掌握被喷射燃料的气缸，并且运算目标喷射量QF，目标喷射量QF是从与该气缸对应的燃料喷射阀13喷射的燃料的目标量。

控制部50的估计部52运算残留氧浓度的估计值Ce。估计部52在目标喷射量QF为“0”以下的情况下，运算空气中的氧浓度(重量浓度)作为估计值Ce。估计部52在目标喷射量QF大于“0”的情况下，基于目标喷射量QF和吸入空气量QA运算估计值Ce。估计部52通过将基于目标喷射量QF的喷射重量和基于吸入空气量QA的空气重量代入到下述所示的式(1)，从而运算估计值Ce。式(1)是基于针对上述的发动机系统进行的各种实验的结果而规定的模型。此外，对估计值Ce进行估计的模型也可以考虑EGR气体的导入量等。

[数学式1]

式(1)：

控制部50具备构成第1判定部的无喷射时判定部53。无喷射时判定部53执行如下无喷射时判定处理：在燃料无喷射状态下判定检测值Cd相对于估计值Ce的高低关系，将该判定结果存储于存储部60的第1判定结果存储部61。

无喷射时判定部53当发动机10启动、在后述的异常判定处理中进行正常判定时，开始无喷射时判定处理。无喷射时判定部53当无喷射时判定处理开始时使第1判定结果存储部61初始化。无喷射时判定部53当目标喷射量QF为“0”以下的状态持续一定期间时，判断为发动机10处于无喷射稳定状态。无喷射时判定部53在从该判断开始接续的无喷射稳定状态下取得空气中的氧浓度(重量浓度)作为估计值Ce，并且取得基于氧浓度传感器34的检测信号的检测值Cd。无喷射时判定部53基于检测值Cd相对于估计值Ce的偏离度判定检测值Cd相对于估计值Ce的高低关系。在无喷射时判定处理中，无喷射时判定部53得到判断为检测值Cd高于估计值Ce的“高”、判断为检测值Cd低于估计值Ce的“低”、以及判断为检测值Cd等于估计值Ce的“正常”作为第1判定结果。所谓判断为检测值Cd高于估计值Ce的偏离度、判断为检测值Cd等于估计值Ce的偏离度、以及判断为检测值Cd低于估计值Ce的偏离度是基于针对发动机系统进行的各种实验的结果而单个设定的。

控制部50具备构成第1判定部的喷射时判定部54。喷射时判定部54执行如下喷射时判定处理：在燃料喷射状态下判定检测值Cd相对于估计值Ce的高低关系，将该判定结果存储于存储部60的第2判定结果存储部63。

喷射时判定部54当发动机10启动、在后述的异常判定处理中进行正常判定时，开始喷射时判定处理。喷射时判定部54当喷射时判定处理开始时使喷射数据存储部62和第2判定结果存储部63初始化。喷射时判定部54当作为连续的2个目标喷射量QF的偏差的目标喷射量QF的微分值为规定值以下的状態持续一定期间时，判断为发动机10处于喷射稳定状态。喷射时判定部54在从该判断开始接续的喷射稳定状态的规定期间中运算多个估计值Ce，并且取得多个检测值Cd，将这些多个估计值Ce和多个检测值Cd存储于存储部60的喷射数据存储部62。

喷射时判定部54运算平均估计值ECe和作为检测值Cd的平均值的平均检测值ECd，平均估计值ECe是当上述规定期间经过时存储于喷射数据存储部62的估计值Ce的平均值。喷射时判定部54比较平均估计值ECe和平均检测值ECd，基于平均检测值ECd相对于平均估计值ECe的偏离度判定平均检测值ECd相对于平均估计值ECe的高低关系。在喷射时判定处理中，喷射时判定部54得到判断为平均检测值ECd高于平均估计值ECe的“高”、判断为平均检测值ECd低于平均估计值ECe的“低”、以及判断为平均检测值ECd等于平均估计值ECe的“正常”作为第2判定结果。所谓判断为平均检测值ECd高于平均估计值ECe的偏离度、判断为平均检测值ECd等于平均估计值ECe的偏离度、以及判断为平均检测值ECd低于平均估计值ECe的偏离度是基于针对发动机系统进行的各种实验的结果而单个设定的。

控制部50具备作为第2判定部的角加速度判定部55。角加速度判定部55基于曲轴转角传感器35的检测信号取得单个气缸角加速度a1、a2、a3、a4，单个气缸角加速度a1、a2、a3、a4是各气缸的膨胀冲程中的曲轴28的角加速度。角加速度判定部55执行如下角加速度判定处理：判定单个气缸角加速度a1～a4各自相对于作为单个气缸角加速度a1～a4的平均值的全部气缸角加速度Ea的高低关系，将该判定结果存储于存储部60的第3判定结果存储部65。

详细地，角加速度判定部55当发动机10启动、在后述的异常判定处理中进行正常判定时，开始角加速度判定处理。角加速度判定部55当角加速度判定处理开始时使角加速度存储部64和第3判定结果存储部65初始化。角加速度判定部55判断发动机10是否处于恒稳状态。角加速度判定部55当基于曲轴转角传感器35的检测信号的发动机旋转速度Ne的微分值为规定值以下、目标喷射量QF的微分值为规定值以下这2个条件持续一定期间时，判断为发动机10处于恒稳状态。

角加速度判定部55在从上述判断开始接续的恒稳状态的规定期间中，基于曲轴转角传感器35的检测信号重复运算各气缸的膨胀冲程中的曲轴28的角加速度，将该运算出的角加速度存储于存储部60的角加速度存储部64。角加速度存储部64按每个气缸具有存储角加速度的区域。角加速度判定部55当上述规定期间经过时，基于存储于角加速度存储部64的各气缸的角加速度，按每个气缸运算单个气缸角加速度a1～a4。即，各角加速度a1～a4是在上述规定期间中重复运算并存储的每个气缸的角加速度的平均值。另外，角加速度判定部55运算上述单个气缸角加速度a1～a4的平均值作为全部气缸角加速度Ea。

角加速度判定部55分别比较全部气缸角加速度Ea和单个气缸角加速度a1～a4，基于单个气缸角加速度a1～a4相对于全部气缸角加速度Ea的偏离度，按每个气缸判定单个气缸角加速度相对于全部气缸角加速度Ea的高低关系，将该判定结果存储于存储部60的第3判定结果存储部65。在角加速度判定处理中，角加速度判定部55按每个气缸得到判断为单个气缸角加速度高于全部气缸角加速度Ea的“高”、判断为单个气缸角加速度低于全部气缸角加速度Ea的“低”、判断为单个气缸角加速度等于全部气缸角加速度Ea的“正常”作为第3判定结果。所谓判断为单个气缸角加速度高于全部气缸角加速度的偏离度、判断为单个气缸角加速度等于全部气缸角加速度的偏离度、以及判断为单个气缸角加速度低于全部气缸角加速度的偏离度是基于针对发动机系统进行的各种实验的结果而单个设定的。

控制部50的异常判定部56基于存储于各判定结果存储部61、63、65的判定结果和预先存储于存储部60的参照表66，执行如下异常判定处理：判定发动机系统中有无异常和确定异常部位。异常判定处理通过发动机10的启动而开始，用针对发动机系统的异常判定来结束。

参照表66是将第1～第3判定结果和发动机系统的状态关联起来的数据。异常判定部56在第1～第3判定结果全部为“正常”的情况下，针对发动机系统进行正常判定，在第1～第3判定结果中的至少1个有异常的情况下，针对发动机系统进行异常判定。

如图2所示，在第1判定结果和第2判定结果为“高”、且第3判定结果为“正常”的情况下，产生是如下状态的传感器特性异常(高)：氧浓度传感器34的检测值Cd高于实际值的状态。

在第1判定结果和第2判定结果为“低”、且第3判定结果为“正常”的情况下，产生是如下状态的传感器特性异常(低)：氧浓度传感器34的检测值Cd低于实际值的状态。

在第1判定结果和第3判定结果为“正常”、且第2判定结果为“低”的情况下，产生是如下状态的全部气缸喷射特性异常(多)：在全部燃料喷射阀13中喷射比目标喷射量QF多的燃料的状态。

在第1判定结果和第3判定结果为“正常”、且第2判定结果为“高”的情况下，产生是如下状态的全部气缸喷射特性异常(少)：从全部燃料喷射阀13喷射的燃料比目标喷射量QF少的状态。

在第1判定结果和第2判定结果为“低”、且第3判定结果包含“高”的情况下，产生是如下状态的特定气缸喷射特性异常(多)：从符合“高”的气缸的燃料喷射阀13喷射的燃料比目标喷射量QF多的状态。

在第1判定结果和第2判定结果为“高”、且第3判定结果包含“低”的情况下，产生是如下状态的特定气缸喷射特性异常(低)：从符合“低”的气缸的燃料喷射阀13喷射的燃料比目标喷射量QF少的状态。

在第1判定结果为“正常”、且第2判定结果为“高”、且第3判定结果包含“低”的情况下，产生是如下状态的特定气缸不发火：在符合“低”的气缸中产生不发火。另外，在第3判定结果包含多个“低”的情况下，产生是如下状态的多个气缸不发火：在多个气缸中产生不发火的状态。

异常判定部56当针对发动机系统进行异常判定时，通过使警报灯67点亮来通知驾驶员发动机系统产生异常，并且将该异常的状态存储于存储部60的规定区域。

参照图3对无喷射时判定处理的一例进行说明。

如图3所示，ECU40首先使第1判定结果存储部61初始化(步骤S11)。接着ECU40判断是否为无喷射稳定状态(步骤S12)。在不是无喷射稳定状态的情况下(步骤S12：否)，ECU40重复判断是否为无喷射稳定状态。

在是无喷射稳定状态的情况下(步骤S12：是)，ECU40取得包含检测值Cd和运算出的目标喷射量QF在内的各种信息(步骤S13)。ECU40基于上述各种信息判断无喷射稳定状态是否持续(步骤S14)。在无喷射稳定状态没有持续的情况下(步骤S14：否)，ECU40再次转移到步骤S12的处理。在无喷射稳定状态持续的情况下(步骤S14：是)，ECU40将空气中的氧浓度作为估计值Ce进行与检测值Cd的比较(步骤S15)。ECU40将步骤S15的比较结果作为第1判定结果存储于第1判定结果存储部61(步骤S16)，结束无喷射时判定处理。

参照图4对喷射时判定处理的一例进行说明。

如图4所示，ECU40首先使喷射数据存储部62和第2判定结果存储部63初始化(步骤S21)。接着，ECU40判断是否为喷射稳定状态(步骤S22)。在不是喷射稳定状态的情况下(步骤S22：否)，ECU40重复判断是否为喷射稳定状态。

在是喷射稳定状态的情况下(步骤S22：是)，ECU40取得包含吸入空气量QA、检测值Cd以及运算出的目标喷射量QF在内的各种信息(步骤S23)。ECU40基于上述各种信息判断喷射稳定状态是否持续(步骤S24)。在不是喷射稳定状态的情况下(步骤S24：否)，ECU40再次转移到步骤S21的处理。在喷射稳定状态持续的情况下(步骤S24：是)，ECU40将基于目标喷射量QF的喷射重量和基于吸入空气量QA的空气重量代入到式(1)中运算估计值Ce，将运算出的估计值Ce和在步骤S23中取得的检测值Cd存储于喷射数据存储部62(步骤S25)。

接着，ECU40判断如下：从在步骤S22中判断出喷射稳定状态开始喷射稳定状态是否已经过规定期间(步骤S26)。在喷射稳定状态没有经过规定期间的情况下(步骤S26：否)，ECU40再次转移到步骤S23的处理。在喷射稳定状态已经过规定期间的情况下(步骤S26：是)，ECU40基于存储于喷射数据存储部62的估计值Ce和检测值Cd运算平均估计值ECe和平均检测值ECd(步骤S27)。ECU40比较平均估计值ECe和平均检测值ECd(步骤S28)，将该比较结果作为第2判定结果存储于第2判定结果存储部63(步骤S29)，结束喷射时判定处理。

参照图5对角加速度判定处理的一例进行说明。

如图5所示，ECU40首先使角加速度存储部64和第3判定结果存储部65初始化(步骤S31)。接着，ECU40判断发动机10是否为恒稳状态(步骤S32)。在不是恒稳状态的情况下(步骤S32：否)，ECU40重复判断是否为恒稳状态。

在是恒稳状态的情况下(步骤S32：是)，ECU40取得包含发动机旋转速度Ne、喷射燃料的气缸以及运算出的目标喷射量QF在内的各种信息(步骤S33)。ECU40基于上述各种信息判断恒稳状态是否持续(步骤S34)。在恒稳状态没有持续的情况下(步骤S34：否)，ECU40再次转移到步骤S31的处理。在恒稳状态持续的情况下(步骤S34：是)，ECU40基于曲轴转角传感器35的检测信号运算喷射燃料的气缸的角加速度，将该运算出的角加速度存储于角加速度存储部64(步骤S35)。

接着，ECU40判断如下：从在步骤S32中判断为发动机10为恒稳状态开始是否已经过规定期间。在没有经过规定期间的情况下(步骤S36：否)，ECU40再次转移到步骤S33的处理。在已经过规定期间的情况下(步骤S36：是)，ECU40基于存储于角加速度存储部64的角加速度，运算单个气缸角加速度a1～a4和全部气缸角加速度Ea(步骤S37)。ECU40分别比较全部气缸角加速度Ea和单个气缸角加速度a1～a4(步骤S38)，将该比较结果作为第3判定结果存储于第3判定结果存储部65(步骤S39)，使角加速度判定处理结束。

参照图6对异常判定处理的一例进行说明。

如图6所示，ECU40首先判断无喷射时判定处理、喷射时判定处理以及角加速度判定处理是否全部完成(步骤S41)。在全部判定处理没有完成的情况下(步骤S41：否)，ECU40重复判断全部判定处理是否完成。

在全部判定处理完成的情况下(步骤S41：是)，ECU40基于存储于存储部60的各判定处理的判定结果和参照表66进行如下判定：确定发动机系统中有无异常及其异常部位(步骤S42)。ECU40在步骤S42中没有检测出发动机系统异常的情况下(步骤S43：否)，判定正常(步骤S44)，然后再次转移到步骤S41的处理。在检测出发动机系统异常的情况下(步骤S43：是)，ECU40使警报灯67熄灭(步骤S45)，结束异常判定处理

接着，对上述的异常判定装置的作用进行说明。

ECU40基于在发动机10为无喷射稳定状态、喷射稳定状态、恒稳状态时得到的各种信息，对氧浓度传感器34的异常、燃料喷射阀13的异常以及发动机10中的不发火进行判定。无喷射稳定状态是在车辆行驶中的油门关闭的状态下实现的运转状态。燃料喷射状态在车辆行驶中的油门打开的状态下实现。即，无喷射稳定状态、喷射稳定状态、恒稳状态是在车辆行驶中实现的运转状态。其结果是，即使在车辆行驶中也能判定发动机系统中有无异常。

根据上述实施方式的异常判定装置，可得到以下优点。

(1)能在车辆行驶中判定发动机系统中有无异常。

(2)用无喷射稳定状态下的估计值Ce和检测值Cd进行燃料无喷射状态下的判定。由此，在燃料无喷射状态下的判定中使用的检测值Cd不易受到在刚刚转移到无喷射状态之前从发动机10排出的废气的影响。其结果是，相对于无喷射时判定部53的判定结果的可靠度、进而相对于异常判定部56的判定结果的可靠度提高。

(3)基于喷射稳定状态下的估计值Ce和检测值Cd进行燃料喷射状态下的判定。由此，没有目标喷射量和吸入空气量的变动、即燃料喷射量的大的变动，基于发动机10的运转状态稳定的状态下的估计值Ce和检测值Cd进行燃料喷射状态下的判定。其结果是，相对于喷射时判定部54的判定结果的可靠度、进而相对于异常判定部56的判定结果的可靠度提高。

(4)因为喷射时判定部54的判定是基于平均估计值ECe和平均检测值ECd进行的，所以相对于喷射时判定部54的判定结果的可靠度进一步提高。

(5)根据发动机10的恒稳状态、即曲轴28的旋转稳定的状态下的角加速度运算出单个气缸角加速度a1～a4。即，单个气缸角加速度a1～a4是燃料喷射状态、且曲轴28的角加速度的变动少的状态下的角加速度。其结果是，相对于角加速度判定部55的判定结果的可靠度、进而相对于异常判定部56的判定结果的可靠度进一步提高。

(6)因为单个气缸角加速度a1～a4是各气缸的角加速度的平均值，所以相对于角加速度判定部55的判定结果的可靠度进一步提高。

(7)单个气缸角加速度a1～a4是各气缸的角加速度的平均值，成为比较对象的角加速度是作为单个气缸角加速度a1～a4的平均值的全部气缸角加速度Ea。因此，例如，即使用于算出单个气缸角加速度a1～a4的角加速度的采样数量在每个气缸中不同，也可抑制赋予判定结果的影响。

此外，上述实施方式也能按如下适当变更并实施。

·单个气缸角加速度a1～a4在是基于发动机10的运转状态处于恒稳状态时的角加速度的值的情况下，只要是恒稳状态下的角加速度即可，也可以不是规定期间中的角加速度的平均值。

·单个气缸角加速度a1～a4只要是燃料喷射状态下的曲轴28的角加速度即可，也可以是例如发动机10的运转状态处于加速状态时的角加速度。

·全部气缸角加速度Ea也可以不是单个气缸角加速度a1～a4的平均值，而是在运算这些单个气缸角加速度a1～a4时使用的全部角加速度的平均值。

·在喷射时判定处理中，只要基于燃料喷射状态下的估计值Ce和检测值Cd进行判定即可，不限于平均值彼此的比较，也可以基于例如1个估计值Ce和1个检测值进行判定。

·另外，在喷射时判定处理中，只要基于燃料喷射状态下的估计值Ce和检测值Cd进行判定即可，也可以基于发动机10不是喷射稳定状态的状态下的估计值Ce和检测值Cd进行判定。

·在无喷射时判定处理中，只要基于燃料无喷射状态下的检测值Cd进行判定即可，也可以基于例如发动机10刚刚转移到燃料无喷射状态之后的检测值Cd进行判定，而且也可以基于检测值Cd的平均值进行判定。

·发动机不限于柴油发动机10，也可以是汽油发动机。