缸压传感器的故障诊断装置

文档序号:1412781 发布日期:2020-03-10 浏览:56次 >En<

阅读说明:本技术 缸压传感器的故障诊断装置 (Fault diagnosis device for cylinder pressure sensor ) 是由 藤原颂示 桥本英俊 奥村拓仁 中川滋 鸟居和 木下真幸 津村雄一郎 田中大介 每熊泰 于 2019-07-22 设计创作,主要内容包括:本发明的目的在于,提高缸压传感器故障诊断的正确度。本发明中的缸压传感器的故障诊断装置(100)具备缸压传感器(SW6)和诊断部(111)。诊断部(111)具有:读取部(1113),读取相对于压缩上止点而言滞后特定曲轴转角的最高点后时间点处的缸压传感器的信号和相对于压缩上止点而言提前特定曲轴转角的最高点前时间点处的缸压传感器的信号;故障判定部(1112),当最高点后时间点处的缸压传感器的信号值和最高点前时间点处的缸压传感器的信号值的差额的大小超过预先设定的阈值时,判定为缸压传感器故障。(The purpose of the present invention is to improve the accuracy of cylinder pressure sensor failure diagnosis. A failure diagnosis device (100) for a cylinder pressure sensor is provided with a cylinder pressure sensor (SW 6) and a diagnosis unit (111). The diagnosis unit (111) has: a reading unit (1113) that reads a signal of the cylinder pressure sensor at a time point after the peak of the specific crank angle with respect to the compression top dead center and a signal of the cylinder pressure sensor at a time point before the peak of the specific crank angle with respect to the compression top dead center; and a failure determination unit (1112) that determines that the cylinder pressure sensor has failed when the magnitude of the difference between the signal value of the cylinder pressure sensor at the time point after the maximum point and the signal value of the cylinder pressure sensor at the time point before the maximum point exceeds a preset threshold value.)

缸压传感器的故障诊断装置

技术领域

在此公开的技术涉及一种缸压传感器的故障诊断装置。

背景技术

专利文献1记载了一种检出发动机燃烧室内压力的缸压传感器的异常检出装置。该装置的缸压传感器具有受到缸内压力而变形的变形部和贴在变形部的应变仪。变形部的材质组成由于热等影响的变化使弹性模量变高的话,则难以弹性变形,缸压传感器的输出值的增益降低。于是,该装置检出缸压传感器的输出值的增益,在增益低时诊断为缸压传感器异常。

另外,该装置为防止错误诊断,而在缸压传感器的输出值的增益低且输出波形出现时间上的偏差时诊断为发动机出现异常,并在缸压传感器的输出值的增益低且输出波形未出现时间上的偏差时诊断为缸压传感器未出现异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本专利特开2010-144670号公报。

发明要解决的技术问题

本申请发明人们悉心研讨后对缸压传感器的输出值的增益有了新见解。具体来说,新发现了缸压传感器受到热等影响造成的损害而发生故障的话,缸压传感器的信号值的对称性会被破坏,详细机制尚不明确。此时,相对于压缩上止点而言提前一定曲轴转角的时间点处的缸压传感器的信号值和相对于压缩上止点而言滞后相同曲轴转角的时间点处的缸压传感器的信号值的差变大。

本申请发明人们发现,所述专利文献1记载的技术虽考虑了缸压传感器的输出值的增益,却完全未考虑输出值的对称性,因此异常诊断的正确度还有改善的余地。

在此公开的技术能够提高缸压传感器故障诊断的正确度。

解决技术问题的技术手段

在此公开的技术涉及一种缸压传感器的故障诊断装置。该故障诊断装置具备:缸压传感器,设置于面向汽车搭载的发动机的燃烧室内,并输出与所述燃烧室内的压力相对应的信号;诊断部,接受所述缸压传感器的信号输入,并基于所述缸压传感器的信号诊断所述缸压传感器的故障。

然后,所述诊断部具有:读取部,读取相对于压缩上止点而言滞后特定曲轴转角的第1时间点处的所述缸压传感器的信号和相对于所述压缩上止点而言提前所述特定曲轴转角的第2时间点处的所述缸压传感器的信号;判定部,当所述第1时间点处的所述缸压传感器的信号值和所述第2时间点处的所述缸压传感器的信号值的差额的大小超过预先设定的阈值时,判定为所述缸压传感器故障。

采用该技术方案的话,诊断部将第1时间点处的缸压传感器的信号值和第2时间点处的缸压传感器的信号值的差额的大小与预先设定的阈值进行比较。所述差额的大小超过阈值时,判定部判定为缸压传感器故障。由此,能更正确地进行缸压传感器的故障诊断。

另外,可设计为:在所述发动机的转数高时所述诊断部使所述阈值小于所述发动机转数低时的阈值。

第1时间点处的缸压传感器的信号值和第2时间点处的缸压传感器的信号值的差会受冷却损失的影响而变大。虽然该影响和缸压传感器的故障无关,但可能成为诊断故障时的误差因子。因此,为提高缸压传感器的故障诊断的正确度,有效方法是将阈值设定为大于因冷却损失而引起的变大值。

另一方面,发动机转数高时,单位时间的冷却损失变少,因此上述差会变小。因此,此时,与所述转数低时相比,通过将阈值设定地较小有利于提高缸压传感器的故障诊断的正确度。

另外,可设计为:在填充于所述燃烧室内的空气量多时所述诊断部使所述阈值大于所述燃烧室内空气量少时的阈值。

填充于燃烧室内的空气量多时,在燃烧室的压缩过程中从活塞环的衔接处的泄露变多,因此压缩上止点后的燃烧室内的压力变低。这样一来,第1时间点处的缸压传感器的信号值和第2时间点处的缸压传感器的信号值的差可能变大。虽然该影响与缸压传感器的故障无关,但可能会成为诊断故障时的误差因子。因此,为提高缸压传感器的故障诊断的正确度,有效方法是将阈值设定为因泄露损失而引起的变大值以上。

通过所述技术方案,在填充于燃烧室内的空气量多时与少时相比,诊断部使阈值大。这样一来,有利于更正确地进行缸压传感器的故障诊断。

另外,可设计为:所述判定部反复执行所述差额和所述阈值的比较,所述判定部连续复数次进行了所述差额的大小超过所述阈值的判定时,判定为所述缸压传感器故障。

比如,构成缸压传感器的零部件之间的接合在压缩冲程中变化的话,在压缩上止点后燃烧室内的压力可能会下降。这样的压力下降不过是暂时现象,但可能会导致缸压传感器的错误诊断。

而实际上缸压传感器出故障时,燃烧室内的压力会持续变化,因此如所述技术方案,通过判定部反复进行判定有利于更正确地进行缸压传感器的故障诊断。

另外,可设计为:所述诊断部具有通知部,该通知部在所述判定部判定了所述缸压传感器的故障时进行报知。

通过该技术方案,缸压传感器出现故障的消息告知用户后,会进行出现故障的缸压传感器的更换等。

另外,可设计为:所述缸压传感器的故障诊断装置具备:发动机控制部,接受至少包括所述缸压传感器在内的检知部的信号输入,并基于所述检知部的信号使所述发动机运行;其中,所述发动机控制部在所述汽车行驶中断燃料条件成立时停止对所述发动机的燃料供应;所述诊断部在所述发动机控制部已停止向所述发动机供应燃料时,执行所述缸压传感器的故障诊断。

在发动机控制部已停止对发动机供应燃料时,燃烧室内不进行燃烧。燃烧室内的压力即缸压传感器的信号值仅根据燃烧室的容积变化而增减。判定部能基于第1时间点处的缸压传感器的信号值和第2时间点处的缸压传感器的信号值的差额更正确地进行缸压传感器的故障诊断。

另外,可设计为:所述缸压传感器的故障诊断装置具备:点火部,面向所述燃烧室内配设,并接受所述发动机控制部的点火信号对所述燃烧室内的混合气点火;关于所述燃烧室内的混合气,一部分混合气通过所述点火部的强制点火而开始伴随有火焰传播的燃烧后,剩余未燃混合气通过自燃进行燃烧;为使所述未燃混合气在目标时间点自燃,所述发动机控制部在所述目标时间点之前向所述点火部输出所述点火信号;所述发动机控制部还根据所述缸压传感器的信号推定所述未燃混合气自燃的时间点。

本申请申请人提出了一种结合SI(Spark Ignition)燃烧与CI(CompressionIgnition)燃烧得到的SPCCI(Spark Controlled Compression Ignition)燃烧。SI燃烧是一种通过对燃烧室中的混合气强制点火而开始的、伴随火焰传播的燃烧。CI燃烧是一种通过燃烧室中的混合气压缩着火而开始的燃烧。在SPCCI燃烧中,对燃烧室中的混合气强制点火使火焰传播燃烧开始后,SI燃烧发热且火焰传播导致压力上升,由此燃烧室中的未燃混合气进行CI燃烧。

CI燃烧发生在缸内温度到达视混合气的组成而定的着火温度时。如果在压缩上止点附近缸内温度达到着火温度并产生CI燃烧的话能使SPCCI燃烧的燃油效率最大化。

但另一方面,如果SPCCI燃烧中在压缩上止点附近产生CI燃烧则可能缸内压力过度上升、燃烧噪音过大。若此时使点火时刻滞后,则会在做功冲程中活塞已下行相当程度的时刻产生CI燃烧,因此能抑制燃烧噪音。但发动机的燃油效率会降低。

为了在进行SPCCI燃烧的发动机中抑制燃烧噪音的同时提高燃料效率性能,就需要控制SPCCI燃烧,使得相对于曲轴转角的前进而变化的燃烧波形是恰当的燃烧波形。

要对SPCCI燃烧进行控制例如可以使用表示SPCCI燃烧的特性的参数——CI燃烧开始时刻θci。CI燃烧开始时刻θci是未燃混合气自燃的时刻。实际的θci相较于目标θci提前的话,CI燃烧发生在距压缩上止点较近的时间点,因此燃烧噪音增大。要抑制燃烧噪音,发动机控制部需要掌握实际的θci。

能推定实际的θci则发动机控制部能根据实际θci与目标θci之间的差距调整点火时刻,由此就能使实际的θci接近目标θci。例如,实际θci相较于目标θci提前的情况下,发动机控制部通过使点火时刻滞后就能使实际θci滞后,由此能抑制燃烧噪音。

本申请申请人还提出了基于缸压传感器的信号来精确推定θci的技术。

更正确地进行缸压传感器的故障诊断能在进行SPCCI燃烧的发动机中抑制燃烧噪音的同时提高燃料效率性能。

发明效果

如以上说明,通过所述缸压传感器的故障诊断装置能提高诊断的正确度。

附图说明

图1是发动机结构示例图;

图2是燃烧室的结构示例图,上图是燃烧室俯视图,下图是II-II线截面图;

图3是发动机控制装置的结构示例框图;

图4是缸压传感器的结构示例截面说明图;

图5是SPCCI燃烧的波形示例图;

图6是发动机控制部的功能结构示例框图;

图7是相对于发动机负荷而言进气门关闭正时的变化示例图;

图8是缸压传感器的故障诊断装置涉及的功能结构的示例框图;

图9是缸压传感器正常时输出的信号波形与故障时输出的信号波形的示例图;

图10是正常时的压力差和缸压传感器的故障诊断涉及的阈值的示例图;

图11是与发动机负荷相应的压力差的示例图;

图12是与EGR气体量相应的压力差的示例图;

图13A是缸压传感器的故障诊断步骤的一部分的示例流程图;

图13B是缸压传感器的故障诊断步骤的其他部分的示例流程图;

图14的上图是发动机转数和延迟周期的关系、下图是发动机转数和延迟时间的关系示图;

图15是与缸压传感器的故障诊断相关的各参数的变化示例时间图表;

图16是与缸压传感器的故障诊断相关的各参数的变化示例时间图表;

图17是与图13B不同的缸压传感器的故障诊断步骤的其他部分的示例流程图。

实施方式

下面基于附图详细说明缸压传感器的故障诊断装置的相关实施方式。以下说明为缸压传感器的故障诊断装置的一例。

图1是具有缸压传感器的故障诊断装置的压燃式发动机的结构示例图。图2是发动机燃烧室的结构示例图。另外,图1中进气侧是纸面左侧,排气侧是纸面右侧。图2中进气侧是纸面右侧,排气侧是纸面左侧。图3是发动机控制装置的结构示例框图。

发动机1是通过燃烧室17重复进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程来运行的4冲程往复式发动机。发动机1搭载于四轮汽车。发动机1运行,由此汽车行驶。发动机1的燃料在该结构例中为汽油。燃料只要是至少包括汽油在内的液体燃料即可。例如,燃料也可以是包含生物乙醇等在内的汽油。

(发动机的结构)

发动机1具有汽缸体12和载置于汽缸体之上的汽缸盖13。汽缸体12内部形成有复数个汽缸11。图1及图2只显示了一个汽缸11。发动机1是多汽缸发动机。

各汽缸11内***活塞3且活塞3能自由滑动。活塞3通过连杆14连结于曲轴15。活塞3与汽缸11及汽缸盖13一起划分出燃烧室17。另外,有时“燃烧室”是在广义上使用。即,有的情况下“燃烧室”指的是活塞3、汽缸11及汽缸盖13所形成的空间而与活塞3的位置无关。另外,在以下说明中有时会使用与燃烧室基本相同含义的词——“缸内”。

汽缸盖13的下侧面,即,燃烧室17的顶面如图2中的下图所示由倾斜面1311与倾斜面1312构成。倾斜面1311自进气侧向后述喷油器6的轴X2向上倾斜。倾斜面1312自排气侧向喷油器6的轴X2向上倾斜。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。

活塞3的上侧面向燃烧室17的顶面***。活塞3的上侧面形成有凹部31。凹部31自活塞3的上侧面凹陷。凹部31在此结构例中为浅盘形状。凹部31的中心相对于汽缸11的中心轴X1而言向排气侧偏移。

发动机1的几何压缩比设定为10以上30以下。如后述,发动机1进行组合SI燃烧和CI燃烧而得的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧中利用SI燃烧产生的发热和压力上升控制CI燃烧。发动机1是压燃式发动机。但该发动机1无需使活塞3到达压缩上止点时燃烧室17的温度变高。发动机1能将几何压缩比设定为比较低的值。几何压缩比低有利于降低冷却损失以及降低机械损失。可以使发动机1的几何压缩比在常规规格(燃料辛烷值为91左右的低辛烷值燃料)为14~17,在高辛烷值规格(燃料辛烷值为96左右的高辛烷值燃料)为15~18。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别形成进气口18。进气口18有第1进气口及第2进气口两个进气口18,在此省略图示。进气口18与燃烧室17连通。进气口18是所谓的滚流口。即,进气口18的形状使燃烧室17中形成滚流。

进气口18配设有进气门21。进气门21使燃烧室17与进气口18之间开闭。进气门21通过配气机构在一定的正时开闭。配气机构只要是使气门正时及/或气门提升情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括进气电动S-VT(Sequential-Valve Timing)23。进气电动S-VT23使进气凸轮轴的相位在一定范围内连续变更。进气门21的打开正时及关闭正时连续变化。此外,进气配气机构也可包含油压式S-VT,用以取代电动S-VT。

另外,汽缸盖13上对应每个汽缸11形成有排气口19。排气口19也包括第1排气口及第2排气口两个排气口19。排气口19与燃烧室17连通。

排气口19配设有排气门22。排气门22使燃烧室17与排气口19之间开闭。排气门22通过配气机构在一定的正时开闭。该配气机构只要是使气门正时及/或气门提升情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括排气电动S-VT24。排气电动S-VT24使排气凸轮轴的相位在一定范围内连续变更。排气门22的打开正时及关闭正时连续变化。另外,排气配气机构也可包括油压式S-VT,以取代电动S-VT。

进气电动S-VT23及排气电动S-VT24调节进气门21及排气门22双方都打开的重合期间的长度。重合期间的长度长则能对燃烧室17中的残留气体扫气。另外还能通过调节重合期间的长度来将内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)气体导入燃烧室17中。进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成了内部EGR系统。另外,不限于由S-VT构成内部EGR系统。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有喷油器6。喷油器6向燃烧室17中直接喷射燃料。喷油器6是燃料喷射部的一例。喷油器6配设在倾斜面1311与倾斜面1312的交差部分。如图2所示,喷油器6的轴X2相对于汽缸11的中心轴X1而言位于排气侧。喷油器6的轴X2与中心轴X1平行。喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。喷油器6与凹部31相向。另外,也可以使喷油器6的轴X2与汽缸11的中心轴X1一致。在此技术方案下,也可以使喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。

喷油器6由具有复数个喷口的多喷口型的燃料喷射阀构成,此处省略详细图示。如图2中双点划线所示,喷油器6喷射燃料并使燃料喷雾从燃烧室17中央放射状扩散。本结构例中,喷油器6具有10个喷孔,喷孔沿圆周方向等角度配置。

喷油器6与燃料供应系统61连接。燃料供应系统61包括燃料箱63、连结燃料箱63与喷油器6的燃料供应路62。燃料箱63储存燃料。燃料供应路62上设有燃料泵65和共轨64。燃料泵65通过压力向共轨64输送燃料。燃料泵65在该结构例中是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。共轨64存储通过压力自燃料泵65输送来的高压力燃料。喷油器6打开后,存储在共轨64的燃料从喷油器6的喷孔喷射到燃烧室17中。燃料供应系统61能将30MPa以上的高压力燃料供应至喷油器6。也可与发动机1的运行状态相应地改变供应至喷油器6的燃料的压力。另外,燃料供应系统61的结构不限于所述结构。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有火花塞25。火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火。火花塞25是点火部的一例。火花塞25在该结构例中相较于汽缸11的中心轴X1而言配设于进气侧。火花塞25位于两个进气口18之间。火花塞25安装在汽缸盖13且倾斜,随着自上而下越来越靠近燃烧室17中央。如图2所示,火花塞25的电极面向燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。另外也可以使火花塞25相对于汽缸11的中心轴X1而言配置于排气侧。另外也可以使火花塞25配置于汽缸11的中心轴X1上。

发动机1的一侧面连接着进气通路40。进气通路40与各汽缸11的进气口18连通。要进入燃烧室17的气体流经进气通路40。进气通路40的上游端部配设有空气滤清器41。空气滤清器41过滤新气。进气通路40的下游端附近配设有缓冲槽42。缓冲槽42下游的进气通路40是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路。独立通路的下游端连接于各汽缸11的进气口18。

进气通路40中的空气滤清器41与缓冲槽42之间配设有节流阀43。节流阀43通过阀门开度的调节来调节燃烧室17中新气的导入量。

另外,进气通路40中节流阀43的下游配设有增压器44。增压器44使得要进入燃烧室17的气体增压。该结构例中,增压器44是由发动机1驱动的机械式增压器。机械式的增压器44可以是罗茨(Roots)式、双螺旋杆(Lysholm)式、滑片式或离心式。

增压器44与发动机1之间设有电磁离合器45。电磁离合器45在增压器44与发动机1之间,从发动机1向增压器44传递驱动力或阻断驱动力的传递。如后所述,ECU10使电磁离合器45在阻断与连接之间切换,由此增压器44在开、关之间切换。

进气通路40中增压器44的下游配设有中冷器46。中冷器46用于冷却增压器44压缩后的气体。中冷器46例如可以是水冷式或油冷式。

进气通路40上连接着绕行通路47。绕行通路47使进气通路40中增压器44的上游部与中冷器46的下游部相互连接。绕行通路47绕过增压器44及中冷器46。绕行通路47中配设有气体旁通阀48。气体旁通阀48对流经绕行通路47的气体的流量进行调节。

ECU10在增压器44关闭时(即,电磁离合器45断开时)使气体旁通阀48全开。进气通路40中流动的气体绕过增压器44进入发动机1的燃烧室17。发动机1在非增压--即自然进气状态下运行。

增压器44打开后发动机1在增压状态下运行。ECU10在增压器44打开的情况下(即,电磁离合器45连接)对气体旁通阀48的开度进行调节。通过增压器44后的气体中的一部分经过绕行通路47逆流至增压器44上游。ECU10对气体旁通阀48的开度进行调节,则进入燃烧室17的气体的压力会改变。即,增压会改变。可以定义为:增压时是指缓冲槽42内的压力超过大气压时,非增压时是指缓冲槽42内压力在大气压以下时。

该结构例中通过增压器44、绕行通路47、气体旁通阀48构成了增压系统49。

发动机1包括使燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。涡流如图2中空箭头所示地流动。涡流产生部包括安装于进气通路40的涡流控制阀56。涡流控制阀56配设于与两个进气口18中的一进气口18相连的首通路及与另一进气口18相连的第二通路中的第二通路,详细图示省略。涡流控制阀56是能够缩小第二通路的截面的开度调节阀。涡流控制阀56开度小,则从一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较多、从另一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较少,因此燃烧室17内的涡流增强。涡流控制阀56的开度大,则从两个进气口18分别进入燃烧室17的进气流量大致等同,因此燃烧室17内的涡流变弱。涡流控制阀56全开则不产生涡流。

发动机1的另一侧面连接有排气通路50。排气通路50与各汽缸11的排气口19连通。排气通路50是从燃烧室17排出的排气气体流经的通路。排气通路50的上游部分是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路,详细图示省略。独立通路的上游端与各汽缸11的排气口19连接。

排气通路50配设有包括复数个催化转化器的排气气体净化系统。上游的催化转化器配设在发动机舱内,图示省略。上游的催化转化器包括三元催化剂511、GPF(GasolineParticulate Filter)512。下游的催化转化器配设在发动机舱外。下游的催化转化器包括三元催化剂513。另外,排气气体净化系统不限于图例中结构。例如,GPF也可省略。另外,催化转化器不限于包括三元催化剂在内的催化转化器。另外,三元催化剂及GPF的排列顺序可以适当变更。

进气通路40与排气通路50之间连接有EGR通路52。EGR通路52是使排气气体的一部分回流至进气通路40的通路。EGR通路52构成外部EGR系统。EGR通路52的上游端连接于排气通路50中上游催化转化器与下游催化转化器之间。EGR通路52的下游端连接于进气通路40中增压器44的上游部。流经EGR通路52的EGR气体不通过绕行通路47的气体旁通阀48,而是进入进气通路40中增压器44的上游部。

EGR通路52中配设有水冷式EGR冷却器53。EGR冷却器53冷却排气气体。另外,EGR通路52中配设有EGR阀54。EGR阀54对EGR通路52中流动的排气气体的流量进行调节。通过调节EGR阀54的开度就能对冷却后的排气气体——即外部EGR气体的回流量进行调节。

该发动机1中EGR系统55包括外部EGR系统、内部EGR系统。外部EGR系统能够将比内部EGR系统更低温的排气气体供应至燃烧室17。

压燃式发动机的控制装置包括使发动机1运行的ECU(Engine Control Unit)10。ECU10是以公知的微型计算机为基础的控制部,如图3所示,包括:包括执行程序的中央运算处理装置(Central Processing Unit:CPU)在内的微型计算机101;例如由RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)构成的、用于存放程序及数据的存储器102;用于输入输出电信号的I/F电路103。

如图1及图3所示,ECU10上连接有各种传感器SW1~SW17。传感器SW1~SW17向ECU10输出信号。传感器包括以下传感器。

空气流量传感器SW1:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游、输出与流经进气通路40的新气的流量相应的信号

第1进气温度传感器SW2:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游、输出与流经进气通路40的新气的温度相应的信号

第1压力传感器SW3:配置于进气通路40中EGR通路52的连接位置下游且增压器44的上游、输出与要进入增压器44的气体的压力相应的信号

第2进气温度传感器SW4:配置于进气通路40中增压器44的下游且绕行通路47的连接位置上游、输出与从增压器44流出的气体的温度相应的信号

进气压传感器SW5:安装于缓冲槽42、输出与增压器44下游的气体压力相应的信号

缸压传感器SW6:与各汽缸11相对应地安装于汽缸盖13、输出与各燃烧室17内压力相应的信号

排气温度传感器SW7:配置于排气通路50、输出与燃烧室17排出的排气气体的温度相应的信号

线性氧气(linearO2)传感器SW8:配置于排气通路50中上游催化转化器上游、输出与排气气体中的氧浓度相应的信号

氧(LambdaO2)传感器SW9:配置于上游催化转化器的三元催化剂511下游、输出与排气气体中的氧浓度相应的信号

水温传感器SW10:安装于发动机1、输出与冷却水的温度相应的信号

曲轴转角传感器SW11:安装于发动机1、输出与曲轴15转角相应的信号

油门开度传感器SW12:安装于油门踏板机构、输出与油门踏板的操作量成正比的油门开度相应的信号

进气凸轮位置传感器SW13:安装于发动机1、输出与进气凸轮轴的转角相应的信号

排气凸轮位置传感器SW14:安装于发动机1、输出与排气凸轮轴的转角相应的信号

EGR差压传感器SW15:配置于EGR通路52、输出与EGR阀54上游及下游的差压相应的信号

燃压传感器SW16:安装于燃料供应系统61的共轨64、输出与供应给喷油器6的燃料压力相应的信号

第3进气温度传感器SW17:安装于缓冲槽42、输出与缓冲槽42内气体的温度——换言之与进入燃烧室17的进气温度相应的信号。

ECU10根据上述传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态并按照预先设定的控制逻辑运算出各设备的控制量。控制逻辑存储在存储器102。控制逻辑包括使用存储器102存储的映射运算目标量及/或控制量。

ECU10将运算出的控制量所对应的电信号输出至喷油器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供应系统61、节流阀43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、气体旁通阀48、涡流控制阀56。

例如,ECU10根据油门开度传感器SW12的信号与映射设定发动机1的目标扭矩并决定目标增压。然后ECU10根据目标增压以及由第1压力传感器SW3及进气压传感器SW5的信号得到的增压器44的前后压差进行调节气体旁通阀48开度的反馈控制。通过该反馈控制,增压达到目标增压。

另外,ECU10根据发动机1的运行状态和映射设定目标EGR率(即,相对于燃烧室17中全部气体而言EGR气体的比率)。然后ECU10根据目标EGR率和以油门开度传感器SW12信号为基础的吸入空气量决定目标EGR气体量,并基于由EGR差压传感器SW15的信号得到的EGR阀54的前后差压进行对EGR阀54的开度进行调节的反馈控制。通过该反馈控制使进入燃烧室17中的外部EGR气体量达到目标EGR气体量。

此外,ECU10在一定控制条件成立时执行空燃比反馈控制。具体而言,ECU10基于由线性氧气传感器SW8及氧(LambdaO2)传感器SW9的信号得到的排气中的氧浓度调节喷油器6的燃料喷射量,使混合气的空燃比成为所希望的值。

此外的ECU10对发动机1进行控制的详细内容见后述。

ECU10还连接着通知部57。通知部57例如由仪表板上设有的警告灯构成。如后所述,缸压传感器SW6的故障诊断装置100诊断出缸压传感器SW6故障时通知部57报知用户。

(缸压传感器的结构)

图4是缸压传感器SW6的结构示例。缸压传感器SW6包括面向燃烧室17内配设的隔膜71。隔膜71由具有弹性的材料构成。隔膜71配设在缸压传感器SW6的前端。隔膜71的周边部被壳体支撑。壳体包括外壳体72和内壳体73。燃烧室17内的压力增高则隔膜71的外侧面受挤压,由此未被外壳体72及内壳体73支撑的隔膜71的中央部弯曲。

外壳体72固定于发动机1的汽缸盖13,图示省略。外壳体72是前端开口的筒状。隔膜71安装于外壳体72的前端面。隔膜71的周边部通过焊接固定于外壳体72。

内壳体73内插于外壳体72。内壳体73位于外壳体72的前端部。内壳体73由复数个零部件组合构成。内壳体73也是筒状。隔膜71的周边部还通过焊接固定于内壳体73。

通过施力构件74向内壳体73施以朝向缸压传感器SW6前端的力。施力构件74在外壳体72内部相对于内壳体73而言配设于缸压传感器SW6的基端侧(即,图4中上侧)。

内壳体73内部配设有压电器件75。压电器件75通过隔膜71弯曲而变形,并输出与变形量相应的微弱电流。

压电器件75的前端部安装有底座76。底座76的中央部包括向缸压传感器SW6的前端突出的突出部761。突出部761位于内壳体73前端部所设的贯通孔731内。

隔膜71内面的中央部设有与隔膜71一体的、向缸压传感器SW6的基端突出的中央突起711。隔膜71的中央突起711与底座76的突出部761相互抵接。隔膜71的中央部弯曲,则底座76被中央突起711向缸压传感器SW6的基端挤压,由此压电器件75变形。

压电器件75的基端部安装有电极77。压电器件75的微弱电流通过电极77输出。

电极77的基端部被电极支撑部78支撑。电极支撑部78也是由复数个构件组合构成。电极支撑部78焊接于内壳体73。电极支撑部78的内部配设有导电部79。导电部79向缸压传感器SW6的基端延伸。导电部79的基端连接于缸压传感器SW6所具有的电荷放大器710。电荷放大器710放大压电器件75的微弱电流并输出至ECU10。

电极77与导电部79之间配设有压缩弹簧791。压缩弹簧791使电极77与导电部79之间能通电。

一体化的底座76、压电器件75、及电极77与内壳体73之间设有环状的绝缘部712。绝缘部712是图4中着色为黑色的部分。

(SPCCI燃烧的概念)

发动机1以改善燃料效率、改善排出气体性能为主要目的在一定运行状态下采用压缩自燃方式燃烧。关于自燃方式燃烧,如果压缩开始前燃烧室17中温度参差不齐则自燃时间点会有很大变化。因此发动机1进行结合了SI燃烧与CI燃烧的SPCCI燃烧。

SPCCI燃烧是下述形态:火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火,由此混合气通过火焰传播进行SI燃烧,且SI燃烧的发热导致燃烧室17中的温度升高,且火焰传播导致燃烧室17中的压力上升,由此未燃混合气实现自燃方式的CI燃烧。

通过对SI燃烧的发热量进行调节就能吸收压缩开始前燃烧室17中温度的差异。通过ECU10对点火正时进行调节就能使混合气在目标正时自燃。

在SPCCI燃烧中,SI燃烧时产生的热相较于CI燃烧时产生的热更平稳。就SPCCI燃烧的热产生率(dQ/dθ)波形而言,如图5示例,上升的倾斜度相较于CI燃烧波形的上升倾斜度而言更小。另外,就燃烧室17中的压力变动率(dp/dθ)而言,SI燃烧时相较于CI燃烧时也更为平稳。

有时,SI燃烧开始后未燃混合气自燃时,自燃的时间点处热产生率波形的倾斜度会从小向大变化。有时热产生率的波形会在CI燃烧开始时间点处出现拐点X。

CI燃烧开始后SI燃烧与CI燃烧并列进行。CI燃烧相较于SI燃烧而言产生的热更多,因此热产生率相对较大。但CI燃烧在压缩上止点后进行,因此能防止热产生率波形的倾斜度过大。CI燃烧时的压力变动率(dp/dθ)也比较平稳。

压力变动率(dp/dθ)能作为表示燃烧噪音的指标使用。如上所述,SPCCI燃烧能使压力变动率(dp/dθ)较小,因此能防止燃烧噪音过大。将发动机1的燃烧噪音被控制在容许水平以下。

CI燃烧结束,由此SPCCI燃烧结束。CI燃烧与SI燃烧相比燃烧期间短。SPCCI燃烧相较于SI燃烧而言燃烧结束时刻更早。

SI燃烧所形成的第1热产生率部QSI与CI燃烧所形成第2热产生部QCI依次连续,形成了SPCCI燃烧的热产生率波形。

在此定义SI率作为表示SPCCI燃烧特性的参数。本申请申请人将SI率定义为:关于SPCCI燃烧所产生的全部热量中SI燃烧所产生的热量所占比例的指标。SI率是燃烧形态相异的两种燃烧所产生的热量比率。SI率高则SI燃烧的比例高,SI率低则CI燃烧的比例高。SPCCI燃烧中SI燃烧的比例高有利于抑制燃烧噪音。SPCCI燃烧中CI燃烧的比例高有利于提高发动机1的燃油效率。

也可将SI率定义为SI燃烧所产生的热量相对于CI燃烧所产生的热量的比率。即,可采用下述方案:以SPCCI燃烧中CI燃烧开始的曲轴转角为CI燃烧开始时刻θci,在图5所示波形801中,θci提前侧SI燃烧的面积为QSI、包括θci在内的滞后侧CI燃烧的面积为QCI,SI率=QSI/QCI。

(发动机的控制逻辑)

图6是执行发动机1的控制逻辑的ECU10的功能结构示例框图。ECU10按照存储器102中存储的控制逻辑使发动机1运行。具体而言,ECU10基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并进行运算以进行燃烧室17中状态量的调节、喷射量的调节、喷油正时的调节、及点火正时的调节,使燃烧室17中的燃烧成为与运行状态相应的SI率的燃烧。

ECU10使用SI率、θci两个参数控制SPCCI燃烧。具体而言,ECU10设定与发动机1的运行状态相应的目标SI率、目标θci,对燃烧室17内的温度进行调节,对点火正时进行调节,使得实际的SI率与目标SI率一致且实际的θci等于目标θci。通过调节进入燃烧室17内的排气气体的温度及/或量来对燃烧室17内的温度进行调节。

首先,ECU10通过I/F电路103读取各传感器SW1~SW17的信号。然后,ECU10的微型计算机101中的目标SI率/目标θci设定部101a基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并设定目标SI率(即,目标热量比率)及目标CI燃烧开始时刻θci。与发动机1的运行状态相应地决定目标SI率。目标SI率存储在存储器102的目标SI率存储部1021。目标SI率/目标θci设定部101a在发动机1负荷低时设较低的目标SI率,在发动机1负荷高时设较高的目标SI率。发动机1负荷低时提高SPCCI燃烧中CI燃烧的比例来抑制燃烧噪音并提高燃料效率性能。发动机1负荷高时提高SPCCI燃烧中SI燃烧的比例,有利于抑制燃烧噪音。

如上所述,θci意味着SPCCI燃烧中CI燃烧开始的曲轴转角时间点(参照图5)。也与发动机1的运行状态相应地设定目标θci。目标θci存储在存储器102的目标θci存储部1022。θci位于滞后侧则燃烧噪音小。θci位于提前侧则发动机1燃料效率性能得以提高。在能将燃烧噪音抑制在容许水平以下的范围内,尽可能地将目标θci设定在提前侧。

目标缸内状态量设定部101b基于存储器102中存储的模型设定用于实现所设定的目标SI率及目标θci的目标缸内状态量。具体而言,目标缸内状态量设定部101b设定燃烧室17中的目标温度、目标压力、及目标状态量。

缸内状态量控制部101c设定要实现目标缸内状态量所需的EGR阀54的开度、节流阀43的开度、气体旁通阀48的开度、涡流控制阀56的开度、进气电动S-VT23的相位角(即,进气门21的气门正时)、及排气电动S-VT24的相位角(即,排气门22的气门正时)。缸内状态量控制部101c基于存储器102中存储的映射设定这些设备的控制量。缸内状态量控制部101c基于设定的控制量向EGR阀54、节流阀43、气体旁通阀48、涡流控制阀(SCV)56、进气电动S-VT23、及排气电动S-VT24输出控制信号。各设备基于ECU10的信号进行作业,由此燃烧室17中的状态量达到目标状态量。

缸内状态量控制部101c还基于所设定的各设备的控制量分别算出燃烧室17中状态量的预测值、及状态量的推定值。状态量预测值是对进气门21关闭前燃烧室17中的状态量进行预测得到的值。如后所述,状态量预测值用于设定进气冲程中燃料的喷射量。状态量推定值是对进气门21关闭后燃烧室17中的状态量进行推定所得到的值。如后所述,状态量推定值用于设定压缩冲程中燃料的喷射量及点火正时。

第1喷射量设定部101d基于状态量预测值设定进气冲程中燃料的喷射量。进气冲程中进行分割喷射时设定各次喷射的喷射量。另外,进气冲程中不进行燃料喷射时,第1喷射量设定部101d将燃料喷射量设为0。第1喷射控制部101e向喷油器6输出控制信号,使喷油器6在一定喷油正时向燃烧室17中喷射燃料。另外,第1喷射控制部101e输出进气冲程中燃料的喷射结果。

第2喷射量设定部101f基于状态量推定值和进气冲程中燃料的喷射结果设定压缩冲程中燃料的喷射量。另外,压缩冲程中不进行燃料喷射时,第2喷射量设定部101f将燃料喷射量设为0。第2喷射控制部101g向喷油器6输出控制信号,在以预先设定的映射为基础的喷油正时处使用喷油器6向燃烧室17中喷射燃料。另外,第2喷射控制部101g输出压缩冲程中燃料的喷射结果。

点火时刻设定部101h基于状态量推定值和压缩冲程中燃料的喷射结果设定点火正时。点火控制部101i向火花塞25输出控制信号,使得在设定的点火正时处火花塞25对燃烧室17中的混合气点火。

在此,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中温度相较于目标温度更低时,使压缩冲程中喷油正时相较于以映射为基础的喷油正时而言提前,以使得点火正时的提前成为可能。另外,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中的温度相较于目标温度更高的话,使压缩冲程中的喷油正时相较于以映射为基础的喷油正时滞后,以使得点火正时的滞后成为可能。

即,燃烧室17中温度低,则通过火花点火开始SI燃烧后未燃混合气自燃的时间点(CI燃烧开始时刻θci)推迟,SI率偏离目标SI率。此时,会导致未燃燃料增加、排出气体性能下降。

就此,预判燃烧室17中温度比目标温度低时,第1喷射控制部101e及/或第2喷射控制部101g使喷油正时提前,且点火时刻设定部101h使点火正时提前。SI燃烧早开始就能通过SI燃烧产生充分的热量,因此在燃烧室17中温度低时能防止未燃混合气的自燃时间点θci延迟。因此,θci接近目标θci且SI率接近目标SI率。

另外,燃烧室17中温度高,则通过火花点火开始SI燃烧后未燃混合气很快自燃,SI率偏离目标SI率。此时燃烧噪音增大。

在此,预判燃烧室17中温度比目标温度高时,第1喷射控制部101e及/或第2喷射控制部101g使喷油正时滞后,并且点火时刻设定部101h使点火正时滞后。SI燃烧开始较迟,在燃烧室17中温度高时能防止未燃混合气的自燃时间点θci提早。因此,θci接近目标θci且SI率接近目标SI率。

火花塞25对混合气点火,由此燃烧室17中进行SI燃烧或SPCCI燃烧。缸压传感器SW6计测燃烧室17中压力的变化。

缸压传感器SW6的计测信号输入至θci偏差运算部101k。θci偏差运算部101k基于缸压传感器SW6的计测信号推定CI燃烧开始时刻θci,并计算所推定出的CI燃烧开始时刻θci与目标θci之间的偏差。θci偏差运算部101k将计算出的θci偏差输出至目标缸内状态量设定部101b。目标缸内状态量设定部101b基于θci偏差修正模型。目标缸内状态量设定部101b在下次及以后的循环中用修正后的模型设定目标缸内状态量。

该发动机1的控制逻辑通过包括节流阀43、EGR阀54、气体旁通阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23、及排气电动S-VT24在内的状态量设定设备进行调节,使SI率及θci与发动机1的运行状态相对应。

图7显示了与发动机1的负荷对应的进气门21关闭正时IVC的变化情况,作为状态量设定设备的控制的一例。该图中,进气门21的关闭正时IVC越靠上越提前。进气门21关闭正时IVC提前则进气门21的打开正时IVC也提前,因此进气门21、排气门22双方都打开的正重合期间变长。因此进入燃烧室17中的EGR气体量增加。

在此,发动机1处于特定运行状态时,在使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比并使G/F相较于理论空燃比更为稀薄的状态下运行。由此,发动机1确保使用三元催化剂的排气气体的净化性能,并提高了燃料效率性能。发动机1负荷低则燃料供应量少。发动机1负荷低时,ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的正时。限制进入燃烧室17中的空气量使其与较少的燃料供应量相对应。另外,进入燃烧室17中的EGR气体量也受到限制因此燃烧稳定性得以确保。

发动机1的负荷提高,则燃料供应量增加,因此燃烧稳定性提高。ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为提前侧的正时。进入燃烧室17中的空气量增加且进入燃烧室17中EGR气体量增加。

发动机1的负荷进一步变高,则燃烧室17中温度进一步变高。为防止燃烧室17中温度过高,减少内部EGR气体的量,增加外部EGR气体的量。因此ECU10再次将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的正时。

发动机1的负荷进一步提高,则燃料供应量增多。针对较多的燃料供应量,为了向燃烧室17内导入使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比的空气量,增压器44进行增压。增压器44进行增压,则ECU10再次将进气门21的关闭正时设定为提前侧的正时。进入燃烧室17内的空气量增加、且设置进气门21及排气门22双方打开的正重合期间,因此能对燃烧室17中的残留气体扫气。

发动机1的控制逻辑通过如上对燃烧室17中状态量进行调节来对SI率进行大致调节。另外,发动机1的控制逻辑通过调节燃料的喷油正时及点火正时来对SI率及θci进行调节。通过对喷油正时及点火正时的调节例如能对气缸间的差距进行矫校正,对自燃时间点进行微调节。通过两个阶段的SI率调节,发动机1能够正确实现与运行状态相对应的目标SPCCI燃烧。

(燃烧噪音抑制控制)

SPCCI燃烧是组合了SI燃烧和CI燃烧的燃烧形态,因此SI燃烧引起的爆震和CI燃烧引起的爆震都有可能发生。SI燃烧引起的爆震称为SI爆震,CI燃烧引起的爆震称为CI爆震,SI爆震是燃烧室17内在混合气SI燃烧的区域外侧的未燃气体异常的局部自燃(明显不同于正常CI燃烧的局部自燃)并由此急速燃烧的现象,CI爆震是指CI燃烧导致压力变动并引起发动机1主要零部件(汽缸体/盖、活塞、曲轴轴颈部等)共振的现象。关于SI爆震,局部自燃导致燃烧室17内产生气柱振动,SI爆震作为频率约6.3kHz的较大噪音出现。而关于CI爆震,受发动机1主要零部件产生共振的影响,CI爆震作为频率约1~4kHz(更严格来说是该范围内包含的复数个频率)的较大噪音出现。如上所述,SI爆震和CI爆震作为不同原因造成的不同频率的噪音出现。

ECU10对SPCCI燃烧进行控制,使得SI爆震及CI爆震均不发生。具体而言,ECU10对缸压传感器SW6的检知信号进行傅立叶转换,由此算出与SI爆震相关联的SI爆震指标值、与CI爆震相关联的CI爆震指标值。SI爆震指标值指的是随着SI爆震的产生而增大的6.3kHz附近的缸内压力谱,CI爆震指标值指的是随着CI爆震的产生而增大的1~4kHz附近的缸内压力谱。

然后,ECU10按照预先设定的映射决定θci界限使SI爆震指标值及CI爆震指标值均不超过容许的界限,并比较根据发动机1的运行状态确定的θci与θci界限,如果θci界限与θci相同或位于提前侧则将θci定为目标θci,而如果θci界限位于θci的滞后侧则将θci界限定为目标θci。通过如此控制抑制SI爆震及CI爆震。

(缸压传感器的故障诊断)

进行SPCCI燃烧的发动机1如上所述利用缸压传感器SW6的检知信号进行点火控制、抑制燃烧噪音的控制。发动机1中缸压传感器SW6的检知信号非常重要。缸压传感器SW6故障并导致输出错误的检知信号,则发动机1的运行控制可能受影响。因此发动机1包括缸压传感器SW6的故障诊断装置100。

图8是缸压传感器SW6的故障诊断装置100的结构示例。故障诊断装置100包括诊断部111、发动机控制部112。诊断部111及发动机控制部112是构成于ECU10的功能模块。发动机控制部112控制发动机1的运行。这里,发动机控制部112进行发动机1的断燃料控制。具体而言,发动机控制部112在汽车行驶过程中减速断燃料条件成立时通过喷油器6停止向发动机1的燃料供应。发动机控制部112基于油门开度传感器SW12的检知信号判定减速断燃料条件成立。

燃料供应停止后发动机1进行断燃料运行。断燃料运行过程中火花塞25也不进行点火。进气电动S-VT23使进气门21的气门正时成为预先设定的目标气门正时。目标气门正时是适于从断燃料进行恢复的气门正时。发动机控制部112停止向发动机1供应燃料后,通过进气电动S-VT23使进气门21的气门正时变成目标气门正时。

诊断部111在一定条件成立时诊断缸压传感器SW6的故障。

具体而言,诊断部111在一定期间内发动机1持续稳定运行过程中诊断缸压传感器SW6的故障。发动机1持续稳定运行过程中,比如与发动机1过渡运行过程中相比,混合气的燃烧压、燃烧室的壁面的温度以及混合气的比热比等的变动小。缸内环境稳定时,进行缸压传感器SW6的故障诊断的话,能抑制与故障无关的缸压传感器SW6的输出的参差不齐。

另外,诊断部111不限于在发动机1持续稳定运行过程中进行诊断,在发动机1断燃料运行过程中也诊断缸压传感器SW6的故障。由此诊断部111就能基于不受混合气燃烧影响的燃烧室17内的压力变化对缸压传感器SW6的故障进行诊断。另外的有利之处在于,发动机1断燃料运行过程中,火花塞25不点火,因此缸压传感器SW6的检知信号不受火花塞25的噪声影响。

-功能模块的主要结构-

诊断部111主要的结构要素有判定稳定运行、断燃料运行等的运行状态判定部1111、对相对于压缩上止点而言滞后特定曲轴转角的最高点后时间点(+α°CA)处的缸压进行推定的推定部1114、读取最高点后时间点处的缸压传感器SW6的检知信号的读取部1113、接受从推定部1114及读取部1113输出的信号判定缸压传感器SW6的故障的故障判定部1112。

运行状态判定部1111判定一定期间内发动机1持续稳定运行。这里,运行状态判定部1111在发动机1的运行状态保持固定或大致保持固定时,判定为发动机1稳定运行。具体而言,在燃烧室17中填充的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量之中的至少一者在一定范围内时,运行状态判定部1111判定为发动机1稳定运行。

更具体而言,运行状态判定部1111基于各传感器SW1~SW17的检知信号判定燃烧室17中填充的空气量、燃烧室17中的混合气所含有的EGR气体量、供应到燃烧室17中的燃料量。运行状态判定部1111判定这3个量各自的变化量为一定值以下时,判定为发动机1稳定运行。

然后,发动机1持续稳定运行直至经过所设定的时间(该结构例中为几秒)时,运行状态判定部1111判定为“一定期间内发动机1持续稳定运行”。

另外,在判定了发动机控制部112中减速断燃料条件成立时,运行状态判定部1111判定为“发动机1开始了断燃料运行”。

在运行状态判定部1111判定了持续稳定运行或运行状态判定部1111判定了断燃料运行时,推定部1114基于发动机1的运行状态推定最高点后时间点处的缸压。以下将推定部1114推定的缸压值称为“最高点后预测值”。最高点后预测值是预测缸压传感器SW6没有故障的话应该会到达的缸压值。

推定部1114推定的最高点后预测值输入至故障判定部1112。最高点后时间点是“第1时间点”的示例。

读取部1113读取最高点后时间点处的缸压传感器SW6的检知信号值(即最高点后信号值)和相对于压缩上止点而言提前了与最高点后时间点相同的特定曲轴转角的最高点前时间点(-α°CA)处的缸压传感器SW6的检知信号值(即最高点前信号值)。最高点前时间点是“第2时间点”的示例。

另外,设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程前期。这里的“前期”可以指比如将做功冲程三分为前期、中期和后期时的前期。特定曲轴转角例如可以设定为60°CA左右。通过进行设定使最高点后时间点为做功冲程的前期从而能抑制冷却损失的影响。因此能提高故障诊断的正确度。

另外,也可根据发动机1的运行状态实时重新设定特定曲轴转角。此时,特定曲轴转角不设定在通过进气电动S-VT23关闭进气门21这一过渡时刻,而是设定在完成进气门21的关闭之后。另外,也可设定特定曲轴转角使其在各周期内为点火正时以前。通过这样设定能抑制进气门21的关闭作业的影响以及混合气的燃烧的影响。因此能提高故障诊断的正确度。

即,为提高缸压传感器SW6的故障诊断的正确度,宜使最高点前时间点为点火正时点之前,另外设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程的前期,并且这一设定在进气门21的关闭正时IVC后进行。

读取部1113读取的最高点前信号值输入至推定部1114。推定部1114基于输入的最高点前信号值推定最高点后预测值。另一方面,读取部1113读取的最高点后信号值输入至故障判定部1112。

故障判定部1112基于缸压传感器SW6的检知信号的输出下降判定缸压传感器SW6的故障。如后所述,缸压传感器SW6的检知信号的输出下降的原因是缸压传感器SW6的绝缘部712的绝缘异常。故障判定部1112基于推定部1114推定的最高点后预测值和读取部1113读取的最高点后信号值的比较判定缸压传感器SW6故障。该比较通过以最高点后预测值为基础的阈值和以最高点后信号值为基础的差额间接进行。

更具体而言,故障判定部1112在最高点后信号值和最高点前信号值的差额大小超过了与最高点后预测值相应设定的阈值时,判定为缸压传感器SW6故障。故障判定部1112是“判定部”的示例。

诊断部111还具有阈值设定部1115。阈值设定部1115基于最高点后预测值设定阈值。故障判定部1112读出阈值设定部1115设定的阈值。

故障判定部1112判定了缸压传感器SW6故障时通过通知部57进行报知。缸压传感器SW6的故障通知到用户。

-故障判定限制相关功能模块-

另外,作为故障判定限制相关功能模块,诊断部111具备限制故障判定部1112进行故障判定的限制部1117、向限制部1117输出信号的延迟判定部1118以及气门正时判定部1119。

限制部1117在发动机1持续稳定运行时或执行断燃料运行时,直到进气门21的气门正时成为目标气门正时为止限制缸压传感器SW6的故障诊断。缸压传感器SW6输出与由于燃烧室17的容积变化等而产生的压力变化相对应的信号。故障判定部1112基于如上与压力变化相对应的缸压传感器SW6的检知信号进行故障判定。进气门21的关闭正时改变的话,则燃烧室17内气体压缩开始的时间点就会改变,因此压缩冲程中燃烧室17内的压力及最高压力会改变。这样一来,即使缸压传感器SW6没有故障,缸压传感器SW6的输出也会参差不齐,缸压传感器SW6的故障诊断的正确度变差。通过直到进气门21的关闭正时成为目标正时为止一直限制缸压传感器SW6的故障诊断,从而故障判定部1112能在进气门21为特定的关闭正时时进行缸压传感器SW6的故障判定。由此能提高缸压传感器SW6的故障诊断的正确度。

向气门正时判定部1119输入进气凸轮位置传感器SW13的检知信号。气门正时判定部1119基于进气凸轮位置传感器SW13的检知信号判定进气门21的气门正时已成为目标气门正时则向限制部1117输出信号。

另外,在执行断燃料运行时,限制部1117限制故障判定部1112进行缸压传感器SW6的故障判定,直至从停止向发动机1供应燃料起经过所设定的时间为止。停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内燃烧室17内的环境不稳定。例如,停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内,有时EGR通路52中残留的EGR气体会进入燃烧室17内并由此导致燃烧室17内气体的比热比不能保持固定。另外,停止对发动机1的燃料供应紧跟着的时间段内,有时燃烧室17内的壁面的温度变动大。因此,即使缸压传感器SW6没有故障,缸压传感器SW6的输出也会参差不齐,缸压传感器SW6的故障诊断的正确度下降。

因此限制部1117限制故障判定部1112对缸压传感器SW6的故障判定,直至从停止对发动机1的燃料供应起经过所设定的时间。这样一来,诊断部111能在断燃料运行时更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

诊断部111包括延迟判定部1118。延迟判定部1118对发动机1的循环数计数。延迟判定部1118是用于计测已经过上述所设定的时间的计时器。延迟判定部1118从运行状态判定部1111接受表示发动机1断燃料运行的信号后开始循环数的计数。延迟判定部1118判定从停止对发动机1的燃料供应起经过了所设定的循环数就向限制部1117输出信号。另外,延迟判定部1118还可以计测从停止对发动机1的燃料供应起经过的时间,以取代对循环数的计数。

(故障诊断相关的具体结构)

图9是缸压传感器SW6正常时输出的检知信号与缸压传感器SW6故障时输出的检知信号的示例。图9横轴是曲轴转角,0是压缩上止点。图9的纵轴是燃烧室17内的压力(缸压),与缸压传感器SW6的检知信号成正比。

如图9所示,缸压传感器SW6正常,则缸压在压缩上止点附近最大,并且以压力最大处对应的曲轴转角为中心大致对称。缸压传感器SW6没有故障时(正常时),最高点后信号值受冷却损失等影响比最高点前信号值稍微下降。

图10是正常时的压力差的示例。图10所示的压力差是最高点前信号值减去正常时的最高点后信号值(≒最高点后预测值)而得的差额。

如图10所示,发动机1的转数变高的话,则单位时间的冷却损失变少,因此压缩上止点后的缸压大体会变高。由此,正常时的压力差一般会变小。

另外,如图10所示,填充于燃烧室17内的空气量(缸内空气量)多时,压缩冲程中的泄露较多,压缩上止点后的缸压大体下降。由此,正常时的压力差一般会变小。

图10所示的倾向是缸压传感器SW6正常作业时的倾向。对此,本申请发明人们不断研讨,关于缸压传感器SW6故障时的倾向有了新见解。

具体而言新发现了缸压传感器SW6受热等影响而故障的话,则最高点后信号值与最高点前信号值相比会大幅增减。因此,假设缸压传感器SW6故障的话,则实际检出的最高点后信号值会相对来说大幅偏离正常时预测会达到的最高点后预测值。本申请发明人们讨论过后发现,绝缘部712产生绝缘异常时,最高点后信号值会下降。此时,缸压传感器SW6的信号值的对称性破坏,则最高点前信号值以及最高点后预测值与最高点后信号值的差变大。

于是,如上所述,诊断部111基于预先推定的最高点后预测值和读取部1113读取的最高点后信号值的比较判定缸压传感器SW6故障。

如果是发动机1持续稳定运行期间的话,则能抑制与缸压传感器SW6的故障无关的输出变化。因此,在抑制与故障无关的输出变化的同时,也能在故障时输出显著增减的时间点进行诊断。由此能更正确地诊断绝缘部712相关的故障。

如上所述,最高点后预测值由推定部1114进行推定。推定部1114基于最高点前信号值推定最高点后预测值。ECU10的存储器102存储与图10所示的压力差相对应的映射。推定部1114基于该映射读出以发动机1的运行状态为基础的压力差,并从最高点前信号值减去该压力差从而推定最高点后预测值。

从上述推定手法能明确看出,最高点后预测值与缸压传感器SW6正常作业时的最高点后信号值一致。因此,最高点后预测值和最高点前信号值的差显示出图10示例的倾向。

即,在发动机1转数高时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值大体较高。由此,已考虑到冷却损失的影响。冷却损失的影响与缸压传感器SW6的故障无关,但可能成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑冷却损失的影响。

另外,在填充于燃烧室17内的空气量多时与少时相比,推定部1114推定的最高点后预测值大体较低。由此,已考虑到活塞环的衔接处的泄露。该现象虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑从所述衔接处的泄露。

另外,作为混合气在燃烧室17内燃烧时(发动机1持续稳定运行时)特有的倾向,在发动机1的负荷高时与低时相比,推定部1114推定的燃烧室17内的压力较大。

发动机1负荷高时比低时的燃烧压高。本申请发明人们确认到,在燃烧压高时,隔膜71和压电器件75的接合增强会导致缸压传感器SW6的信号值会出现在低输出侧。该现象使最高点后信号值与最高点前信号值相比大幅下降。这些倾向虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能会成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑接合的影响。

具体来说,在发动机1负荷高时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值较低。由此,有利于更正确地诊断缸压传感器SW6的故障。

比如,当空燃比固定时,发动机1的负荷随着填充于燃烧室17内的空气量的增多而变高。因此,如图11所示,最高点后预测值的推定所使用的压力差显示出与缸内空气量相同或类似的倾向。

另外,比如EGR气体量多时与少时相比,混合气的比热比、甚至燃烧温度更小。此时,可认为燃烧对缸压传感器SW6的影响相对较小,正常时的压力差较小(参照图12)。这些倾向虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能会成为推定缸压时的误差因子。因此,为提高故障诊断的正确度,有效方法是考虑EGR气体量。

具体而言,在混合气所含有的EGR气体量多时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值较高。由此,有利于更正确地诊断缸压传感器SW6的故障。

诊断部111设定与最高点后预测值相对应的阈值。具体而言,阈值设定部1115设定阈值以使得阈值比最高点前信号值减去最高点后预测值得到的差额(即正常时的压力差)大。在最高点后预测值较低时与高时相比,阈值设定地较大。

采用如上技术方案时,例如在发动机转数高时与低时相比,诊断部111使阈值较小。同样地,比如在填充于燃烧室17内的空气量多时与少时相比,诊断部111使阈值较大。这样一来,就能将阈值设定为由于冷却损失而引起的压力差以上、或将阈值设定为由于泄露损失而引起的变大值以上。这样一来能提高故障诊断的正确度。

故障判定部1112间接比较最高点后预测值和最高点后信号值。详细来说,故障判定部1112比较与最高点后预测值相应设定的阈值和最高点前信号值及最高点后信号值的差额,并且在比较得出的差额大小超过阈值时,判定为缸压传感器SW6故障。这样一来,能更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

另外,可设计为:故障判定部1112反复执行最高点前信号值及最高点后信号值的差额和阈值的比较,当连续复数次进行了比较得出的差额的大小超过阈值这一判定时,判定为缸压传感器SW6故障。

例如,构成缸压传感器SW6的零部件之间的接合在压缩冲程中变化可能会导致在压缩上止点后燃烧室17内的压力下降。如上压力下降虽然只是暂时现象,但可能会导致缸压传感器SW的错误诊断。

而实际上缸压传感器SW6出现故障时,燃烧室17内的压力会持续下降,因此如上通过故障判定部1112反复进行判定,从而有利于更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

(缸压传感器的故障诊断步骤)

图13A和图13B是故障诊断装置100执行的缸压传感器SW6的故障诊断步骤的流程图。开始后的步骤S1中,故障诊断装置100读取各传感器SW1~SW17的检知信号。

接下来的步骤S2中,运行状态判定部1111基于各传感器SW1~SW17的检知信号,判定一定时间内发动机1是否持续稳定运行。具体而言,在填充于燃烧室17中的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量各自的变化量全部判定为一定值以下时,运行状态判定部1111判定为发动机1正稳定运行。例如,供应至燃烧室17中的燃料量可介由油门开度传感器SW12的检知信号进行判定。

步骤S2中判定为持续稳定运行时,处理流程向步骤S12前进。判定为没有持续稳定运行时,处理流程向步骤S3前进。若是前者,则在进行了进气门21的关闭正时涉及的判定(步骤S12)后向执行缸压传感器SW6的故障诊断的处理(步骤S13~S24)前进。若是后者,则经过判定是否执行断燃料运行(步骤S3~S9)后,进行故障诊断限制涉及的处理(步骤S10~S11),并向执行故障诊断的处理(步骤S13~S24)前进。

具体而言,步骤S12中,诊断部111的气门正时判定部1119判定进气门21的关闭正时是否为目标正时或几乎为目标正时。步骤S12判定为否的期间,处理流程反复进行步骤S12。处理流程反复进行步骤S12期间,限制部1117限制故障判定部1112执行故障诊断。步骤S12判定是的话,处理流程移动到步骤S13。

另一方面,步骤S3中,运行状态判定部1111判定减速断燃料条件是否成立。具体而言,运行状态判定部1111基于油门开度传感器SW12的检知信号判定油门开度是否为0。油门开度为0减速断燃料条件成立时,处理流程向步骤S4前进。减速断燃料条件不成立时,处理流程返回。

步骤S4中,运行状态判定部1111基于水温传感器SW10的检知信号判定发动机水温是否超过一定值。发动机水温超过一定值则执行断燃料。如果发动机水温未超过一定值则不执行断燃料。步骤S4判定是时,处理流程移动到步骤S5。步骤S4判定否时,处理流程返回。

步骤S5中,运行状态判定部1111判定EGR阀54的开度是否为0或几乎为0。EGR阀54在断燃料中关闭。步骤S5判定是时,处理流程向步骤S6前进,步骤S5判定否时,处理流程返回。

步骤S6中,发动机控制部112通过喷油器6停止向发动机1供应燃料(即断燃料)。接下来的步骤S7中,发动机控制部112通过进气电动S-VT23,将进气门21的气门正时变为断燃料运行中设定的目标气门正时。

步骤S8中,运行状态判定部1111判定减速断燃料的中止条件是否成立。例如,发动机转数过度降低时,发动机控制部112中止断燃料。另外,油门开度超过0则断燃料中止。步骤S8判定是时,处理流程向步骤S9前进,发动机控制部112中止减速断燃料。步骤S8判定否时,处理流程向步骤S10前进。

步骤S10中,诊断部111的气门正时判定部1119判定进气门21的关闭正时是否为目标正时或几乎为目标正时。步骤S10判定为否的期间,处理流程反复进行步骤S10。处理流程反复进行步骤S10期间,限制部1117限制故障判定部1112执行故障诊断。步骤S10判定是,则处理流程移动到步骤S11。

步骤S11中,诊断部111的延迟判定部1118判定从断燃料开始起是否已经过延迟周期。在此,图14中上图141表示发动机转数与延迟周期的关系。延迟周期与发动机转数高低无关,是固定的。经过一定次数的循环能使各燃烧室17至少进行一次气体交换,各燃烧室17内的环境变稳定。

另外,如上所述,延迟判定部1118也可以计测时间以代替对发动机1循环数的计数。图14的下图142是发动机转数与延迟时间的关系示例。发动机转数越高则延迟时间越短。因为发动机转数越高则1循环所需要的时间越短。

返回图13A的流程,步骤S11判定否时,处理流程反复进行步骤S11。限制部1117使故障判定部1112的故障诊断的执行受到限制。步骤S10判定是,则处理流程向步骤S13前进。

限制部1117限制缸压传感器SW6的故障诊断,直至进气门21的关闭正时成为目标正时、从断燃料开始经过了延迟周期(或延迟时间)这两个条件成立。如此,故障判定部1112能够在燃烧室17内处于相同状态时进行缸压传感器SW6的故障诊断,因此能提高故障诊断的正确度。

图13B的流程所示的步骤S13及以后的处理流程在发动机1持续稳定运行的情况下和从断燃料开始经过了延迟周期的情况下是共通的。

具体来说,步骤S13中,诊断部111基于进气门21的关闭正时和火花塞25的点火正时设定特定曲轴转角。该结构例中,诊断部111设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程的前期,并且使最高点前时间点为点火正时前。

接下来,步骤S14中,诊断部111的读取部1113读取缸压传感器SW6的检知信号。详细来说,读取部1113基于在步骤S13设定的特定曲轴转角来设定最高点前时间点,并且读取与该设定相对应的最高点前信号值。

接下来,步骤S15中,诊断部111的推定部1114基于最高点前信号值推定推测缸压传感器SW6没有故障的话会实现的最高点后信号值(最高点后预测值)。然后,接着步骤S15的步骤S16中,诊断部111的阈值设定部1115设定与最高点后预测值相对应的阈值。

然后,步骤S17中,诊断部111的读取部1113再次读取缸压传感器SW6的检知信号。详细来说,读取部1113基于在步骤S13中设定的特定曲轴转角来设定最高点后时间点,并且读取与该设定相对应的最高点后信号值。

然后,步骤S18中,诊断部111的故障判定部1112比较最高点后预测值和最高点后信号值。详细而言,故障判定部1112对基于最高点后预测值设定的阈值和从最高点前信号值减去最高点后信号值得到的差额进行比较。

步骤S19中,故障判定部1112判定最高点前信号值和最高点后信号值的差额是否超过基于最高点后预测值的阈值。超过阈值时,认为缸压传感器SW6故障,因此处理流程向步骤S20前进。步骤S20中,故障判定部1112给故障判定计数加1。没超过阈值时,认为缸压传感器SW6没有故障,因此处理流程向步骤S21前进。步骤S21中,故障判定部1112使故障判定计数为0。

之后,步骤S22中,故障判定部1112判定故障判定计数是否超过一定值。例如,一定值可以是3~5左右。步骤S22判定否时处理流程返回。步骤S22判定是时处理流程进入步骤S23。即,当故障判定部1112连续数次判定缸压传感器SW6故障时,故障判定部1112在步骤S23中诊断为缸压传感器SW6故障。基于数次判定来诊断缸压传感器SW6的故障,由此能防止错误诊断。

接着步骤S23的步骤S24中,故障判定部1112通过通知部57执行报知。告知用户缸压传感器SW6发生故障。由此对出现故障的缸压传感器SW6进行更换等。

(时间图表)

图15和图16是缸压传感器SW6的故障诊断装置100按照图13A和13B的流程图进行缸压传感器SW6的故障诊断时的各参数变化的示例时间图表。图15和图16的横轴表示时间的经过。

这里,图15是发动机1持续稳定运行时进行故障诊断时的时间图表,图16是断燃料运行时进行故障诊断时的时间图表。

-持续稳定运行时的故障诊断-

首先,汽车行驶中驾驶人员使已被踩下的油门踏板开度复位,由此油门开度逐渐变小,在时刻t1处油门开度大致固定(参照波形151)。由此,向燃烧室17内供应的燃料量也大致固定。这样一来,判定为燃料的变化量为一定值以下。

另外,EGR阀54的开度与油门开度一起逐渐变小,在时刻t1处EGR阀54的开度也为大致固定(参照波形152)。由此,形成于燃烧室17内的混合气所含有的EGR气体量也大致固定。这样一来,判定为EGR气体的变化量为一定值以下。

另外,虽未显示于图15中,但在此例示的时间图表中,燃烧室17内填充的空气量也在时刻t1处大致固定。这样一来,判定为燃烧室17内填充的空气的变化量也在时刻t1处为一定值以下。

通过如上判断,ECU10判定为发动机1稳定运行。如波形153所示,表示发动机1稳定运行的稳定运行标记在时刻t1处从0变成1。稳定运行标记变成1的话,运行状态判定部1111计算稳定运行标记从0变成1之后的经过时间(参照波形155)。该计算可以是直接计测时间,也可以介由循环数来间接軽装。

此时,进气门21的关闭正时变为与稳定运行相对应的目标正时。根据变化前的关闭正时与目标正时之间的相位差的不同,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间也会改变。

如波形155所示,运行状态判定部1111在时刻t2处判定为在一定的所设定的时间内发动机1持续稳定运行。之后,运行状态判定部1111在时刻t3处判定进气门21的气门正时到达目标正时。像这样,持续稳定运行和进气门21的气门正时变为目标气门正时的两个条件成立的话,如波形156所示,故障诊断的执行标记在时刻t3处从0变为1。

由于故障诊断的执行标记变成了1,故障判定部1112开始缸压传感器SW6的故障判定。然后,在时刻t4处,驾驶人员踩下油门踏板,由此发动机1从稳定运行向过渡运行转移,则稳定运行标记从1变为0。与此同时,应中止缸压传感器SW6的故障诊断,故障诊断执行标记也从1变成0。经过时间的计算也被重置。

-断燃料运行时的故障诊断-

首先,汽车行驶中驾驶人员使已被踩下的油门踏板复位,由此油门开度逐渐变小,设在时刻t1处油门开度变为0(参照波形161)。EGR阀54的开度与油门开度一起逐渐变小,在时刻t1处EGR阀54的开度也变成0(参照波形162)。另外,虽然图16中没有显示,发动机1的水温已经超过一定值,能够减速断燃料。F/C标记如波形163所示地在时刻t1处从0变为1。F/C标记变为1则发动机控制部112停止燃料供应。因此时刻t1以后发动机1进行断燃料运行。

进气门21的关闭正时变为预先设定的目标正时。根据变化前的关闭正时与目标正时之间的相位差的不同,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间也会改变。相位差大时,如波形164中实线所示,进气门21的关闭正时变为目标正时所需要的时间长。相位差小时,如波形164中点划线所示,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间短。

如波形165所示,断燃料开始后延迟判定部1118开始对循环进行计数。延迟周期例如可以是7~9循环。图16例中在时刻t2处已经过延迟周期。

在此将延迟周期设定在进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的最长时间(t3-t1)与最短时间(t3’-t1)之间。缸压传感器SW6的故障诊断在发动机1进行断燃料运行期间进行。发动机1结束断燃料运行后不能进行缸压传感器SW6的故障诊断。想要调高缸压传感器SW6的故障诊断频率的话宜在停止对发动机1的燃料供应后迅速进行故障诊断。使延迟周期尽可能少有利于提高诊断频率。相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需要的最长变更时间而言使延迟周期的经过时间更短,这样有利于提高故障诊断频率。

而使延迟周期的经过时间相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需的最短变更时间而言更长会使燃烧室17内的状态稳定化,因此有利于提高故障诊断的正确度。通过对延迟周期(或延迟时间)进行调整就能提高故障诊断的正确度并提高故障诊断频率。

在图16示例中,时刻t3处已经过延迟周期及进气门21的气门正时成为目标气门正时这两个条件成立。故障诊断的的执行标记如波形166所示在时刻t3处从0变为1,故障判定部1112执行缸压传感器SW6的故障判定。

另外,图16示例中,当进气门21的气门正时成为目标正时的时刻早时(为时刻t3’),故障诊断的执行标记如波形166中点划线所示在时刻t2处从0变为1。

然后,时刻t4处驾驶人员踩下油门踏板,由此导致油门开度大于0后断燃料中止,因此F/C标记变为0。与此同时,缸压传感器SW6的故障诊断也中止,因此故障诊断执行标记也成为0。

其他实施方式

-诊断方法的变形例-

所述实施方式中,诊断部111基于最高点后预测值设定阈值,但不限于此技术方案。可以不介由最高点后预测值,而是基于最高点前信号值和发动机1的运行状态直接设定阈值。此时,阈值会显示和图10~图12所示的压力差相同的倾向。

-流程的变形例-

图17是缸压传感器的故障诊断涉及的流程的变形例。图17的步骤S20~S26置换图13B的步骤S20~S24而成。

首先,步骤S19中,故障判定部1112判定最高点前信号值和最高点后信号值的差额超过以最高点后预测值为基础的阈值时,处理流程向步骤S20前进,而判定为所述差额为阈值以下时,处理流程向步骤S21前进。

前进到步骤S20时,认为缸压传感器SW6故障,因此故障判定部1112将故障判定计数加1,将正常判定计数减1。另一方面,步骤S21中,认为缸压传感器SW6没有故障,因此故障判定部1112给故障判定计数减1,给正常判定计数加1。

接下来的步骤S22中,故障判定部1112判定故障判定计数是否超过了一定值。步骤S22判定是时,处理流程向步骤S23前进。即,因为缸压传感器SW6判定为故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定没有故障的频率而言更高,因此故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6故障,在接下来的步骤S24中故障判定部1112通过通知部57进行报知。

另一方面,步骤S22判定否时,处理流程向步骤S25前进。步骤S25中,故障判定部1112判定正常判定计数是否超过了一定值。步骤S25判定是时处理流程进入步骤S26。因为缸压传感器SW6被判定为没有故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定为故障的频率高,所以故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6没有故障,使故障判定计数为0。另外,故障判定部1112也使正常判定计数为0。当步骤S25判定否时处理流程返回。

如上所述,利用正常判定计数、故障判定计数这两种计数来对缸压传感器SW6的故障进行诊断,这样故障诊断装置100能够防止错误诊断。

也可用如下技术方案代替如上技术方案,即运行状态判定部1111判定填充于燃烧室17中的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量各自的单位时间的变化量。此时,能在这3个变化量全部被判定为一定值以下时,判定为发动机1稳定运行。

另外,在此公开的技术其用途不限于以上结构的发动机1。发动机1可采用各种结构。

编号说明

1 发动机

100 故障诊断装置

1111运行状态判定部

1112故障判定部(判定部)

1113读取部

1114推定部

17 燃烧室

25 火花塞(点火部)

71 隔膜

75 压电器件

SW1 空气流量传感器(检知部)

SW2 第1进气温度传感器(检知部)

SW3 第1压力传感器(检知部)

SW4 第2进气温度传感器(检知部)

SW5 进气压传感器(检知部)

SW6 缸压传感器(检知部)

SW7 排气温度传感器(检知部)

SW8 线性氧气(linearO2)传感器(检知部)

SW9 氧(LambdaO2)传感器(检知部)

SW10水温传感器(检知部)

SW11曲轴转角传感器(检知部)

SW12油门开度传感器(检知部)

SW13进气凸轮位置传感器(检知部)

SW14排气凸轮位置传感器(检知部)

SW15EGR差压传感器(检知部)

SW16燃压传感器(检知部)

SW17第3进气温度传感器(检知部)

具体实施方式

图1是发动机结构示例图;

图2是燃烧室的结构示例图,上图是燃烧室俯视图,下图是II-II线截面图;

图3是发动机控制装置的结构示例框图;

图4是缸压传感器的结构示例截面说明图;

图5是SPCCI燃烧的波形示例图;

图6是发动机控制部的功能结构示例框图;

图7是相对于发动机负荷而言进气门关闭正时的变化示例图;

图8是缸压传感器的故障诊断装置涉及的功能结构的示例框图;

图9是缸压传感器正常时输出的信号波形与故障时输出的信号波形的示例图;

图10是正常时的压力差和缸压传感器的故障诊断涉及的阈值的示例图;

图11是与发动机负荷相应的压力差的示例图;

图12是与EGR气体量相应的压力差的示例图;

图13A是缸压传感器的故障诊断步骤的一部分的示例流程图;

图13B是缸压传感器的故障诊断步骤的其他部分的示例流程图;

图14的上图是发动机转数和延迟周期的关系、下图是发动机转数和延迟时间的关系示图;

图15是与缸压传感器的故障诊断相关的各参数的变化示例时间图表;

图16是与缸压传感器的故障诊断相关的各参数的变化示例时间图表;

图17是与图13B不同的缸压传感器的故障诊断步骤的其他部分的示例流程图。

实施方式

下面基于附图详细说明缸压传感器的故障诊断装置的相关实施方式。以下说明为缸压传感器的故障诊断装置的一例。

图1是具有缸压传感器的故障诊断装置的压燃式发动机的结构示例图。图2是发动机燃烧室的结构示例图。另外,图1中进气侧是纸面左侧,排气侧是纸面右侧。图2中进气侧是纸面右侧,排气侧是纸面左侧。图3是发动机控制装置的结构示例框图。

发动机1是通过燃烧室17重复进气冲程、压缩冲程、做功冲程及排气冲程来运行的4冲程往复式发动机。发动机1搭载于四轮汽车。发动机1运行,由此汽车行驶。发动机1的燃料在该结构例中为汽油。燃料只要是至少包括汽油在内的液体燃料即可。例如,燃料也可以是包含生物乙醇等在内的汽油。

(发动机的结构)

发动机1具有汽缸体12和载置于汽缸体之上的汽缸盖13。汽缸体12内部形成有复数个汽缸11。图1及图2只显示了一个汽缸11。发动机1是多汽缸发动机。

各汽缸11内***活塞3且活塞3能自由滑动。活塞3通过连杆14连结于曲轴15。活塞3与汽缸11及汽缸盖13一起划分出燃烧室17。另外,有时“燃烧室”是在广义上使用。即,有的情况下“燃烧室”指的是活塞3、汽缸11及汽缸盖13所形成的空间而与活塞3的位置无关。另外,在以下说明中有时会使用与燃烧室基本相同含义的词——“缸内”。

汽缸盖13的下侧面,即,燃烧室17的顶面如图2中的下图所示由倾斜面1311与倾斜面1312构成。倾斜面1311自进气侧向后述喷油器6的轴X2向上倾斜。倾斜面1312自排气侧向喷油器6的轴X2向上倾斜。燃烧室17的顶面是所谓的屋脊形状。

活塞3的上侧面向燃烧室17的顶面***。活塞3的上侧面形成有凹部31。凹部31自活塞3的上侧面凹陷。凹部31在此结构例中为浅盘形状。凹部31的中心相对于汽缸11的中心轴X1而言向排气侧偏移。

发动机1的几何压缩比设定为10以上30以下。如后述,发动机1进行组合SI燃烧和CI燃烧而得的SPCCI燃烧。SPCCI燃烧中利用SI燃烧产生的发热和压力上升控制CI燃烧。发动机1是压燃式发动机。但该发动机1无需使活塞3到达压缩上止点时燃烧室17的温度变高。发动机1能将几何压缩比设定为比较低的值。几何压缩比低有利于降低冷却损失以及降低机械损失。可以使发动机1的几何压缩比在常规规格(燃料辛烷值为91左右的低辛烷值燃料)为14~17,在高辛烷值规格(燃料辛烷值为96左右的高辛烷值燃料)为15~18。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别形成进气口18。进气口18有第1进气口及第2进气口两个进气口18,在此省略图示。进气口18与燃烧室17连通。进气口18是所谓的滚流口。即,进气口18的形状使燃烧室17中形成滚流。

进气口18配设有进气门21。进气门21使燃烧室17与进气口18之间开闭。进气门21通过配气机构在一定的正时开闭。配气机构只要是使气门正时及/或气门提升情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括进气电动S-VT(Sequential-Valve Timing)23。进气电动S-VT23使进气凸轮轴的相位在一定范围内连续变更。进气门21的打开正时及关闭正时连续变化。此外,进气配气机构也可包含油压式S-VT,用以取代电动S-VT。

另外,汽缸盖13上对应每个汽缸11形成有排气口19。排气口19也包括第1排气口及第2排气口两个排气口19。排气口19与燃烧室17连通。

排气口19配设有排气门22。排气门22使燃烧室17与排气口19之间开闭。排气门22通过配气机构在一定的正时开闭。该配气机构只要是使气门正时及/或气门提升情况可变的可变配气机构即可。在此结构例中,如图3所示,可变配气机构包括排气电动S-VT24。排气电动S-VT24使排气凸轮轴的相位在一定范围内连续变更。排气门22的打开正时及关闭正时连续变化。另外,排气配气机构也可包括油压式S-VT,以取代电动S-VT。

进气电动S-VT23及排气电动S-VT24调节进气门21及排气门22双方都打开的重合期间的长度。重合期间的长度长则能对燃烧室17中的残留气体扫气。另外还能通过调节重合期间的长度来将内部EGR(Exhaust Gas Recirculation)气体导入燃烧室17中。进气电动S-VT23及排气电动S-VT24构成了内部EGR系统。另外,不限于由S-VT构成内部EGR系统。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有喷油器6。喷油器6向燃烧室17中直接喷射燃料。喷油器6是燃料喷射部的一例。喷油器6配设在倾斜面1311与倾斜面1312的交差部分。如图2所示,喷油器6的轴X2相对于汽缸11的中心轴X1而言位于排气侧。喷油器6的轴X2与中心轴X1平行。喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。喷油器6与凹部31相向。另外,也可以使喷油器6的轴X2与汽缸11的中心轴X1一致。在此技术方案下,也可以使喷油器6的轴X2与凹部31的中心一致。

喷油器6由具有复数个喷口的多喷口型的燃料喷射阀构成,此处省略详细图示。如图2中双点划线所示,喷油器6喷射燃料并使燃料喷雾从燃烧室17中央放射状扩散。本结构例中,喷油器6具有10个喷孔,喷孔沿圆周方向等角度配置。

喷油器6与燃料供应系统61连接。燃料供应系统61包括燃料箱63、连结燃料箱63与喷油器6的燃料供应路62。燃料箱63储存燃料。燃料供应路62上设有燃料泵65和共轨64。燃料泵65通过压力向共轨64输送燃料。燃料泵65在该结构例中是由曲轴15驱动的柱塞式的泵。共轨64存储通过压力自燃料泵65输送来的高压力燃料。喷油器6打开后,存储在共轨64的燃料从喷油器6的喷孔喷射到燃烧室17中。燃料供应系统61能将30MPa以上的高压力燃料供应至喷油器6。也可与发动机1的运行状态相应地改变供应至喷油器6的燃料的压力。另外,燃料供应系统61的结构不限于所述结构。

汽缸盖13上对应每一汽缸11分别安装有火花塞25。火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火。火花塞25是点火部的一例。火花塞25在该结构例中相较于汽缸11的中心轴X1而言配设于进气侧。火花塞25位于两个进气口18之间。火花塞25安装在汽缸盖13且倾斜,随着自上而下越来越靠近燃烧室17中央。如图2所示,火花塞25的电极面向燃烧室17中且位于燃烧室17的顶面附近。另外也可以使火花塞25相对于汽缸11的中心轴X1而言配置于排气侧。另外也可以使火花塞25配置于汽缸11的中心轴X1上。

发动机1的一侧面连接着进气通路40。进气通路40与各汽缸11的进气口18连通。要进入燃烧室17的气体流经进气通路40。进气通路40的上游端部配设有空气滤清器41。空气滤清器41过滤新气。进气通路40的下游端附近配设有缓冲槽42。缓冲槽42下游的进气通路40是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路。独立通路的下游端连接于各汽缸11的进气口18。

进气通路40中的空气滤清器41与缓冲槽42之间配设有节流阀43。节流阀43通过阀门开度的调节来调节燃烧室17中新气的导入量。

另外,进气通路40中节流阀43的下游配设有增压器44。增压器44使得要进入燃烧室17的气体增压。该结构例中,增压器44是由发动机1驱动的机械式增压器。机械式的增压器44可以是罗茨(Roots)式、双螺旋杆(Lysholm)式、滑片式或离心式。

增压器44与发动机1之间设有电磁离合器45。电磁离合器45在增压器44与发动机1之间,从发动机1向增压器44传递驱动力或阻断驱动力的传递。如后所述,ECU10使电磁离合器45在阻断与连接之间切换,由此增压器44在开、关之间切换。

进气通路40中增压器44的下游配设有中冷器46。中冷器46用于冷却增压器44压缩后的气体。中冷器46例如可以是水冷式或油冷式。

进气通路40上连接着绕行通路47。绕行通路47使进气通路40中增压器44的上游部与中冷器46的下游部相互连接。绕行通路47绕过增压器44及中冷器46。绕行通路47中配设有气体旁通阀48。气体旁通阀48对流经绕行通路47的气体的流量进行调节。

ECU10在增压器44关闭时(即,电磁离合器45断开时)使气体旁通阀48全开。进气通路40中流动的气体绕过增压器44进入发动机1的燃烧室17。发动机1在非增压--即自然进气状态下运行。

增压器44打开后发动机1在增压状态下运行。ECU10在增压器44打开的情况下(即,电磁离合器45连接)对气体旁通阀48的开度进行调节。通过增压器44后的气体中的一部分经过绕行通路47逆流至增压器44上游。ECU10对气体旁通阀48的开度进行调节,则进入燃烧室17的气体的压力会改变。即,增压会改变。可以定义为:增压时是指缓冲槽42内的压力超过大气压时,非增压时是指缓冲槽42内压力在大气压以下时。

该结构例中通过增压器44、绕行通路47、气体旁通阀48构成了增压系统49。

发动机1包括使燃烧室17内产生涡流的涡流产生部。涡流如图2中空箭头所示地流动。涡流产生部包括安装于进气通路40的涡流控制阀56。涡流控制阀56配设于与两个进气口18中的一进气口18相连的首通路及与另一进气口18相连的第二通路中的第二通路,详细图示省略。涡流控制阀56是能够缩小第二通路的截面的开度调节阀。涡流控制阀56开度小,则从一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较多、从另一进气口18进入燃烧室17的进气流量相对较少,因此燃烧室17内的涡流增强。涡流控制阀56的开度大,则从两个进气口18分别进入燃烧室17的进气流量大致等同,因此燃烧室17内的涡流变弱。涡流控制阀56全开则不产生涡流。

发动机1的另一侧面连接有排气通路50。排气通路50与各汽缸11的排气口19连通。排气通路50是从燃烧室17排出的排气气体流经的通路。排气通路50的上游部分是对应于每个汽缸11分别分叉的独立通路,详细图示省略。独立通路的上游端与各汽缸11的排气口19连接。

排气通路50配设有包括复数个催化转化器的排气气体净化系统。上游的催化转化器配设在发动机舱内,图示省略。上游的催化转化器包括三元催化剂511、GPF(GasolineParticulate Filter)512。下游的催化转化器配设在发动机舱外。下游的催化转化器包括三元催化剂513。另外,排气气体净化系统不限于图例中结构。例如,GPF也可省略。另外,催化转化器不限于包括三元催化剂在内的催化转化器。另外,三元催化剂及GPF的排列顺序可以适当变更。

进气通路40与排气通路50之间连接有EGR通路52。EGR通路52是使排气气体的一部分回流至进气通路40的通路。EGR通路52构成外部EGR系统。EGR通路52的上游端连接于排气通路50中上游催化转化器与下游催化转化器之间。EGR通路52的下游端连接于进气通路40中增压器44的上游部。流经EGR通路52的EGR气体不通过绕行通路47的气体旁通阀48,而是进入进气通路40中增压器44的上游部。

EGR通路52中配设有水冷式EGR冷却器53。EGR冷却器53冷却排气气体。另外,EGR通路52中配设有EGR阀54。EGR阀54对EGR通路52中流动的排气气体的流量进行调节。通过调节EGR阀54的开度就能对冷却后的排气气体——即外部EGR气体的回流量进行调节。

该发动机1中EGR系统55包括外部EGR系统、内部EGR系统。外部EGR系统能够将比内部EGR系统更低温的排气气体供应至燃烧室17。

压燃式发动机的控制装置包括使发动机1运行的ECU(Engine Control Unit)10。ECU10是以公知的微型计算机为基础的控制部,如图3所示,包括:包括执行程序的中央运算处理装置(Central Processing Unit:CPU)在内的微型计算机101;例如由RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)构成的、用于存放程序及数据的存储器102;用于输入输出电信号的I/F电路103。

如图1及图3所示,ECU10上连接有各种传感器SW1~SW17。传感器SW1~SW17向ECU10输出信号。传感器包括以下传感器。

空气流量传感器SW1:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游、输出与流经进气通路40的新气的流量相应的信号

第1进气温度传感器SW2:配置于进气通路40中空气滤清器41的下游、输出与流经进气通路40的新气的温度相应的信号

第1压力传感器SW3:配置于进气通路40中EGR通路52的连接位置下游且增压器44的上游、输出与要进入增压器44的气体的压力相应的信号

第2进气温度传感器SW4:配置于进气通路40中增压器44的下游且绕行通路47的连接位置上游、输出与从增压器44流出的气体的温度相应的信号

进气压传感器SW5:安装于缓冲槽42、输出与增压器44下游的气体压力相应的信号

缸压传感器SW6:与各汽缸11相对应地安装于汽缸盖13、输出与各燃烧室17内压力相应的信号

排气温度传感器SW7:配置于排气通路50、输出与燃烧室17排出的排气气体的温度相应的信号

线性氧气(linearO2)传感器SW8:配置于排气通路50中上游催化转化器上游、输出与排气气体中的氧浓度相应的信号

氧(LambdaO2)传感器SW9:配置于上游催化转化器的三元催化剂511下游、输出与排气气体中的氧浓度相应的信号

水温传感器SW10:安装于发动机1、输出与冷却水的温度相应的信号

曲轴转角传感器SW11:安装于发动机1、输出与曲轴15转角相应的信号

油门开度传感器SW12:安装于油门踏板机构、输出与油门踏板的操作量成正比的油门开度相应的信号

进气凸轮位置传感器SW13:安装于发动机1、输出与进气凸轮轴的转角相应的信号

排气凸轮位置传感器SW14:安装于发动机1、输出与排气凸轮轴的转角相应的信号

EGR差压传感器SW15:配置于EGR通路52、输出与EGR阀54上游及下游的差压相应的信号

燃压传感器SW16:安装于燃料供应系统61的共轨64、输出与供应给喷油器6的燃料压力相应的信号

第3进气温度传感器SW17:安装于缓冲槽42、输出与缓冲槽42内气体的温度——换言之与进入燃烧室17的进气温度相应的信号。

ECU10根据上述传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态并按照预先设定的控制逻辑运算出各设备的控制量。控制逻辑存储在存储器102。控制逻辑包括使用存储器102存储的映射运算目标量及/或控制量。

ECU10将运算出的控制量所对应的电信号输出至喷油器6、火花塞25、进气电动S-VT23、排气电动S-VT24、燃料供应系统61、节流阀43、EGR阀54、增压器44的电磁离合器45、气体旁通阀48、涡流控制阀56。

例如,ECU10根据油门开度传感器SW12的信号与映射设定发动机1的目标扭矩并决定目标增压。然后ECU10根据目标增压以及由第1压力传感器SW3及进气压传感器SW5的信号得到的增压器44的前后压差进行调节气体旁通阀48开度的反馈控制。通过该反馈控制,增压达到目标增压。

另外,ECU10根据发动机1的运行状态和映射设定目标EGR率(即,相对于燃烧室17中全部气体而言EGR气体的比率)。然后ECU10根据目标EGR率和以油门开度传感器SW12信号为基础的吸入空气量决定目标EGR气体量,并基于由EGR差压传感器SW15的信号得到的EGR阀54的前后差压进行对EGR阀54的开度进行调节的反馈控制。通过该反馈控制使进入燃烧室17中的外部EGR气体量达到目标EGR气体量。

此外,ECU10在一定控制条件成立时执行空燃比反馈控制。具体而言,ECU10基于由线性氧气传感器SW8及氧(LambdaO2)传感器SW9的信号得到的排气中的氧浓度调节喷油器6的燃料喷射量,使混合气的空燃比成为所希望的值。

此外的ECU10对发动机1进行控制的详细内容见后述。

ECU10还连接着通知部57。通知部57例如由仪表板上设有的警告灯构成。如后所述,缸压传感器SW6的故障诊断装置100诊断出缸压传感器SW6故障时通知部57报知用户。

(缸压传感器的结构)

图4是缸压传感器SW6的结构示例。缸压传感器SW6包括面向燃烧室17内配设的隔膜71。隔膜71由具有弹性的材料构成。隔膜71配设在缸压传感器SW6的前端。隔膜71的周边部被壳体支撑。壳体包括外壳体72和内壳体73。燃烧室17内的压力增高则隔膜71的外侧面受挤压,由此未被外壳体72及内壳体73支撑的隔膜71的中央部弯曲。

外壳体72固定于发动机1的汽缸盖13,图示省略。外壳体72是前端开口的筒状。隔膜71安装于外壳体72的前端面。隔膜71的周边部通过焊接固定于外壳体72。

内壳体73内插于外壳体72。内壳体73位于外壳体72的前端部。内壳体73由复数个零部件组合构成。内壳体73也是筒状。隔膜71的周边部还通过焊接固定于内壳体73。

通过施力构件74向内壳体73施以朝向缸压传感器SW6前端的力。施力构件74在外壳体72内部相对于内壳体73而言配设于缸压传感器SW6的基端侧(即,图4中上侧)。

内壳体73内部配设有压电器件75。压电器件75通过隔膜71弯曲而变形,并输出与变形量相应的微弱电流。

压电器件75的前端部安装有底座76。底座76的中央部包括向缸压传感器SW6的前端突出的突出部761。突出部761位于内壳体73前端部所设的贯通孔731内。

隔膜71内面的中央部设有与隔膜71一体的、向缸压传感器SW6的基端突出的中央突起711。隔膜71的中央突起711与底座76的突出部761相互抵接。隔膜71的中央部弯曲,则底座76被中央突起711向缸压传感器SW6的基端挤压,由此压电器件75变形。

压电器件75的基端部安装有电极77。压电器件75的微弱电流通过电极77输出。

电极77的基端部被电极支撑部78支撑。电极支撑部78也是由复数个构件组合构成。电极支撑部78焊接于内壳体73。电极支撑部78的内部配设有导电部79。导电部79向缸压传感器SW6的基端延伸。导电部79的基端连接于缸压传感器SW6所具有的电荷放大器710。电荷放大器710放大压电器件75的微弱电流并输出至ECU10。

电极77与导电部79之间配设有压缩弹簧791。压缩弹簧791使电极77与导电部79之间能通电。

一体化的底座76、压电器件75、及电极77与内壳体73之间设有环状的绝缘部712。绝缘部712是图4中着色为黑色的部分。

(SPCCI燃烧的概念)

发动机1以改善燃料效率、改善排出气体性能为主要目的在一定运行状态下采用压缩自燃方式燃烧。关于自燃方式燃烧,如果压缩开始前燃烧室17中温度参差不齐则自燃时间点会有很大变化。因此发动机1进行结合了SI燃烧与CI燃烧的SPCCI燃烧。

SPCCI燃烧是下述形态:火花塞25对燃烧室17中的混合气强制点火,由此混合气通过火焰传播进行SI燃烧,且SI燃烧的发热导致燃烧室17中的温度升高,且火焰传播导致燃烧室17中的压力上升,由此未燃混合气实现自燃方式的CI燃烧。

通过对SI燃烧的发热量进行调节就能吸收压缩开始前燃烧室17中温度的差异。通过ECU10对点火正时进行调节就能使混合气在目标正时自燃。

在SPCCI燃烧中,SI燃烧时产生的热相较于CI燃烧时产生的热更平稳。就SPCCI燃烧的热产生率(dQ/dθ)波形而言,如图5示例,上升的倾斜度相较于CI燃烧波形的上升倾斜度而言更小。另外,就燃烧室17中的压力变动率(dp/dθ)而言,SI燃烧时相较于CI燃烧时也更为平稳。

有时,SI燃烧开始后未燃混合气自燃时,自燃的时间点处热产生率波形的倾斜度会从小向大变化。有时热产生率的波形会在CI燃烧开始时间点处出现拐点X。

CI燃烧开始后SI燃烧与CI燃烧并列进行。CI燃烧相较于SI燃烧而言产生的热更多,因此热产生率相对较大。但CI燃烧在压缩上止点后进行,因此能防止热产生率波形的倾斜度过大。CI燃烧时的压力变动率(dp/dθ)也比较平稳。

压力变动率(dp/dθ)能作为表示燃烧噪音的指标使用。如上所述,SPCCI燃烧能使压力变动率(dp/dθ)较小,因此能防止燃烧噪音过大。将发动机1的燃烧噪音被控制在容许水平以下。

CI燃烧结束,由此SPCCI燃烧结束。CI燃烧与SI燃烧相比燃烧期间短。SPCCI燃烧相较于SI燃烧而言燃烧结束时刻更早。

SI燃烧所形成的第1热产生率部QSI与CI燃烧所形成第2热产生部QCI依次连续,形成了SPCCI燃烧的热产生率波形。

在此定义SI率作为表示SPCCI燃烧特性的参数。本申请申请人将SI率定义为:关于SPCCI燃烧所产生的全部热量中SI燃烧所产生的热量所占比例的指标。SI率是燃烧形态相异的两种燃烧所产生的热量比率。SI率高则SI燃烧的比例高,SI率低则CI燃烧的比例高。SPCCI燃烧中SI燃烧的比例高有利于抑制燃烧噪音。SPCCI燃烧中CI燃烧的比例高有利于提高发动机1的燃油效率。

也可将SI率定义为SI燃烧所产生的热量相对于CI燃烧所产生的热量的比率。即,可采用下述方案:以SPCCI燃烧中CI燃烧开始的曲轴转角为CI燃烧开始时刻θci,在图5所示波形801中,θci提前侧SI燃烧的面积为QSI、包括θci在内的滞后侧CI燃烧的面积为QCI,SI率=QSI/QCI。

(发动机的控制逻辑)

图6是执行发动机1的控制逻辑的ECU10的功能结构示例框图。ECU10按照存储器102中存储的控制逻辑使发动机1运行。具体而言,ECU10基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并进行运算以进行燃烧室17中状态量的调节、喷射量的调节、喷油正时的调节、及点火正时的调节,使燃烧室17中的燃烧成为与运行状态相应的SI率的燃烧。

ECU10使用SI率、θci两个参数控制SPCCI燃烧。具体而言,ECU10设定与发动机1的运行状态相应的目标SI率、目标θci,对燃烧室17内的温度进行调节,对点火正时进行调节,使得实际的SI率与目标SI率一致且实际的θci等于目标θci。通过调节进入燃烧室17内的排气气体的温度及/或量来对燃烧室17内的温度进行调节。

首先,ECU10通过I/F电路103读取各传感器SW1~SW17的信号。然后,ECU10的微型计算机101中的目标SI率/目标θci设定部101a基于各传感器SW1~SW17的信号判断发动机1的运行状态,并设定目标SI率(即,目标热量比率)及目标CI燃烧开始时刻θci。与发动机1的运行状态相应地决定目标SI率。目标SI率存储在存储器102的目标SI率存储部1021。目标SI率/目标θci设定部101a在发动机1负荷低时设较低的目标SI率,在发动机1负荷高时设较高的目标SI率。发动机1负荷低时提高SPCCI燃烧中CI燃烧的比例来抑制燃烧噪音并提高燃料效率性能。发动机1负荷高时提高SPCCI燃烧中SI燃烧的比例,有利于抑制燃烧噪音。

如上所述,θci意味着SPCCI燃烧中CI燃烧开始的曲轴转角时间点(参照图5)。也与发动机1的运行状态相应地设定目标θci。目标θci存储在存储器102的目标θci存储部1022。θci位于滞后侧则燃烧噪音小。θci位于提前侧则发动机1燃料效率性能得以提高。在能将燃烧噪音抑制在容许水平以下的范围内,尽可能地将目标θci设定在提前侧。

目标缸内状态量设定部101b基于存储器102中存储的模型设定用于实现所设定的目标SI率及目标θci的目标缸内状态量。具体而言,目标缸内状态量设定部101b设定燃烧室17中的目标温度、目标压力、及目标状态量。

缸内状态量控制部101c设定要实现目标缸内状态量所需的EGR阀54的开度、节流阀43的开度、气体旁通阀48的开度、涡流控制阀56的开度、进气电动S-VT23的相位角(即,进气门21的气门正时)、及排气电动S-VT24的相位角(即,排气门22的气门正时)。缸内状态量控制部101c基于存储器102中存储的映射设定这些设备的控制量。缸内状态量控制部101c基于设定的控制量向EGR阀54、节流阀43、气体旁通阀48、涡流控制阀(SCV)56、进气电动S-VT23、及排气电动S-VT24输出控制信号。各设备基于ECU10的信号进行作业,由此燃烧室17中的状态量达到目标状态量。

缸内状态量控制部101c还基于所设定的各设备的控制量分别算出燃烧室17中状态量的预测值、及状态量的推定值。状态量预测值是对进气门21关闭前燃烧室17中的状态量进行预测得到的值。如后所述,状态量预测值用于设定进气冲程中燃料的喷射量。状态量推定值是对进气门21关闭后燃烧室17中的状态量进行推定所得到的值。如后所述,状态量推定值用于设定压缩冲程中燃料的喷射量及点火正时。

第1喷射量设定部101d基于状态量预测值设定进气冲程中燃料的喷射量。进气冲程中进行分割喷射时设定各次喷射的喷射量。另外,进气冲程中不进行燃料喷射时,第1喷射量设定部101d将燃料喷射量设为0。第1喷射控制部101e向喷油器6输出控制信号,使喷油器6在一定喷油正时向燃烧室17中喷射燃料。另外,第1喷射控制部101e输出进气冲程中燃料的喷射结果。

第2喷射量设定部101f基于状态量推定值和进气冲程中燃料的喷射结果设定压缩冲程中燃料的喷射量。另外,压缩冲程中不进行燃料喷射时,第2喷射量设定部101f将燃料喷射量设为0。第2喷射控制部101g向喷油器6输出控制信号,在以预先设定的映射为基础的喷油正时处使用喷油器6向燃烧室17中喷射燃料。另外,第2喷射控制部101g输出压缩冲程中燃料的喷射结果。

点火时刻设定部101h基于状态量推定值和压缩冲程中燃料的喷射结果设定点火正时。点火控制部101i向火花塞25输出控制信号,使得在设定的点火正时处火花塞25对燃烧室17中的混合气点火。

在此,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中温度相较于目标温度更低时,使压缩冲程中喷油正时相较于以映射为基础的喷油正时而言提前,以使得点火正时的提前成为可能。另外,点火时刻设定部101h基于状态量推定值预判燃烧室17中的温度相较于目标温度更高的话,使压缩冲程中的喷油正时相较于以映射为基础的喷油正时滞后,以使得点火正时的滞后成为可能。

即,燃烧室17中温度低,则通过火花点火开始SI燃烧后未燃混合气自燃的时间点(CI燃烧开始时刻θci)推迟,SI率偏离目标SI率。此时,会导致未燃燃料增加、排出气体性能下降。

就此,预判燃烧室17中温度比目标温度低时,第1喷射控制部101e及/或第2喷射控制部101g使喷油正时提前,且点火时刻设定部101h使点火正时提前。SI燃烧早开始就能通过SI燃烧产生充分的热量,因此在燃烧室17中温度低时能防止未燃混合气的自燃时间点θci延迟。因此,θci接近目标θci且SI率接近目标SI率。

另外,燃烧室17中温度高,则通过火花点火开始SI燃烧后未燃混合气很快自燃,SI率偏离目标SI率。此时燃烧噪音增大。

在此,预判燃烧室17中温度比目标温度高时,第1喷射控制部101e及/或第2喷射控制部101g使喷油正时滞后,并且点火时刻设定部101h使点火正时滞后。SI燃烧开始较迟,在燃烧室17中温度高时能防止未燃混合气的自燃时间点θci提早。因此,θci接近目标θci且SI率接近目标SI率。

火花塞25对混合气点火,由此燃烧室17中进行SI燃烧或SPCCI燃烧。缸压传感器SW6计测燃烧室17中压力的变化。

缸压传感器SW6的计测信号输入至θci偏差运算部101k。θci偏差运算部101k基于缸压传感器SW6的计测信号推定CI燃烧开始时刻θci,并计算所推定出的CI燃烧开始时刻θci与目标θci之间的偏差。θci偏差运算部101k将计算出的θci偏差输出至目标缸内状态量设定部101b。目标缸内状态量设定部101b基于θci偏差修正模型。目标缸内状态量设定部101b在下次及以后的循环中用修正后的模型设定目标缸内状态量。

该发动机1的控制逻辑通过包括节流阀43、EGR阀54、气体旁通阀48、涡流控制阀56、进气电动S-VT23、及排气电动S-VT24在内的状态量设定设备进行调节,使SI率及θci与发动机1的运行状态相对应。

图7显示了与发动机1的负荷对应的进气门21关闭正时IVC的变化情况,作为状态量设定设备的控制的一例。该图中,进气门21的关闭正时IVC越靠上越提前。进气门21关闭正时IVC提前则进气门21的打开正时IVC也提前,因此进气门21、排气门22双方都打开的正重合期间变长。因此进入燃烧室17中的EGR气体量增加。

在此,发动机1处于特定运行状态时,在使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比并使G/F相较于理论空燃比更为稀薄的状态下运行。由此,发动机1确保使用三元催化剂的排气气体的净化性能,并提高了燃料效率性能。发动机1负荷低则燃料供应量少。发动机1负荷低时,ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的正时。限制进入燃烧室17中的空气量使其与较少的燃料供应量相对应。另外,进入燃烧室17中的EGR气体量也受到限制因此燃烧稳定性得以确保。

发动机1的负荷提高,则燃料供应量增加,因此燃烧稳定性提高。ECU10将进气门21的关闭正时IVC设定为提前侧的正时。进入燃烧室17中的空气量增加且进入燃烧室17中EGR气体量增加。

发动机1的负荷进一步变高,则燃烧室17中温度进一步变高。为防止燃烧室17中温度过高,减少内部EGR气体的量,增加外部EGR气体的量。因此ECU10再次将进气门21的关闭正时IVC设定为滞后侧的正时。

发动机1的负荷进一步提高,则燃料供应量增多。针对较多的燃料供应量,为了向燃烧室17内导入使混合气的A/F等于理论空燃比或大致等于理论空燃比的空气量,增压器44进行增压。增压器44进行增压,则ECU10再次将进气门21的关闭正时设定为提前侧的正时。进入燃烧室17内的空气量增加、且设置进气门21及排气门22双方打开的正重合期间,因此能对燃烧室17中的残留气体扫气。

发动机1的控制逻辑通过如上对燃烧室17中状态量进行调节来对SI率进行大致调节。另外,发动机1的控制逻辑通过调节燃料的喷油正时及点火正时来对SI率及θci进行调节。通过对喷油正时及点火正时的调节例如能对气缸间的差距进行矫校正,对自燃时间点进行微调节。通过两个阶段的SI率调节,发动机1能够正确实现与运行状态相对应的目标SPCCI燃烧。

(燃烧噪音抑制控制)

SPCCI燃烧是组合了SI燃烧和CI燃烧的燃烧形态,因此SI燃烧引起的爆震和CI燃烧引起的爆震都有可能发生。SI燃烧引起的爆震称为SI爆震,CI燃烧引起的爆震称为CI爆震,SI爆震是燃烧室17内在混合气SI燃烧的区域外侧的未燃气体异常的局部自燃(明显不同于正常CI燃烧的局部自燃)并由此急速燃烧的现象,CI爆震是指CI燃烧导致压力变动并引起发动机1主要零部件(汽缸体/盖、活塞、曲轴轴颈部等)共振的现象。关于SI爆震,局部自燃导致燃烧室17内产生气柱振动,SI爆震作为频率约6.3kHz的较大噪音出现。而关于CI爆震,受发动机1主要零部件产生共振的影响,CI爆震作为频率约1~4kHz(更严格来说是该范围内包含的复数个频率)的较大噪音出现。如上所述,SI爆震和CI爆震作为不同原因造成的不同频率的噪音出现。

ECU10对SPCCI燃烧进行控制,使得SI爆震及CI爆震均不发生。具体而言,ECU10对缸压传感器SW6的检知信号进行傅立叶转换,由此算出与SI爆震相关联的SI爆震指标值、与CI爆震相关联的CI爆震指标值。SI爆震指标值指的是随着SI爆震的产生而增大的6.3kHz附近的缸内压力谱,CI爆震指标值指的是随着CI爆震的产生而增大的1~4kHz附近的缸内压力谱。

然后,ECU10按照预先设定的映射决定θci界限使SI爆震指标值及CI爆震指标值均不超过容许的界限,并比较根据发动机1的运行状态确定的θci与θci界限,如果θci界限与θci相同或位于提前侧则将θci定为目标θci,而如果θci界限位于θci的滞后侧则将θci界限定为目标θci。通过如此控制抑制SI爆震及CI爆震。

(缸压传感器的故障诊断)

进行SPCCI燃烧的发动机1如上所述利用缸压传感器SW6的检知信号进行点火控制、抑制燃烧噪音的控制。发动机1中缸压传感器SW6的检知信号非常重要。缸压传感器SW6故障并导致输出错误的检知信号,则发动机1的运行控制可能受影响。因此发动机1包括缸压传感器SW6的故障诊断装置100。

图8是缸压传感器SW6的故障诊断装置100的结构示例。故障诊断装置100包括诊断部111、发动机控制部112。诊断部111及发动机控制部112是构成于ECU10的功能模块。发动机控制部112控制发动机1的运行。这里,发动机控制部112进行发动机1的断燃料控制。具体而言,发动机控制部112在汽车行驶过程中减速断燃料条件成立时通过喷油器6停止向发动机1的燃料供应。发动机控制部112基于油门开度传感器SW12的检知信号判定减速断燃料条件成立。

燃料供应停止后发动机1进行断燃料运行。断燃料运行过程中火花塞25也不进行点火。进气电动S-VT23使进气门21的气门正时成为预先设定的目标气门正时。目标气门正时是适于从断燃料进行恢复的气门正时。发动机控制部112停止向发动机1供应燃料后,通过进气电动S-VT23使进气门21的气门正时变成目标气门正时。

诊断部111在一定条件成立时诊断缸压传感器SW6的故障。

具体而言,诊断部111在一定期间内发动机1持续稳定运行过程中诊断缸压传感器SW6的故障。发动机1持续稳定运行过程中,比如与发动机1过渡运行过程中相比,混合气的燃烧压、燃烧室的壁面的温度以及混合气的比热比等的变动小。缸内环境稳定时,进行缸压传感器SW6的故障诊断的话,能抑制与故障无关的缸压传感器SW6的输出的参差不齐。

另外,诊断部111不限于在发动机1持续稳定运行过程中进行诊断,在发动机1断燃料运行过程中也诊断缸压传感器SW6的故障。由此诊断部111就能基于不受混合气燃烧影响的燃烧室17内的压力变化对缸压传感器SW6的故障进行诊断。另外的有利之处在于,发动机1断燃料运行过程中,火花塞25不点火,因此缸压传感器SW6的检知信号不受火花塞25的噪声影响。

-功能模块的主要结构-

诊断部111主要的结构要素有判定稳定运行、断燃料运行等的运行状态判定部1111、对相对于压缩上止点而言滞后特定曲轴转角的最高点后时间点(+α°CA)处的缸压进行推定的推定部1114、读取最高点后时间点处的缸压传感器SW6的检知信号的读取部1113、接受从推定部1114及读取部1113输出的信号判定缸压传感器SW6的故障的故障判定部1112。

运行状态判定部1111判定一定期间内发动机1持续稳定运行。这里,运行状态判定部1111在发动机1的运行状态保持固定或大致保持固定时,判定为发动机1稳定运行。具体而言,在燃烧室17中填充的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量之中的至少一者在一定范围内时,运行状态判定部1111判定为发动机1稳定运行。

更具体而言,运行状态判定部1111基于各传感器SW1~SW17的检知信号判定燃烧室17中填充的空气量、燃烧室17中的混合气所含有的EGR气体量、供应到燃烧室17中的燃料量。运行状态判定部1111判定这3个量各自的变化量为一定值以下时,判定为发动机1稳定运行。

然后,发动机1持续稳定运行直至经过所设定的时间(该结构例中为几秒)时,运行状态判定部1111判定为“一定期间内发动机1持续稳定运行”。

另外,在判定了发动机控制部112中减速断燃料条件成立时,运行状态判定部1111判定为“发动机1开始了断燃料运行”。

在运行状态判定部1111判定了持续稳定运行或运行状态判定部1111判定了断燃料运行时,推定部1114基于发动机1的运行状态推定最高点后时间点处的缸压。以下将推定部1114推定的缸压值称为“最高点后预测值”。最高点后预测值是预测缸压传感器SW6没有故障的话应该会到达的缸压值。

推定部1114推定的最高点后预测值输入至故障判定部1112。最高点后时间点是“第1时间点”的示例。

读取部1113读取最高点后时间点处的缸压传感器SW6的检知信号值(即最高点后信号值)和相对于压缩上止点而言提前了与最高点后时间点相同的特定曲轴转角的最高点前时间点(-α°CA)处的缸压传感器SW6的检知信号值(即最高点前信号值)。最高点前时间点是“第2时间点”的示例。

另外,设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程前期。这里的“前期”可以指比如将做功冲程三分为前期、中期和后期时的前期。特定曲轴转角例如可以设定为60°CA左右。通过进行设定使最高点后时间点为做功冲程的前期从而能抑制冷却损失的影响。因此能提高故障诊断的正确度。

另外,也可根据发动机1的运行状态实时重新设定特定曲轴转角。此时,特定曲轴转角不设定在通过进气电动S-VT23关闭进气门21这一过渡时刻,而是设定在完成进气门21的关闭之后。另外,也可设定特定曲轴转角使其在各周期内为点火正时以前。通过这样设定能抑制进气门21的关闭作业的影响以及混合气的燃烧的影响。因此能提高故障诊断的正确度。

即,为提高缸压传感器SW6的故障诊断的正确度,宜使最高点前时间点为点火正时点之前,另外设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程的前期,并且这一设定在进气门21的关闭正时IVC后进行。

读取部1113读取的最高点前信号值输入至推定部1114。推定部1114基于输入的最高点前信号值推定最高点后预测值。另一方面,读取部1113读取的最高点后信号值输入至故障判定部1112。

故障判定部1112基于缸压传感器SW6的检知信号的输出下降判定缸压传感器SW6的故障。如后所述,缸压传感器SW6的检知信号的输出下降的原因是缸压传感器SW6的绝缘部712的绝缘异常。故障判定部1112基于推定部1114推定的最高点后预测值和读取部1113读取的最高点后信号值的比较判定缸压传感器SW6故障。该比较通过以最高点后预测值为基础的阈值和以最高点后信号值为基础的差额间接进行。

更具体而言,故障判定部1112在最高点后信号值和最高点前信号值的差额大小超过了与最高点后预测值相应设定的阈值时,判定为缸压传感器SW6故障。故障判定部1112是“判定部”的示例。

诊断部111还具有阈值设定部1115。阈值设定部1115基于最高点后预测值设定阈值。故障判定部1112读出阈值设定部1115设定的阈值。

故障判定部1112判定了缸压传感器SW6故障时通过通知部57进行报知。缸压传感器SW6的故障通知到用户。

-故障判定限制相关功能模块-

另外,作为故障判定限制相关功能模块,诊断部111具备限制故障判定部1112进行故障判定的限制部1117、向限制部1117输出信号的延迟判定部1118以及气门正时判定部1119。

限制部1117在发动机1持续稳定运行时或执行断燃料运行时,直到进气门21的气门正时成为目标气门正时为止限制缸压传感器SW6的故障诊断。缸压传感器SW6输出与由于燃烧室17的容积变化等而产生的压力变化相对应的信号。故障判定部1112基于如上与压力变化相对应的缸压传感器SW6的检知信号进行故障判定。进气门21的关闭正时改变的话,则燃烧室17内气体压缩开始的时间点就会改变,因此压缩冲程中燃烧室17内的压力及最高压力会改变。这样一来,即使缸压传感器SW6没有故障,缸压传感器SW6的输出也会参差不齐,缸压传感器SW6的故障诊断的正确度变差。通过直到进气门21的关闭正时成为目标正时为止一直限制缸压传感器SW6的故障诊断,从而故障判定部1112能在进气门21为特定的关闭正时时进行缸压传感器SW6的故障判定。由此能提高缸压传感器SW6的故障诊断的正确度。

向气门正时判定部1119输入进气凸轮位置传感器SW13的检知信号。气门正时判定部1119基于进气凸轮位置传感器SW13的检知信号判定进气门21的气门正时已成为目标气门正时则向限制部1117输出信号。

另外,在执行断燃料运行时,限制部1117限制故障判定部1112进行缸压传感器SW6的故障判定,直至从停止向发动机1供应燃料起经过所设定的时间为止。停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内燃烧室17内的环境不稳定。例如,停止对发动机1的燃料供应后紧跟着的时间段内,有时EGR通路52中残留的EGR气体会进入燃烧室17内并由此导致燃烧室17内气体的比热比不能保持固定。另外,停止对发动机1的燃料供应紧跟着的时间段内,有时燃烧室17内的壁面的温度变动大。因此,即使缸压传感器SW6没有故障,缸压传感器SW6的输出也会参差不齐,缸压传感器SW6的故障诊断的正确度下降。

因此限制部1117限制故障判定部1112对缸压传感器SW6的故障判定,直至从停止对发动机1的燃料供应起经过所设定的时间。这样一来,诊断部111能在断燃料运行时更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

诊断部111包括延迟判定部1118。延迟判定部1118对发动机1的循环数计数。延迟判定部1118是用于计测已经过上述所设定的时间的计时器。延迟判定部1118从运行状态判定部1111接受表示发动机1断燃料运行的信号后开始循环数的计数。延迟判定部1118判定从停止对发动机1的燃料供应起经过了所设定的循环数就向限制部1117输出信号。另外,延迟判定部1118还可以计测从停止对发动机1的燃料供应起经过的时间,以取代对循环数的计数。

(故障诊断相关的具体结构)

图9是缸压传感器SW6正常时输出的检知信号与缸压传感器SW6故障时输出的检知信号的示例。图9横轴是曲轴转角,0是压缩上止点。图9的纵轴是燃烧室17内的压力(缸压),与缸压传感器SW6的检知信号成正比。

如图9所示,缸压传感器SW6正常,则缸压在压缩上止点附近最大,并且以压力最大处对应的曲轴转角为中心大致对称。缸压传感器SW6没有故障时(正常时),最高点后信号值受冷却损失等影响比最高点前信号值稍微下降。

图10是正常时的压力差的示例。图10所示的压力差是最高点前信号值减去正常时的最高点后信号值(≒最高点后预测值)而得的差额。

如图10所示,发动机1的转数变高的话,则单位时间的冷却损失变少,因此压缩上止点后的缸压大体会变高。由此,正常时的压力差一般会变小。

另外,如图10所示,填充于燃烧室17内的空气量(缸内空气量)多时,压缩冲程中的泄露较多,压缩上止点后的缸压大体下降。由此,正常时的压力差一般会变小。

图10所示的倾向是缸压传感器SW6正常作业时的倾向。对此,本申请发明人们不断研讨,关于缸压传感器SW6故障时的倾向有了新见解。

具体而言新发现了缸压传感器SW6受热等影响而故障的话,则最高点后信号值与最高点前信号值相比会大幅增减。因此,假设缸压传感器SW6故障的话,则实际检出的最高点后信号值会相对来说大幅偏离正常时预测会达到的最高点后预测值。本申请发明人们讨论过后发现,绝缘部712产生绝缘异常时,最高点后信号值会下降。此时,缸压传感器SW6的信号值的对称性破坏,则最高点前信号值以及最高点后预测值与最高点后信号值的差变大。

于是,如上所述,诊断部111基于预先推定的最高点后预测值和读取部1113读取的最高点后信号值的比较判定缸压传感器SW6故障。

如果是发动机1持续稳定运行期间的话,则能抑制与缸压传感器SW6的故障无关的输出变化。因此,在抑制与故障无关的输出变化的同时,也能在故障时输出显著增减的时间点进行诊断。由此能更正确地诊断绝缘部712相关的故障。

如上所述,最高点后预测值由推定部1114进行推定。推定部1114基于最高点前信号值推定最高点后预测值。ECU10的存储器102存储与图10所示的压力差相对应的映射。推定部1114基于该映射读出以发动机1的运行状态为基础的压力差,并从最高点前信号值减去该压力差从而推定最高点后预测值。

从上述推定手法能明确看出,最高点后预测值与缸压传感器SW6正常作业时的最高点后信号值一致。因此,最高点后预测值和最高点前信号值的差显示出图10示例的倾向。

即,在发动机1转数高时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值大体较高。由此,已考虑到冷却损失的影响。冷却损失的影响与缸压传感器SW6的故障无关,但可能成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑冷却损失的影响。

另外,在填充于燃烧室17内的空气量多时与少时相比,推定部1114推定的最高点后预测值大体较低。由此,已考虑到活塞环的衔接处的泄露。该现象虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑从所述衔接处的泄露。

另外,作为混合气在燃烧室17内燃烧时(发动机1持续稳定运行时)特有的倾向,在发动机1的负荷高时与低时相比,推定部1114推定的燃烧室17内的压力较大。

发动机1负荷高时比低时的燃烧压高。本申请发明人们确认到,在燃烧压高时,隔膜71和压电器件75的接合增强会导致缸压传感器SW6的信号值会出现在低输出侧。该现象使最高点后信号值与最高点前信号值相比大幅下降。这些倾向虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能会成为推定缸压时的误差因子。为更正确地进行故障诊断,有效方法是考虑接合的影响。

具体来说,在发动机1负荷高时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值较低。由此,有利于更正确地诊断缸压传感器SW6的故障。

比如,当空燃比固定时,发动机1的负荷随着填充于燃烧室17内的空气量的增多而变高。因此,如图11所示,最高点后预测值的推定所使用的压力差显示出与缸内空气量相同或类似的倾向。

另外,比如EGR气体量多时与少时相比,混合气的比热比、甚至燃烧温度更小。此时,可认为燃烧对缸压传感器SW6的影响相对较小,正常时的压力差较小(参照图12)。这些倾向虽然与缸压传感器SW6的故障无关,但可能会成为推定缸压时的误差因子。因此,为提高故障诊断的正确度,有效方法是考虑EGR气体量。

具体而言,在混合气所含有的EGR气体量多时与低时相比,推定部1114推定的最高点后预测值较高。由此,有利于更正确地诊断缸压传感器SW6的故障。

诊断部111设定与最高点后预测值相对应的阈值。具体而言,阈值设定部1115设定阈值以使得阈值比最高点前信号值减去最高点后预测值得到的差额(即正常时的压力差)大。在最高点后预测值较低时与高时相比,阈值设定地较大。

采用如上技术方案时,例如在发动机转数高时与低时相比,诊断部111使阈值较小。同样地,比如在填充于燃烧室17内的空气量多时与少时相比,诊断部111使阈值较大。这样一来,就能将阈值设定为由于冷却损失而引起的压力差以上、或将阈值设定为由于泄露损失而引起的变大值以上。这样一来能提高故障诊断的正确度。

故障判定部1112间接比较最高点后预测值和最高点后信号值。详细来说,故障判定部1112比较与最高点后预测值相应设定的阈值和最高点前信号值及最高点后信号值的差额,并且在比较得出的差额大小超过阈值时,判定为缸压传感器SW6故障。这样一来,能更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

另外,可设计为:故障判定部1112反复执行最高点前信号值及最高点后信号值的差额和阈值的比较,当连续复数次进行了比较得出的差额的大小超过阈值这一判定时,判定为缸压传感器SW6故障。

例如,构成缸压传感器SW6的零部件之间的接合在压缩冲程中变化可能会导致在压缩上止点后燃烧室17内的压力下降。如上压力下降虽然只是暂时现象,但可能会导致缸压传感器SW的错误诊断。

而实际上缸压传感器SW6出现故障时,燃烧室17内的压力会持续下降,因此如上通过故障判定部1112反复进行判定,从而有利于更正确地进行缸压传感器SW6的故障诊断。

(缸压传感器的故障诊断步骤)

图13A和图13B是故障诊断装置100执行的缸压传感器SW6的故障诊断步骤的流程图。开始后的步骤S1中,故障诊断装置100读取各传感器SW1~SW17的检知信号。

接下来的步骤S2中,运行状态判定部1111基于各传感器SW1~SW17的检知信号,判定一定时间内发动机1是否持续稳定运行。具体而言,在填充于燃烧室17中的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量各自的变化量全部判定为一定值以下时,运行状态判定部1111判定为发动机1正稳定运行。例如,供应至燃烧室17中的燃料量可介由油门开度传感器SW12的检知信号进行判定。

步骤S2中判定为持续稳定运行时,处理流程向步骤S12前进。判定为没有持续稳定运行时,处理流程向步骤S3前进。若是前者,则在进行了进气门21的关闭正时涉及的判定(步骤S12)后向执行缸压传感器SW6的故障诊断的处理(步骤S13~S24)前进。若是后者,则经过判定是否执行断燃料运行(步骤S3~S9)后,进行故障诊断限制涉及的处理(步骤S10~S11),并向执行故障诊断的处理(步骤S13~S24)前进。

具体而言,步骤S12中,诊断部111的气门正时判定部1119判定进气门21的关闭正时是否为目标正时或几乎为目标正时。步骤S12判定为否的期间,处理流程反复进行步骤S12。处理流程反复进行步骤S12期间,限制部1117限制故障判定部1112执行故障诊断。步骤S12判定是的话,处理流程移动到步骤S13。

另一方面,步骤S3中,运行状态判定部1111判定减速断燃料条件是否成立。具体而言,运行状态判定部1111基于油门开度传感器SW12的检知信号判定油门开度是否为0。油门开度为0减速断燃料条件成立时,处理流程向步骤S4前进。减速断燃料条件不成立时,处理流程返回。

步骤S4中,运行状态判定部1111基于水温传感器SW10的检知信号判定发动机水温是否超过一定值。发动机水温超过一定值则执行断燃料。如果发动机水温未超过一定值则不执行断燃料。步骤S4判定是时,处理流程移动到步骤S5。步骤S4判定否时,处理流程返回。

步骤S5中,运行状态判定部1111判定EGR阀54的开度是否为0或几乎为0。EGR阀54在断燃料中关闭。步骤S5判定是时,处理流程向步骤S6前进,步骤S5判定否时,处理流程返回。

步骤S6中,发动机控制部112通过喷油器6停止向发动机1供应燃料(即断燃料)。接下来的步骤S7中,发动机控制部112通过进气电动S-VT23,将进气门21的气门正时变为断燃料运行中设定的目标气门正时。

步骤S8中,运行状态判定部1111判定减速断燃料的中止条件是否成立。例如,发动机转数过度降低时,发动机控制部112中止断燃料。另外,油门开度超过0则断燃料中止。步骤S8判定是时,处理流程向步骤S9前进,发动机控制部112中止减速断燃料。步骤S8判定否时,处理流程向步骤S10前进。

步骤S10中,诊断部111的气门正时判定部1119判定进气门21的关闭正时是否为目标正时或几乎为目标正时。步骤S10判定为否的期间,处理流程反复进行步骤S10。处理流程反复进行步骤S10期间,限制部1117限制故障判定部1112执行故障诊断。步骤S10判定是,则处理流程移动到步骤S11。

步骤S11中,诊断部111的延迟判定部1118判定从断燃料开始起是否已经过延迟周期。在此,图14中上图141表示发动机转数与延迟周期的关系。延迟周期与发动机转数高低无关,是固定的。经过一定次数的循环能使各燃烧室17至少进行一次气体交换,各燃烧室17内的环境变稳定。

另外,如上所述,延迟判定部1118也可以计测时间以代替对发动机1循环数的计数。图14的下图142是发动机转数与延迟时间的关系示例。发动机转数越高则延迟时间越短。因为发动机转数越高则1循环所需要的时间越短。

返回图13A的流程,步骤S11判定否时,处理流程反复进行步骤S11。限制部1117使故障判定部1112的故障诊断的执行受到限制。步骤S10判定是,则处理流程向步骤S13前进。

限制部1117限制缸压传感器SW6的故障诊断,直至进气门21的关闭正时成为目标正时、从断燃料开始经过了延迟周期(或延迟时间)这两个条件成立。如此,故障判定部1112能够在燃烧室17内处于相同状态时进行缸压传感器SW6的故障诊断,因此能提高故障诊断的正确度。

图13B的流程所示的步骤S13及以后的处理流程在发动机1持续稳定运行的情况下和从断燃料开始经过了延迟周期的情况下是共通的。

具体来说,步骤S13中,诊断部111基于进气门21的关闭正时和火花塞25的点火正时设定特定曲轴转角。该结构例中,诊断部111设定特定曲轴转角使最高点后时间点为做功冲程的前期,并且使最高点前时间点为点火正时前。

接下来,步骤S14中,诊断部111的读取部1113读取缸压传感器SW6的检知信号。详细来说,读取部1113基于在步骤S13设定的特定曲轴转角来设定最高点前时间点,并且读取与该设定相对应的最高点前信号值。

接下来,步骤S15中,诊断部111的推定部1114基于最高点前信号值推定推测缸压传感器SW6没有故障的话会实现的最高点后信号值(最高点后预测值)。然后,接着步骤S15的步骤S16中,诊断部111的阈值设定部1115设定与最高点后预测值相对应的阈值。

然后,步骤S17中,诊断部111的读取部1113再次读取缸压传感器SW6的检知信号。详细来说,读取部1113基于在步骤S13中设定的特定曲轴转角来设定最高点后时间点,并且读取与该设定相对应的最高点后信号值。

然后,步骤S18中,诊断部111的故障判定部1112比较最高点后预测值和最高点后信号值。详细而言,故障判定部1112对基于最高点后预测值设定的阈值和从最高点前信号值减去最高点后信号值得到的差额进行比较。

步骤S19中,故障判定部1112判定最高点前信号值和最高点后信号值的差额是否超过基于最高点后预测值的阈值。超过阈值时,认为缸压传感器SW6故障,因此处理流程向步骤S20前进。步骤S20中,故障判定部1112给故障判定计数加1。没超过阈值时,认为缸压传感器SW6没有故障,因此处理流程向步骤S21前进。步骤S21中,故障判定部1112使故障判定计数为0。

之后,步骤S22中,故障判定部1112判定故障判定计数是否超过一定值。例如,一定值可以是3~5左右。步骤S22判定否时处理流程返回。步骤S22判定是时处理流程进入步骤S23。即,当故障判定部1112连续数次判定缸压传感器SW6故障时,故障判定部1112在步骤S23中诊断为缸压传感器SW6故障。基于数次判定来诊断缸压传感器SW6的故障,由此能防止错误诊断。

接着步骤S23的步骤S24中,故障判定部1112通过通知部57执行报知。告知用户缸压传感器SW6发生故障。由此对出现故障的缸压传感器SW6进行更换等。

(时间图表)

图15和图16是缸压传感器SW6的故障诊断装置100按照图13A和13B的流程图进行缸压传感器SW6的故障诊断时的各参数变化的示例时间图表。图15和图16的横轴表示时间的经过。

这里,图15是发动机1持续稳定运行时进行故障诊断时的时间图表,图16是断燃料运行时进行故障诊断时的时间图表。

-持续稳定运行时的故障诊断-

首先,汽车行驶中驾驶人员使已被踩下的油门踏板开度复位,由此油门开度逐渐变小,在时刻t1处油门开度大致固定(参照波形151)。由此,向燃烧室17内供应的燃料量也大致固定。这样一来,判定为燃料的变化量为一定值以下。

另外,EGR阀54的开度与油门开度一起逐渐变小,在时刻t1处EGR阀54的开度也为大致固定(参照波形152)。由此,形成于燃烧室17内的混合气所含有的EGR气体量也大致固定。这样一来,判定为EGR气体的变化量为一定值以下。

另外,虽未显示于图15中,但在此例示的时间图表中,燃烧室17内填充的空气量也在时刻t1处大致固定。这样一来,判定为燃烧室17内填充的空气的变化量也在时刻t1处为一定值以下。

通过如上判断,ECU10判定为发动机1稳定运行。如波形153所示,表示发动机1稳定运行的稳定运行标记在时刻t1处从0变成1。稳定运行标记变成1的话,运行状态判定部1111计算稳定运行标记从0变成1之后的经过时间(参照波形155)。该计算可以是直接计测时间,也可以介由循环数来间接軽装。

此时,进气门21的关闭正时变为与稳定运行相对应的目标正时。根据变化前的关闭正时与目标正时之间的相位差的不同,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间也会改变。

如波形155所示,运行状态判定部1111在时刻t2处判定为在一定的所设定的时间内发动机1持续稳定运行。之后,运行状态判定部1111在时刻t3处判定进气门21的气门正时到达目标正时。像这样,持续稳定运行和进气门21的气门正时变为目标气门正时的两个条件成立的话,如波形156所示,故障诊断的执行标记在时刻t3处从0变为1。

由于故障诊断的执行标记变成了1,故障判定部1112开始缸压传感器SW6的故障判定。然后,在时刻t4处,驾驶人员踩下油门踏板,由此发动机1从稳定运行向过渡运行转移,则稳定运行标记从1变为0。与此同时,应中止缸压传感器SW6的故障诊断,故障诊断执行标记也从1变成0。经过时间的计算也被重置。

-断燃料运行时的故障诊断-

首先,汽车行驶中驾驶人员使已被踩下的油门踏板复位,由此油门开度逐渐变小,设在时刻t1处油门开度变为0(参照波形161)。EGR阀54的开度与油门开度一起逐渐变小,在时刻t1处EGR阀54的开度也变成0(参照波形162)。另外,虽然图16中没有显示,发动机1的水温已经超过一定值,能够减速断燃料。F/C标记如波形163所示地在时刻t1处从0变为1。F/C标记变为1则发动机控制部112停止燃料供应。因此时刻t1以后发动机1进行断燃料运行。

进气门21的关闭正时变为预先设定的目标正时。根据变化前的关闭正时与目标正时之间的相位差的不同,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间也会改变。相位差大时,如波形164中实线所示,进气门21的关闭正时变为目标正时所需要的时间长。相位差小时,如波形164中点划线所示,进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的时间短。

如波形165所示,断燃料开始后延迟判定部1118开始对循环进行计数。延迟周期例如可以是7~9循环。图16例中在时刻t2处已经过延迟周期。

在此将延迟周期设定在进气门21的关闭正时成为目标正时所需要的最长时间(t3-t1)与最短时间(t3’-t1)之间。缸压传感器SW6的故障诊断在发动机1进行断燃料运行期间进行。发动机1结束断燃料运行后不能进行缸压传感器SW6的故障诊断。想要调高缸压传感器SW6的故障诊断频率的话宜在停止对发动机1的燃料供应后迅速进行故障诊断。使延迟周期尽可能少有利于提高诊断频率。相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需要的最长变更时间而言使延迟周期的经过时间更短,这样有利于提高故障诊断频率。

而使延迟周期的经过时间相较于进气门21的气门正时成为目标正时所需的最短变更时间而言更长会使燃烧室17内的状态稳定化,因此有利于提高故障诊断的正确度。通过对延迟周期(或延迟时间)进行调整就能提高故障诊断的正确度并提高故障诊断频率。

在图16示例中,时刻t3处已经过延迟周期及进气门21的气门正时成为目标气门正时这两个条件成立。故障诊断的的执行标记如波形166所示在时刻t3处从0变为1,故障判定部1112执行缸压传感器SW6的故障判定。

另外,图16示例中,当进气门21的气门正时成为目标正时的时刻早时(为时刻t3’),故障诊断的执行标记如波形166中点划线所示在时刻t2处从0变为1。

然后,时刻t4处驾驶人员踩下油门踏板,由此导致油门开度大于0后断燃料中止,因此F/C标记变为0。与此同时,缸压传感器SW6的故障诊断也中止,因此故障诊断执行标记也成为0。

其他实施方式

-诊断方法的变形例-

所述实施方式中,诊断部111基于最高点后预测值设定阈值,但不限于此技术方案。可以不介由最高点后预测值,而是基于最高点前信号值和发动机1的运行状态直接设定阈值。此时,阈值会显示和图10~图12所示的压力差相同的倾向。

-流程的变形例-

图17是缸压传感器的故障诊断涉及的流程的变形例。图17的步骤S20~S26置换图13B的步骤S20~S24而成。

首先,步骤S19中,故障判定部1112判定最高点前信号值和最高点后信号值的差额超过以最高点后预测值为基础的阈值时,处理流程向步骤S20前进,而判定为所述差额为阈值以下时,处理流程向步骤S21前进。

前进到步骤S20时,认为缸压传感器SW6故障,因此故障判定部1112将故障判定计数加1,将正常判定计数减1。另一方面,步骤S21中,认为缸压传感器SW6没有故障,因此故障判定部1112给故障判定计数减1,给正常判定计数加1。

接下来的步骤S22中,故障判定部1112判定故障判定计数是否超过了一定值。步骤S22判定是时,处理流程向步骤S23前进。即,因为缸压传感器SW6判定为故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定没有故障的频率而言更高,因此故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6故障,在接下来的步骤S24中故障判定部1112通过通知部57进行报知。

另一方面,步骤S22判定否时,处理流程向步骤S25前进。步骤S25中,故障判定部1112判定正常判定计数是否超过了一定值。步骤S25判定是时处理流程进入步骤S26。因为缸压传感器SW6被判定为没有故障的频率相较于缸压传感器SW6被判定为故障的频率高,所以故障判定部1112诊断为缸压传感器SW6没有故障,使故障判定计数为0。另外,故障判定部1112也使正常判定计数为0。当步骤S25判定否时处理流程返回。

如上所述,利用正常判定计数、故障判定计数这两种计数来对缸压传感器SW6的故障进行诊断,这样故障诊断装置100能够防止错误诊断。

也可用如下技术方案代替如上技术方案,即运行状态判定部1111判定填充于燃烧室17中的空气量、燃烧室17中混合气所含有的EGR气体量、供应于燃烧室17中的燃料量各自的单位时间的变化量。此时,能在这3个变化量全部被判定为一定值以下时,判定为发动机1稳定运行。

另外,在此公开的技术其用途不限于以上结构的发动机1。发动机1可采用各种结构。

编号说明

1 发动机

100 故障诊断装置

1111运行状态判定部

1112故障判定部(判定部)

1113读取部

1114推定部

17 燃烧室

25 火花塞(点火部)

71 隔膜

75 压电器件

SW1 空气流量传感器(检知部)

SW2 第1进气温度传感器(检知部)

SW3 第1压力传感器(检知部)

SW4 第2进气温度传感器(检知部)

SW5 进气压传感器(检知部)

SW6 缸压传感器(检知部)

SW7 排气温度传感器(检知部)

SW8 线性氧气(linearO2)传感器(检知部)

SW9 氧(LambdaO2)传感器(检知部)

SW10水温传感器(检知部)

SW11曲轴转角传感器(检知部)

SW12油门开度传感器(检知部)

SW13进气凸轮位置传感器(检知部)

SW14排气凸轮位置传感器(检知部)

SW15EGR差压传感器(检知部)

SW16燃压传感器(检知部)

SW17第3进气温度传感器(检知部)

42页详细技术资料下载
上一篇:一种医用注射器针头装配设备
下一篇:内燃机

相关技术

网友询问留言

已有0条留言

还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!

精彩留言,会给你点赞!

技术分类