FORD公司发动机缺火探测监测原理

xiaozhiqiang

环境保护法规的严格要求，让汽车制造生产厂家都在不断的为自己生产的发动机控制系统创新，本来是一个好事情。但是任何一个发动机对这个方面所做的改进除了机械上和控制部件的优化完善外，几乎都是从控制单元的运行程序来修改而达到最终降低排放污染这个目的的。程序的复杂化，导致了一些最近两年国内一些比较前卫的汽车工程技术人员所提出的汽车控制模块的软件程序故障，虽然到现在这个类型的问题还没有一个统一的标准来衡量，但是这个现象已经是真实的存在于我们的工作之中了。我们不能不认真的来对待这样的问题。
特别是环保要求严格的美国汽车，他们的发动机以及各个发动机的控制系统在这个方面可以说走在了世界的前面。但是随着进口到我们中国的美国车的数量的增加，我们也同样的发现了许多问题，比如莫名其妙的发动机故障指示灯点亮，还有氧传感器故障，但是换了以后还是老样子等等，以及各个汽缸的缺火故障等，这些以前我们所没有接触到的新的故障类型，都是在应用了新的发动机控制程序后才出现的。

这里我们以美国FORD公司的2005款车上所采用的新控制理论来和大家共同探讨一下这个方面的一些问题，力图让您 在看完本帖子后能了解美国车在环保控制等领域所做的控制单元的程序修改，为您今后维修美国车提供一个思路。
缺火探测监测程序实际就是美国FORD公司发动机在2004年后采用的一个新控制程序。他没有增加什么新的控制部件，只利用控制单元内的程序来工作。

缺火探测监测程序是一种随车诊断策略，设计目的在于监测发动机的缺火情况，并且辨别出发生缺火问题的特定气缸。所谓“缺火”，是指因为没有火花、燃油计量不准、压缩不足或其它因素，而使气缸之中不发生燃烧的一种现象。缺火探测监测器只有在基本发动机的特定条件满足后才能运行。监测器的启动需要有来自ECT、CHT、IAT、MAF 等传感器的输入信号。此外，在要求自检中也进行缺火探测监测。

1. PCM 所执行的同步点火是以从CKP 传感器接收到的信息为依据。CKP 产生的信号亦作为判定发动机缺火的主要输入信号。
2. CKP 传感器所产生的输入信号是通过感测安装于曲轴末端的曲轴位置转盘的齿数得到的。
3. 送至PCM 的输入信号将被用来计算CKP 边沿、曲轴转动速率与加速的之间的时间。比较每个气缸的加速程度，便可判定出各个气缸的动力损失情况。当某个气缸的动力损失大大低于标定值，而其它标准却符合时，便可判定所怀疑的气缸确实有缺火现象。
（如果您使用的汽油不合格，就有可能产生失火的故障记录）
缺火监测器操作
2005 年型的FORD车辆中采用了低数据传输率（LDR）和高数据传输率（HDR）两种不同的缺火监测技术。LDR 系统在绝大多数发动机上都能达到联邦测试程序规定的监测要求，对4 缸发动机能完全达到缺火监测要求。
HDR 系统能完全达到6 缸或者8 缸发动机的缺火监测要求。HDR 系统将在这些发动机上逐步采用，以满足OBD规则对缺火的所有要求。除了6.8L V-10 发动机之外的所有发动机均能完全达到要求。所有2005年型使用的软件均允许对发动机开始发动的6 圈之后的缺火情况进行检测。在这方面达到了新的OBD要求，即在车辆预热驾驶、怠速转速之后，能够在发动机转动2 圈之内识别出缺火。
低数据率系统（LDR）

LDR 缺火监测器采用一个低数据率曲轴位置信号、一个在BTDC 10 度的参考位置信号，对每一个活塞发生的事件进行监测。PCM 利用曲轴位置信号，计算每一活塞的曲轴转速。每一活塞的加速度可通过连续的速度值计算得出。发动机整体转速的变化通过减去中间发动机在一个完整的发动机循环中的加速度而消除。结果异常的活塞加速度值用于对缺火情况进行评估，见下文一般缺火处理。

玩车人

高数据率系统（HDR）

HDR 缺火监测器采用一个高数据率曲轴位置信号、每个曲轴周长共18 个参考位置（V-10 型共20 个参考位置）信号进行缺火监测。此高分辨率信号采用两种不同的算法进行处理。第一种算法叫做“模式取消”。

用于检测低数据率缺火情况。此算法将从大多数较好的缺火事件中学习正常模式的活塞加速度，精确检测与模式之间的偏差。第二种算法主要用于检测较复杂的缺火事件，一个或者多个连续缺火活塞。此种算法将对高分辨率曲轴速度信号进行过滤，去除一些因曲轴扭转振动产生的能降低信号质量的噪音信号。这种算法大大提高了对连续缺火进行检测的能力。两种算法均产生一个异常的活塞加速度值，这个加速度值将在下文的一般缺火算法处理部分中用到。由于高速数据处理的要求，HDR 算法不能在PCM 微处理器中执行。只能在PCM 中一个叫做AICE 芯片的独立芯片中进行处理。PCM 微处理器使用专用的串行通信链路与AICE 芯片进行通信。AICE 芯片的输出（活塞加速度值）信号将传送到PCM 微处理器中，进行额外处理，具体内容见下文。如果AICE 芯片和PCM 微处理器之间缺少串行通信，或者不能与曲轴或曲轴传感器输入信号同步，就会设定一个P1309DTC。

对于2005 年型使用的软件，P1309DTC 被分成两个独立的故障诊断码。如果AICE 芯片和PCM 微处理器之间缺少串行通信，则设定P0606。如果不能与曲轴或曲轴传感器输入信号同步，则设定P1336。这种改动主要是提高可维修性能。P0606 一般出现在PCM 替换时，而P1336 则指示凸轮传感器未能与曲轴同步。

使用齿廓齿廓修正软件可以在对发动机停止供油条件下学习并校正曲轴齿间距的机械偏差（要求在保活存储器（KAM）清零后，在不进行制动的情况下进行三次从97 到64 km/h（从60 减速到40mph）的减速）。
如果KAM 已经清零，PCM 微处理器将开始执行一套特殊规则，使用这套规则可以计算18 个（或者20）参考位置中每一个位置的校正系数，并将这些校正系数返回AICE 芯片，用于随后的缺火信号处理。这些已学习的校正操作可以提高监测器在高速时的工作性能。缺火监测器直到学习齿廓信息后才起动。

一般缺火处理

在正常缺火事件中，活塞的加速度与活塞产生的扭力大小有直接的关系。计算出的活塞/气缸加速度值与缺火阈值相比较，缺火阈值是在推测得出的发动机扭力的基础上进行连续调整。异常加速度值如果超出阈值，将有条件地标记为缺火。计算出的异常加速度值同样对噪声干扰进行评估。正常情况下，缺火将导致气缸加速度的不对称损失。机械噪声，如路面粗糙或者转速过高/负载较轻条件下，将产生不对称加速度变化。气缸事件如果指示此种类型的加速度过度异常将被认为是噪声。超过给定阈值的无噪声异常加速度将标记为缺火。缺火的次数通常在连续200 转和1000 转的周期内进行统计。如果缺火监测器暂时禁用，如负扭力模式下，转数计数器不会被清零。

在评估结束后，将计算总计缺火率和每一气缸的缺火率。每200 转为一个周期（A 型）对缺火率进行评估，并与从发动机速度/负载表中取出的阈值进行比较。此缺火阈值主要是防止催化器因承受过高温度而损坏，Pt/Pd/Rh 普通防护层温度为871°C（1600°F），Pt/Pd/Rh 高级防护层温度为899°C（1650°F），只使用Pd 的高新技术防护层温度为982°C（1800°F）。如果超过缺火阈值，并且催化温度模型计算出催化中间层温度超过催化器损坏的阈值温度，MIL 将以1Hz 的频率发出闪光，同时指示缺火发生。如果在下一个驾驶循环中再次超过阈值，MIL 将点亮。如果指示单个气缸缺火一直处于超出催化器损坏阈值标准，气缸的燃油喷油嘴将关闭一段时间，以防止催化器损坏。同一时刻可有两个气缸不能使用。此燃油喷油嘴关闭功能将用于8 缸发动机和一些6 缸发动机上。从不用在4 缸发动机上。接下来，每1000 转为一个周期对缺火率进行评估，并与一个单个（B 型）阈值进行比较，以指示发生排放-阈值故障，可以是从发动机起动时的一个1000 转或者从发动机起动后一个驾驶循环中的4 个连续1000 转。许多2005 年型的车辆，如果在发动机起动后的首个1000 转中，超过B 型故障阈值，将会设定P0316 DTC。除了指示缺火气缸的正常P03xx DTC 之外，此故障诊断码也将被存储起来。

齿廓齿廓修正

使用齿廓齿廓修正软件可以学习并校正曲轴齿间距的机械偏差。因为曲轴齿间的所有角度之和为360°，使用校正系数可以计算每一缺火采样间隔，使得单齿之间的所有角度都相等。为防止任何供油或燃烧的差异影响到校正系数，校正系数都是在减速-停止供油中获取。校正系数在关闭节气门、无制动、速度超过97 km/h （60 mph）后对发动机停止供油条件下减速97 到64 km/h （60 到40 mph）范围时获取。为
了使校正系数的学习时间最小，当学习条件出现时，采取更为大胆的减速-停止供油策略。典型的学习校正是在单个减速、然而可以在3 次这样的减速中学习。成熟的校正系数是一定选择数目的样本的平均值。

典型的低数据率缺火系统将在此间隔时间内学习4 次这样的校正，而高数据率缺火系统将在同样间隔时间内学习36 或者40 次这样的校正（数据实际上在AICE 芯片中进行处理）。为了保证这些校正的精度，输入的数值将容许一定的误差存在，以保证在学习过程中单个校正系数必须在误差范围内可重复。这将降低在粗糙路面条件下的学习校正限制缺火检测能力的可能性。因为轮齿间距的偏差可能会造成缺火虚假指示，缺火监测器直到学习校正才进行起动。在蓄电池断开或者保活存储器（KAM）丢失的情况下，校正系数将丢失，同时必须重新学习。如果软件在3 次97 到64 km/h （60 到40 mph）减速循环后不能学习齿廓，将设定P0315 故障诊断码。

缺火监测器规格

　　缺火监测器操作：DTC P0300 到 P0310（一般和特殊气缸缺火），P1309（凸轮/曲轴没有同步，AICE 芯片故障），P1336 （凸轮/曲轴没有同步），P0606（AICE 芯片故障），P0315（未能获取齿廓），P0316（在发动机起动后的首个1000 转内缺火）。监测器连续工作，每200 转或者1000 转计算一次缺火率。监测器没有特定顺序。CKP 和CKM 传感器必须正常才能运行监测器。监测持续时间为整个驾驶循环（见下文有关禁用条件的说明）。

　　典型缺火监测器起动条件：起动条件最小/最大，发动机起动后的时间为0 秒钟，发动机冷却液温度为-7°C到121°C（20°F 到250°F），转速范围是（全范围缺火验证，2 转延时）在转速记录器的红线上或者停止供油后，超过150RPM 低于驾驶怠速转速的2 转，齿廓齿廓修正系数从KAM 中获取设定为是，燃油箱液位为15%。


　　典型缺火暂时禁用条件：暂时禁用条件：关闭节气门减速（负扭力，发动机正在被驾驶），因车速限制或发动机转速限制模式将燃油关闭，扭力变化率较高（节气门开关速率较高）。

齿廓获取操作包括DTC P0315 –未能在3 次从97 到 64 km/h （60 到40 mph）减速中获取齿廓，P1309 –AICE 芯片通信失败；监测器在每次KAM 清零后仅工作一次，监测器顺序：必须在缺火监测器起动之前获取齿廓；CKP 和CKM 传感器必须正常；AICE 通信出错，CKP/CMP 同步。监测持续时间为累计10 秒（最长为3 次从97 到64 km/h （60 到40 mph）停止供油减速）。

yanglongl

讲得好详细啊，很专业，没怎么看明白，先收藏了。以后接触到后，慢慢研究。谢谢楼主。

176337371

学习了，谢谢

stchery

说的太详细了，先收藏起来慢慢研究。