CN105571871B - 一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法 - Google Patents

一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于柴油机电子控制技术领域，具体涉及一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法。本发明包括：曲轴信号盘根据高低模式特征划分高低转速段：根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能：由柴油机转速波动计算工作不均匀性诊断相关参数；对柴油机工作不均匀性进行诊断。本发明实施例仅采集柴油机瞬时转速，对柴油机不需要添加额外传感器或设备，也不需要对柴油机进行改装，采用在线诊断，有良好的实时性，同时兼顾操作简单、成本低、检测速度快等优点。

Description

一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法
技术领域
本发明属于柴油机电子控制技术领域，具体涉及一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法。
背景技术
现有柴油机生产技术中，由于各缸加工制造误差的差异、进气***压力波动产生的不均匀性充气，或者各缸磨损状况不一致等因素有可能导致柴油机出现工作不均匀性现象。在电控柴油机的工作过程中，各缸工作不均匀性是一个普遍存在的问题，对柴油机各缸工作不均匀性进行在线诊断有助于为各缸均匀性的调节和实时故障监控提供依据，具有一定的现实意义。
目前，柴油机工作不均匀性的检测有多种方法，其中最简便直观的方法的是测量各缸的燃烧压力，而然这种方法需在气缸内安装一个价格昂贵的压力传感器，导致这种方法实用性大打折扣。其他的诸如瞬时净扭矩波动法、排气噪声法等检测手段也都存在不易精确测量、易受外界干扰等问题，实际使用中存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在线诊断柴油机工作不均匀性状态，并兼顾操作简单、成本低、速度快等优点的在线诊断柴油机工作不均匀性的方法。
本发明的目的是这样实现的:
(1)曲轴信号盘根据高低模式特征划分高低转速段：
按照柴油机的缸数N，把一个柴油机工作循环分成N个等长的段；每个等分段对一缸的部分工作过程，即在这个等分段内，柴油机完成一次压缩和燃烧过程；
根据柴油机运行过程中转速出现的高低模式特征，进一步将等分段按压缩和燃烧过程分为高转速段和低转速段；
(2)根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能：
判断是否有柴油机工作故障发生，若出现紧急停车、柴油机传感器工作故障等严重问题时，则不使能工作不均匀性诊断功能；
判断柴油机平均转速n是否大于最大临界转速nmax或小于最小临界转速nmin，若平均转速n不在临界范围之内，则不使能工作不均匀性诊断功能；
判断柴油机是否处在正常运行工况而不是起动、停车等工况，且时间不能太短，若不满足诊断所需工况条件，则不使能工作不均匀性诊断功能；
若有不使能工作不均匀性诊断功能的情况发生，则中止诊断继续进行，直至柴油机运行工况满足诊断要求；
(3)由柴油机转速波动计算工作不均匀性诊断相关参数：
采集柴油机工作循环内曲轴信号盘的单齿瞬时转速；
由划分好的各缸高低转速段结合信号盘的瞬时转速，得到各缸对应的单缸高转速段平均速度和低转速段平均速度
计算单缸发火加速度th和tl分别是柴油机转过该缸高转速段和低转速段对应消耗的时间；
由单缸发火加速度αi，计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值
根据柴油机工作不均匀性判定系数和单缸发火加速度滤波值运算得到工作不均匀性判定阈值ατ，为柴油机工作不均匀性判定系数；
(4)对柴油机工作不均匀性进行诊断：
对单缸发火加速度αi与工作不均匀性判定阈值ατ进行大小判断，若某缸对应的单缸发火加速度超过工作不均匀性判定阈值ατ，则柴油机不均匀性工作诊断计数器数值加1；若某缸对应的单缸发火加速度小于工作不均匀性判定阈值ατ，则保持柴油机不均匀性工作诊断计数器数值不变；
经过多个柴油机工作循环后进行一次工作不均匀性诊断，若不均匀性工作诊断计数器数值大于预定诊断阈值，则诊断柴油机出现不均匀工作状态。
计算单缸发火加速度αi，具体为：
对柴油机任意某缸而言，为该缸高转速段平均速度，为该缸低转速段平均速度，th为转过该缸高转速段对应消耗的时间，th为转过该缸低转速段对应消耗的时间，则单缸发火加速度其数值用以表征柴油机转速波动的强弱。
所述由单缸发火加速度αi计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值具体为：
采用均值滤波算法，例如，对于对六缸柴油机而言，在两个柴油机工作循环内共计发生12次喷油，每缸两次，则αi表示12个段加速度中某一个，N为气缸数。
本发明的有益效果在于：本发明实施例仅采集柴油机瞬时转速，对柴油机不需要添加额外传感器或设备，也不需要对柴油机进行改装，采用在线诊断，有良好的实时性，同时兼顾操作简单、成本低、检测速度快等优点。
附图说明
图1是柴油机高低模式特征与转速分段的原理说明图；
图2是本发明提供的诊断柴油机工作不均匀性的方法实施例流程图；
图3是曲轴信号盘根据高低模式特征划分高低转速段的流程图；
图4是根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能的流程图；
图5是根据柴油机转速波动计算工作不均匀性诊断相关参数的流程图；
图6是柴油机工作不均匀性诊断的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明实施例提供一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法，包括：
按照柴油机的缸数N，把一个柴油机工作循环分成N个等长的段；
根据柴油机运行过程中转速出现的高低模式特征，进一步将分段根据柴油机工作特性分为高转速段和低转速段；
根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能；
采集最近两个工作循环内曲轴信号盘的单齿瞬时转速；
由划分好的各缸高低转速段，结合单齿瞬时转速，计算得到各缸对应的高转速段平均速度和低转速段平均速度
计算单缸发火加速度αi；
由单缸发火加速度αi，计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值
根据柴油机工作不均匀性判定系数和单缸发火加速度滤波值运算得到工作不均匀性判定阈值ατ；
对单缸发火加速度αi与工作不均匀性判定阈值ατ进行大小判断，若某缸对应的单缸发火加速度超过工作不均匀性判定阈值ατ，则柴油机不均匀性工作诊断计数器数值加1；若某缸对应的单缸发火加速度小于工作不均匀性判定阈值ατ，则保持柴油机不均匀性工作诊断计数器数值不变；
经过多个柴油机工作循环后进行一次工作不均匀性诊断，若不均匀性工作诊断计数器数值大于预定诊断阈值，则诊断柴油机出现不均匀工作状态。
本发明实施例提供的在线诊断柴油机工作不均匀性的方法，属于柴油机电子控制技术领域。采集柴油机最近两个工作循环内曲轴信号盘的单齿瞬时转速；根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能；根据高低模式特征分段计算出单缸发火加速度αi；进而计算两个工作循环内单缸发火加速度滤波均值并推出工作不均匀性判定阈值ατ，最后判断单缸发火加速度αi与工作不均匀性判定阈值ατ的大小，综合得到柴油机不均匀性工作诊断结果。本发明实施例仅采集柴油机瞬时转速，对柴油机不需要添加额外传感器或设备，也不需要对柴油机进行改装，采用在线诊断，有良好的实时性，同时兼顾操作简单、成本低、检测速度快等优点。
为了使本领域技术人员能够更好地理解和实施本发明提供的技术方案，下面介绍本领域的几个专业术语。
工作不均匀性：是指多缸柴油机以某一工况稳定运行时，各单个气缸的做工能力不完全一致的现象。
工作循环：柴油机的每一个工作循环包括进气、压缩、燃烧和排气过程，即完成进气、压缩、燃烧和排气四个过程叫一个工作循环。对六缸机而言，一个工作循环曲轴转两圈，完成6次喷射。
高低模式特征：通常在活塞运行至压缩上止点附近时，曲轴转速较低，燃烧接近完成时，曲轴转速较高，具有高低模式特征，以此衡量柴油机转速波动，参见图1。
转速分段：就是将压缩和燃烧期间曲轴转过的角度分为低转速段和高转速段，并与曲轴信号盘对应起来的过程，参见图1。
发火加速度：发火加速度＝(高转速段平均速度–低转速段平均速度)÷两段运行时间总和。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各部分之间的相互关系、各部分的作用及工作原理及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图2所示，该图为本发明提供的诊断柴油机工作不均匀性的方法实施例流程图。
本发明实施例提供的诊断柴油机工作不均匀性的方法，包括以下几个步骤：
S201：曲轴信号盘根据高低模式特征划分高低转速段，其单元内步骤如图3所示：
在四冲程柴油机一个工作循环中，曲轴旋转两周共计720℃A。
在S301中，按照柴油机的缸数N，把一个柴油机工作循环分成N个等长的段，如六缸机就分成6段。每个等分段对应一个缸的部分工作过程，在这个等分段内，柴油机完成一次压缩和燃烧过程。
在S302中，根据柴油机运行中固有的高低模式特征，进一步将等分段按压缩和燃烧过程细化为高转速段和低转速段。即，当压缩到上止点附近时，曲轴转速较低；燃烧接近结束时，曲轴转速较高。同时，计算每段包含的齿数Mi。
S202：根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能，本单元通过查询柴油机工作状态判定是否进入转速波动相关参数计算单元，以降低整个***误诊断的可能性。其单元内部步骤如图4所示：
在S401中，判断是否有柴油机工作故障发生，若出现紧急停车、柴油机传感器工作故障等严重问题时，则不使能工作不均匀性诊断功能。
在S402中，判断柴油机平均转速n是否大于最大临界转速nmax或小于最小临界转速nmin，若n＞nmax时，柴油机转速过低，会因为油气混合不良而导致转速波动比例变大，这属于正常现象，但会增加***误判可能性；若n＜nmin时，柴油机转速过高，会因飞轮惯性力大而使转速波动比例变小，增加诊断难度。其中，临界值由具体机型确定。
在S403中，判断柴油机是否处在正常运行工况而不是起动、停车等工况，且时间不能太短(如应大于3s，根据具体机型而定)。
若有不使能工作不均匀性诊断功能的情况发生，则中止诊断继续进行，直至柴油机运行工况满足诊断要求。
S203：由柴油机转速波动计算工作不均匀性诊断相关参数，其单元内步骤如图5所示：
在S501中，采集最近两个工作循环内曲轴信号盘的单齿瞬时转速，瞬时转速的采集由转速传感器实现；
在S502中，根据S302中划分的高转速段和低转速段，再由S501中求取的单齿瞬时转速，计算得到各缸对应的高转速段平均速度和低转速段平均速度
需要说明的是，求取平均速度时采用均值滤波算法，即其中，代表某缸高转速段平均速度或低转速段平均速度中的某一个，vi是S501中采集到的对应转速段的单齿瞬时转速，Mi表示该转速段内包含的齿数。
在S503中，计算单缸发火加速度αi，th和tl分别是柴油机转过高转速段和低转速段对应消耗的时间。
在S504中，由单缸发火加速度αi，计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值对于对六缸柴油机而言，共计发生12次喷油，每缸两次，则αi表示12个单缸发火加速度中的一个，N为气缸数；
在S505中，根据柴油机工作不均匀性判定系数和单缸发火加速度滤波值运算得到工作不均匀性判定阈值ατ，为柴油机工作不均匀性判定系数，取值范围为0.2～0.8。
S204：对柴油机工作不均匀性进行诊断，其单元内步骤如图6所示：
在S601中，分别对单缸发火加速度αi与工作不均匀性判定阈值ατ进行大小判断，若某缸对应的单缸发火加速度超过工作不均匀性判定阈值ατ，则柴油机不均匀性工作诊断计数器数值加1；若某缸对应的单缸发火加速度小于工作不均匀性判定阈值ατ，则保持柴油机不均匀性工作诊断计数器数值不变；
在S602中，对每经过多个柴油机工作循环后(典型值为10)进行一次工作不均匀性诊断，若不均匀性工作诊断计数器数值大于预定诊断阈值k(典型值为2)，则诊断柴油机出现不均匀性工作状态。

Claims (2)

1.一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)曲轴信号盘根据高低模式特征划分高低转速段：
按照柴油机的缸数N，把一个柴油机工作循环分成N个等长的段；每个等分段对应一缸的部分工作过程，即在这个等分段内，柴油机完成一次压缩和燃烧过程；
根据柴油机运行过程中转速出现的高低模式特征，进一步将等分段按压缩和燃烧过程分为高转速段和低转速段；
(2)根据柴油机运行工况判断是否使能工作不均匀性诊断功能：
判断是否有柴油机工作故障发生，若出现紧急停车、柴油机传感器工作故障严重问题时，则不使能工作不均匀性诊断功能；
判断柴油机平均转速n是否大于最大临界转速nmax或小于最小临界转速nmin，若平均转速n不在临界范围之内，则不使能工作不均匀性诊断功能；
判断柴油机是否处在正常运行工况而不是起动、停车工况，若不满足诊断所需工况条件，则不使能工作不均匀性诊断功能；
若有不使能工作不均匀性诊断功能的情况发生，则中止诊断继续进行，直至柴油机运行工况满足诊断要求；
(3)由柴油机转速波动计算工作不均匀性诊断相关参数：
采集柴油机工作循环内曲轴信号盘的单齿瞬时转速；
由划分好的各缸高低转速段结合信号盘的瞬时转速，得到各缸对应的单缸高转速段平均速度和低转速段平均速度
计算单缸发火加速度th和tl分别是柴油机转过该缸高转速段和低转速段对应消耗的时间；
由单缸发火加速度αi，计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值
根据柴油机工作不均匀性判定系数和单缸发火加速度滤波值运算得到工作不均匀性判定阈值ατ， 为柴油机工作不均匀性判定系数；
(4)对柴油机工作不均匀性进行诊断：
对单缸发火加速度αi与工作不均匀性判定阈值ατ进行大小判断，若某缸对应的单缸发火加速度超过工作不均匀性判定阈值ατ，则柴油机不均匀性工作诊断计数器数值加1；若某缸对应的单缸发火加速度小于工作不均匀性判定阈值ατ，则保持柴油机不均匀性工作诊断计数器数值不变；
经过多个柴油机工作循环后进行一次工作不均匀性诊断，若不均匀性工作诊断计数器数值大于预定诊断阈值，则诊断柴油机出现不均匀工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种在线诊断柴油机工作不均匀性的方法，其特征在于，所述由单缸发火加速度αi计算两个柴油机工作循环内的单缸发火加速度滤波均值具体为：
采用均值滤波算法，对于对六缸柴油机而言，在两个柴油机工作循环内共计发生12次喷油，每缸两次，则aτ表示12个段加速度中某一个，N为气缸数。
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