一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测方法及装置，其根据进气动态压力、排气动态压力和气缸动态压力，计算出瞬时进气压力和排气压力与缸压的比值，并结合进、排气阀处的瞬时流通面积以及进气侧工质的温度和出气侧工质的温度，计算进入、排出气缸的气体的瞬时流量；对进入、排出气缸的气体的瞬时流量进行积分，得到进气门关闭时气缸内累积的气体量；根据当前循环进气门关闭时气缸内积累的气体量及过量空气系数，计算循环喷油量。本发明专利技术能够解决至今为止内燃机在瞬变工况下的循环喷油量难以精确在线检测的难题，并且可精确测出各缸进气量、喷油量的细微差别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内燃机测试
，尤其涉及一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测技术。
技术介绍
随着汽车工业的快速发展，汽车保有量也得到大幅度增加，随之也出现了环境污染和能源紧缺等重大的问题。节能减排已经成为全世界的共识和发展趋势，提高汽车发动机缸内燃烧效率和热功转换效率，控制污染物生成，是汽车节能减排最直接、最有效的技术方案。而发动机在实际运行状态下对油气混合比的精确实时监测控制技术是实现节能减排的关键。发动机在整车状态下通常是变工况下运行的，因此瞬变工况下的性能决定了发动机的实际使用性能。而在瞬变工况下发动机的循环喷油量、排放等性能参数是很难实现直接检测，其原因主要是车用发动机在实际使用状态下的工况是按毫秒级时间尺度瞬时变化的。同时，发动机的性能开发与运行的参数优化、标定，通常是在稳态试验台上完成。那么，发动机在实际运行状态下对其循环喷油量的精确实时监测控制技术具有重要的实用价值。目前，国内外整车状态下燃油消耗量的测量方法，主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法多是用油耗仪来直接测量燃油消耗的体积或者质量，主要有容积法、重量法、流量计法和流速计法等。传统常用的汽车油耗检测方法多是用油耗仪来测量燃油消耗的体积或者质量，尤其是发动机台架等稳态工况下燃油消耗量的检测仍沿用传统的质量法或体积法。上述重量法是釆用质量式油耗传感器对所消耗燃油的重量进行检测，先测定消耗一定质量燃油所需的时间，然后求得单位时间的燃油消耗量。上述容积法是采用容积式油耗传感器测定发动机所消耗燃油的体积。需要把所消耗的燃油体积与燃油密度相乘，而燃油密度与同温度有较大关系，这样就增加了出现误差的可能。间接测量法主要包括碳平衡法、喷油脉宽法和空燃比测定法等。碳平衡油耗计算法是目前国际上通行的实验室内车辆工况法油耗试验方法，被认为是间接快速测量汽车油耗的有效方法之一。在实验室内测量整车排放时，可以通过碳平衡法计算出整车油耗。但是此方法局限性较大，只能在室内测量，无法进行随车检测。喷油脉宽法是通过测定喷油器的喷油脉冲信号，得到喷油脉冲宽度，结合喷油器的喷油系数算出单次喷油量，累加后得到燃油消耗量。但是此方法暂时没有得到很好地运用。空燃比测定方法是通过测定发动机吸入的空气量，然后通过空燃比推算出每个测量循环的燃油消耗量，再将各测量循环的耗油量累加即可计算出整个测试过程的燃油消耗量。空燃比测定变工况下发动机的循环喷油量的局限在于难以精确测定瞬态的循环空气量。现在国内乃至世界上，企业，高校以及科研机构一般通过扭矩仪检测整车运行状态下发动机的扭矩，而油耗则是利用瞬时油耗仪，但扭力仪和瞬态油耗仪一方面价格昂贵，另一方面要安装在一辆实际运行的车上也有一定难度，另外扭力仪也不能兼容每台发动机，故此种检测方法具有一定的局限性。同时，也有其他的方法来测量整车运行状态下发动机的扭矩与油耗，但是在精度方面都不太令人满意。结合实测压力、温度信号与气阀处流动方程求解计算来确定发动机的循环进气量与循环喷油量是近年发展起来的一项新技术。通过模拟发动机缸内容积以及气阀处流通面积随曲轴转角的变化规律，采用经验公式或简化模型来实现发动机循环进气量和循环喷油量的预测计算。这类方法的问题是：该计算方法完全忽略了对发动机进、排气过程产生重大影响的压力波动现象，从而导致计算结果存在很大误差。上述测量方法使用的仪器种类繁多，体积庞大，操作相对比较复杂，检测时间较长，测量精度不高，受地域的局限性较大。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测方法，其能够解决现有技术不能精准地在线检测发动机变工况下循环喷油量的问题。本专利技术的目的通过如下技术方案实现：本专利技术提供一种发动机机变工况下循环喷油量的在线检测方法，其包括：步骤S102，获取发动机转速、进气动态压力、排气动态压力、气缸动态压力、进气侧工质的温度和出气侧工质的温度；以及获取过量空气系数、进气门关闭时刻的曲轴转角；步骤S103，根据进气动态压力、排气动态压力和气缸动态压力，计算出瞬时进气压力和排气压力与缸压的比值，并结合进、排气阀处的瞬时流通面积以及进气侧工质的温度和出气侧工质的温度，计算进入、排出气缸的气体的瞬时流量；步骤S104，对进入、排出气缸的气体的瞬时流量进行积分，得到进气门关闭时气缸内累积的气体量；步骤S105，判断气缸的当前循环是否结束，若是，则执行步骤S106；若否，则返回步骤S102；步骤S106，根据当前循环进气门关闭时气缸内积累的气体量及过量空气系数，计算循环喷油量。更进一步地，所述步骤S102具体包括：通过转速传感器读取发动机转速；通过进气侧温度传感器和排气侧温度传感器分别测得进气侧工质的温度和出气侧工质的温度；通过进气侧动态压力传感器、气缸动态压力传感器和排气侧动态压力传感器读取出气缸的进气侧压力、气缸动态压力以及排气侧压力；通过氧传感器以及与其连接的信号放大器和过量空气系数分析仪，从过量空气系数分析仪中读出过量空气系数；通过进气凸轮轴位置传感器及其连接的ECU，实时耦合曲轴位置传感器的曲轴转角信号，获取到进气门关闭时刻的曲轴转角。更进一步地，所述步骤S103中的进入、排出气缸的气体的瞬时流量采用如下公式计算：进入气缸的气体的瞬时流量：n为发动机转速，μs为进气门流量系数，Fs为进气阀瞬时流通面积，ps为进气门前工质的进气侧压力，Ts为进气侧工质的温度；Rs为进气门前工质气体常数，ks为进气门前工质的绝热指数；p为缸内动态压力。排出气缸的气体的瞬时流量：在排气初期，缸内压力与排气歧管内的压差较大，处于超临界流动，即当时，排气阀的瞬时流量为：在排气中后期，缸内压力与排气歧管内的压差较小，处于亚临界流动，即时，排气阀的瞬时流量为：n为发动机转速，μe为排气门流量系数，Fe为排气阀瞬时流通面积，p为缸内动态压力，pe为排气门后工质排气侧压力，Te为排气门后工质排气侧的温度，Re为缸内工质气体常数，k为缸内工质的绝热指数。更进一步地，步骤S104中具体包括：积分计算进气门关闭时进气阀处的气体量为：积分计算排气门关闭时排气阀处的气体量为：其中，和分别代表进气阀的流量变化率和排气阀的流量变化率；IVO、IVC分别表示进气门打开时对应的曲轴转角和进气门关闭时对应的曲轴转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测方法，其特征在于，所述在线检测方法包括：步骤S102，获取发动机转速、进气动态压力、排气动态压力、气缸动态压力、进气侧工质的温度和出气侧工质的温度；以及获取过量空气系数、进气门关闭时刻的曲轴转角；步骤S103，根据进气动态压力、排气动态压力和气缸动态压力，计算出瞬时进气压力和排气压力与缸压的比值，并结合进、排气阀处的瞬时流通面积以及进气侧工质的温度和出气侧工质的温度，计算进入、排出气缸的气体的瞬时流量；步骤S104，对进入、排出气缸的气体的瞬时流量进行积分，得到进气门关闭时气缸内累积的气体量；步骤S105，判断气缸的当前循环是否结束，若是，则执行步骤S106；若否，则返回步骤S102；步骤S106，根据当前循环进气门关闭时气缸内积累的气体量及过量空气系数，计算循环喷油量。

【技术特征摘要】
1.一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测方法，其特征在于，所
述在线检测方法包括：
步骤S102，获取发动机转速、进气动态压力、排气动态压力、气缸动
态压力、进气侧工质的温度和出气侧工质的温度；以及获取过量空气系数、
进气门关闭时刻的曲轴转角；
步骤S103，根据进气动态压力、排气动态压力和气缸动态压力，计算
出瞬时进气压力和排气压力与缸压的比值，并结合进、排气阀处的瞬时流
通面积以及进气侧工质的温度和出气侧工质的温度，计算进入、排出气缸
的气体的瞬时流量；
步骤S104，对进入、排出气缸的气体的瞬时流量进行积分，得到进气
门关闭时气缸内累积的气体量；
步骤S105，判断气缸的当前循环是否结束，若是，则执行步骤S106；
若否，则返回步骤S102；
步骤S106，根据当前循环进气门关闭时气缸内积累的气体量及过量空
气系数，计算循环喷油量。
2.根据权利要求1所述的一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测
方法，其特征在于，所述步骤S102具体包括：
通过转速传感器读取发动机转速；
通过进气侧温度传感器(3)和排气侧温度传感器(6)分别测得进气
侧工质的温度和出气侧工质的温度；
通过进气侧动态压力传感器(2)、气缸动态压力传感器(4)和排气
侧动态压力传感器(5)读取出气缸的进气侧压力、气缸动态压力以及排气
侧压力；
通过氧传感器(7)以及与其连接的信号放大器和过量空气系数分析仪，

\t从过量空气系数分析仪中读出过量空气系数；
通过进气凸轮轴位置传感器(1)及其连接的ECU，实时耦合曲轴位置
传感器的曲轴转角信号，获取到进气门关闭时刻的曲轴转角。
3.根据权利要求1所述的一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测
方法，其特征在于，所述步骤S103中的进入、排出气缸的气体的瞬时流量
采用如下公式计算：
进入气缸的气体的瞬时流量：
n为发动机转速，μs为进气门流量系数，Fs为进气阀瞬时流通面积，ps为进气门前工质的进气侧压力，Ts为进气侧工质的温度；Rs为进气门前工
质气体常数，ks为进气门前工质的绝热指数；p为缸内动态压力。
排出气缸的气体的瞬时流量：
在排气初期，缸内压力与排气歧管内的压差较大，处于超临界流动，
即当时，排气阀的瞬时流量为：
在排气中后期，缸内压力与排气歧管内的压差较小，处于亚临界流动，
即时，排气阀的瞬时流量为：
n为发动机转速，μe为排气门流量系数，Fe为排气阀瞬时流通面积，p

\t为缸内动态压力，pe为排气门后工质排气侧压力，Te为排气门后工质排气
侧的温度，Re为缸内工质气体常数，k为缸内工质的绝热指数。
4.根据权利要求3所述的一种发动机变工况下循环喷油量的在线检测
方法，其特征在于，步骤S104中具体包括：
积分计算进气门关闭时进气阀处的气体量为：
积分计算排气门关闭时排气阀处的气体量为：
其中，和分别代表进气阀的流量变化率和排气阀的流量变化率；
IVO、IVC分别表示进气门打开时对应的曲轴转角和进气门关闭时对应的曲
轴转角；
气缸内积累的气体量计算公式如下：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆宇，刘敬平，付建勤，刘琦，舒俊，夏言，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43