CN104713733B

CN104713733B - 一种电控柴油机试验方法

Info

Publication number: CN104713733B
Application number: CN201510012431.4A
Authority: CN
Inventors: 鹿新弟; 关忠民; 傅俐伟; 金喆; 姚宏路; 李立春
Original assignee: Deutz Diesel Engine Co Ltd (dalian)
Current assignee: FAW Jiefang Dalian Diesel Engine Co., Ltd.
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-01-12
Also published as: CN104713733A

Abstract

一种电控柴油机试验方法，包括以下步骤：A、柴油机程控磨车；B、柴油机程控试验。通过更改试验程控管理器（TFM）程控文件，改变磨车顺序，使柴油机在磨车过程中停止运转的发生率降为零；通过电控技术与计算机技术的有效结合，开放电控数据调整控制点，使电控柴油机性能调整点、测量点在同一转速上进行，减少调整工况与测量工况之间的转换时间；由原来的八个试验步骤减少到六个试验步骤；通过优化TFM程控文件，减少电控柴油机试验时间；通过控制车速信号，使电控系统驻车状态自由加速MAP，整车运行中的加速MAP做到相互转换，满足电控柴油机自由加速烟度符合试验规范。

Description

一种电控柴油机试验方法

技术领域

本发明涉及电控柴油机技术领域，尤其涉及一种电控柴油机试验方法。

背景技术

以柴油机自身发出的动力进行运转磨合试验的过程，通常称为热试。它是为了检查柴油机是否达到了应有的装配性能，同时为发动机作汽车行使前的走合，以保证发动机的正常使用。

大型柴油机对参数和性能要求很高，热试成为其生产过程中的最后一道关键工序，对柴油机制造质量起着十分重要的作用，其主要内容是通过对特定测试环境下柴油机工艺参数的记录和分析，判断其合格与否，并能及时发现和排除故障。

目前，逐渐变暖的全球气候及日益枯竭的石油资源，都与柴油机的排放与消耗有着直接的关系。世界各国都已经将降低柴油机的排放、减少油耗、开发电控柴油机乃至替代新能源做为柴油机应用技术研究的主要课题，基于这种现状，我国提出了“节能减排”的产业发展要求，对汽车柴油机行业而言就是降低柴油机的排放、减少燃油消耗。

纵观国际范围内的柴油机制造企业，从国际上柴油机制造水平最先进的德国奔驰、美国康明斯、日本三菱等厂家到等国内的玉柴、潍柴、锡柴等厂家，也包括本企业看，其电控柴油机出厂前的热试采用的还是传统的试验方法，没有一个相对完整的电控柴油机试验标准，这是困扰内燃机行业的一个难题。现在许多正在使用的传统柴油机试验方法，存在几个方面的不足：

1、能源浪费严重，主要包括燃油和电能消耗等；

2、柴油机有害排放物多，主要包括氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物、颗粒等；

3、试验方法没有统一的标准；

4、试验节拍长，满足不了生产需求。

传统的试验方法具体存在问题如下：

1、柴油机程控磨车顺序不合理，柴油机在试验过程中停止运行：

冬季，厂房内室温只有16-18°C，电控柴油机在磨车过程中进行到第二步就因为机油压力高而停机。

电控柴油机磨车规范有五个步骤是按照程控自动运行的，如表1所示，程控磨车的第一步是725r/min怠速工况，柴油机运转20s直接进入到第二步2300r/min额定点工况。当第一步怠速工况完成后，程控自动转换到第二步2300rpm全速全负荷的额定点工况。由于柴油机在第一步怠速工况运转时没有负荷，运转时间短，机油温度上升较慢，只有20°C。根据机油的特性：机油温度高，机油粘度大，机油温度低，机油粘度小。此时，柴油机机油因为温度低、粘度大，造成柴油机机油压力达到650kpa以上，超过试验台架报警限值630kpa，柴油机停止运转。为了使柴油机不停止运转，我们将柴油机在低转速、全负荷运行，主要目的是为了机油温度快速上升，机油粘度降低，机油压力低于630kpa，达到试验要求，然后再进行程控磨车，造成柴油机试验时间延长，能源浪费严重。

表1：传统电控柴油机程控磨车规范

考虑到这个问题，在试验平台上增加了一套机油加热装置：机油容器箱、机油加热箱。从加热箱到机油、不冻液加注工位的管路距离有30米左右，机油虽然经过机油加热箱加热到40°C，但是机油管路径过长，并且没有保温层。经实地测量，机油温度下降到与室温一样的16-18°C。这个问题只有在冬季才能显示出来。

另外，机油自动加注机自带机油加热装置，因此试验平台上方的机油加热箱的加热装置属于“画蛇添足”。机油自动加注机加注的机油温度虽然可以加热到40°C以上，但是柴油机并不是加注完机油后立即试验。柴油机从上辊道上开始到试验间试验大约需要等待30-90min，甚至需要更长的等待时间，如当天没有试验的柴油机需要转到第二天试验，最终柴油机机油温度还是回落到厂房内温度16-18°C左右。

综述以上原因，每试验一台柴油机都会因柴油机机油压力超过630kpa的报警限值而停车，柴油机非正常停车率达到100％。重新开机后，需要重新按照柴油机程控磨车规范重新进行磨车4-5次，直至机油温度达到40°C以上，导致柴油机试验时间延长，能源浪费严重。

2、电控柴油机性能测量点与调整点不在同一工况，试验时间长：

电控柴油机在试验过程中是将试验规范输入到TFM（试验程控管理器）程控上，设备自动运行，柴油机性能是否满足试验规范要求需要调整ECU电控数据完成。

电控柴油机试验规范共有八个工况，其中试验规范性能测量点与TFM程控性能调整点在同一转速上有五个工况，分别是2590r/min高怠速工况、2300 r/min额定工况、1400r/min最大扭矩工况、1000 r/min中间转速工况2、700 r/min怠速工况，如表2所示。试验规范性能测量点与TFM程控性能调整点不在同一转速上有三个工况，分别是2320 r/min调速段工况、2000 r/min中间转速工况1、850r/min低速工况。

由于电控柴油机性能调整点与性能测量点不在同一转速上，因此，我们在TFM程控上增加三个柴油机性能调整点步骤（表2）。这三个工况性能参数调整只能在2310r/min调整2320r/min调速段工况的性能参数；1910r/min调整2000r/min中间转速工况1的性能参数；850r/min调整800r/min低速工况的性能参数，否则无法进行调整与测量。

柴油机在性能测量点工况进行试验数据存储前，先在柴油机调整点工况进行电控柴油机的扭矩值调整，满足试验规范后再回到测量点工况进行试验数据的测量、存储。如果柴油机性能参数达不到试验规范要求，需要重新回到柴油机调整点工况进行第二次扭矩值的调整，甚至第三次调整，导致柴油机试验时间延长，能源浪费严重。

表2：传统电控柴油机性能测量点与性能调整点不在同一工况

3、电控柴油机试验步骤多：

电控柴油机试验规范有八个工况点需要测量如表2和表3所示，其中要求测量2320r/min调速段工况、2000r/min中间转速工况1两个工况点。根据电控柴油机外特性扭矩值的计算公式得知：只要将2300r/min额定工况、1400r/min中间扭矩工况1工况扭矩值锁定，两工况之间其它工况的柴油机性能参数自动生成一个试验曲线。2320r/min调速段工况、2000r/min中间转速工况1这两个工况是自动生成外特性曲线的两个工况点，性能参数符合试验规范要求，因此这两个工况没有必要进行测量。

TFM程控上柴油机转速2320r/min调速段工况、1400r/min中间扭矩工况1工况各包括三个步骤：爬坡时间50s，稳定时间50s，测量时间30s，共占用柴油机试验时间共4.33min如表4所示。

表3：

4、程控试验时间长：

电控柴油机程控试验共有八个步骤（9怠速停车前运转是保护柴油机增压器的特定步骤，不包括在试验步骤里）。根据表3可知，电控柴油机完成一个试验步骤需要三个过程：爬坡时间、稳定时间、测量时间。国家标准只针对测量时间有统一要求，而对爬坡时间、稳定时间没有统一要求。我们根据实际测量，电控柴油机在上一个步骤转换到下一个步骤的时候，柴油机转速、扭矩波动的稳定时间在10－20s左右，而现在爬坡时间、稳定时间都在50s，造成柴油机试验时间长，能源浪费严重。

表4：优化前柴油机程控试验时间

5、电控柴油机外特性扭矩值调整量大：

电控柴油机外特性扭矩值调整范围过大。其实外特性扭矩值调整就是调整ECU电控数据MAP图的油量大小来控制柴油机外特性扭矩值的大小。根据电控柴油机的试验规范，除了高怠速工况、怠速工况没有扭矩，不做外特性扭矩值调整外，其它六点工况都需要做外特性扭矩值的调整，调整范围在50-200N.m左右，如表5所示。以电控柴油机BF6M1013-26E3为例，具体调整数值如下所示：

表5：电控柴油机扭矩值调整量

由于电控柴油机外特性扭矩值调整范围过大，需要调整多次才能达到试验规范要求的范围内。需要调整六个工况点，调整工况点多，造成电控柴油机试验时间长，能源浪严重。

6、电控柴油机自由加速烟度超标：

根据电控柴油机ECU工作原理得知：FEUP电控系统的数据有两个自由加速烟度MAP，一个是驻车状态自由加速MAP，一个是整车运行中的自由加速MAP。驻车状态的自由加速烟度控制比较严格，车速必须为0km或者无车速信号，而整车运行中的自由加速烟度控制比较松，且有车速信号。按照国家尾气检测标准，在检测柴油机排放时是测量驻车状态的自由加速烟度。

电控柴油机试验时，车速信号盒子连接在系统中，由ECU识别车速信号，电控系统操作界面显示为9.8-10.0km，柴油机在测量自由加速烟度的时候，由于有车速信号，烟度限制MAP走整车加速烟度限制MAP，也就是说整车运行中的自由加速烟度控制比较松，造成柴油机试验完成后测量自由加速烟度超标，无法满足试验规范的要求，造成电控柴油机试验时间长，能源浪费严重。

7、电控柴油机试验方法没有统一的标准，不能为用户提供品质相同的产品：

柴油机试验台架现有十四个，柴油机试验的操作者有28人。由于没有统一的试验方法，操作者试验调整的随意性非常大，因此28名操作者，可能就有28种操作方法。随着电控柴油机产量的增加，操作者相应增加，这样人为造成电控柴油机性能指标散差大。

操作者对电控柴油机进行单一工况试验调整时，先调整哪个工况、性能试验完成后怎么做验证，没有一个相应标准，操作者可以根据自己的习惯任意调整。如：

1)、连接ECU线束，有的操作者先连接试验台架线束，有的操作者先连接柴油机线束。

2)、柴油机连接完成后，准备启动前有的操作者检查设备Info界面查看ECUlnitizrd是否准备完成，有的操作者不检查。

3)、柴油机进入程控磨车步骤，有的操作者查看操作界面相关传感器数据，查看柴油机运行状态，有的操作者不检查。

4)、电控柴油机出厂性能试验时，有的操作者调整额定工况，有的调整调速段工况。

5）、电控柴油机出厂性能试验时，有的操作者调整中间转速工况，有的调整最大扭矩工况。

发明内容

为了克服传统电控柴油机试验方法存在的上述问题，本发明提供了一种能够提高试验质量的电控柴油机试验方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种电控柴油机试验方法，包括以下步骤：

A、柴油机程控磨车，包括以下步骤：（1）怠速；（2）1000r/min全负荷工况运行；（3）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（4）怠速；（5）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（6）怠速；（7）1000r/min全负荷工况运行；（8）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（9）怠速；（10）2300r/min全速全负荷额定工况运行。

B、柴油机程控试验，包括以下步骤：（1）高怠速；（2）额定工况运行；（3）最大扭矩工况；（4）中间转速工况；（5）低速工况；（6）怠速工况；（7）怠速停车前运转。

所述步骤B中，将ECU电控数据所有调整点开放，与试验规范的工况点一致，使电控柴油机性能测量点与性能调整点在同一转速上进行，在调速段工况、中间转速工况、低速工况这三个工况上既能对电控柴油机性能进行调整又能进行测量。

输入控制器的调整点外特征曲线根据修正系数进行调整，修正系数计算公式：Q_新/Q_旧＝系数；控制点参数计算公式：Q_旧*系数＝Q_新；利用修正系数和插补控制点计算新的外特征曲线：系数插补的公式：(1-Xk)/(Yn-Xn)*(Zn-Xn)+Xk=Zk，

。

所述步骤B中，爬坡阶段、稳定阶段、测量阶段时间为640s。

所述试验方法设有自由加速烟度测量检测方法，步骤如下：（a）柴油机性能试验过程中将车速信号盒子连接上接入ECU；（b）观察ECU显示界面，车速显示信号为9.8-10.0km；（c）柴油机性能试验完成后，需要测量自由加速烟度，此时将车速信号盒子开关与信号线束断开；（d）观察ECU显示界面，车速显示信号为0km，这样满足柴油机自由加速烟度测量需求；（e）按照柴油机自由加速烟度测量标准进行测量。

本发明的电控柴油机试验方法，通过更改试验程控管理器（TFM）程控文件，改变磨车顺序，使柴油机在磨车过程中停止运转的发生率降为零；通过电控技术与计算机技术的有效结合，开放电控数据调整控制点，使电控柴油机性能调整点、测量点在同一转速上进行，减少调整工况与测量工况之间的转换时间；利用电控柴油机两工况之间自动生成性能曲线的独有特点，电控柴油机由原来的八个试验步骤减少到六个试验步骤；根据电控柴油机不同工况之间转换时间不同的特点，通过优化TFM程控文件，减少电控柴油机试验时间；通过对电控柴油机各工况试验参数的分布进行分析，更改电控数据调整参数，使电控柴油机扭矩值调整一次就可以满足试验规范的要求；通过控制车速信号，使电控系统驻车状态自由加速MAP，整车运行中的加速MAP做到相互转换，满足电控柴油机自由加速烟度符合试验规范；建立标准，使操作者按照统一的调整方法，统一的标准动作，统一的试验节拍进行柴油机试验，为用户提供品质相同的产品。

附图说明

图1是本发明电控柴油机试验方法额定工况图。

图2是本发明控柴油机试验方法最大扭矩工况图。

图3是本发明控柴油机试验方法2300r/min油耗统计图。

图4是本发明控柴油机试验方法2300r/min烟度统计图。

图5是本发明控柴油机试验方法1400r/min小时油耗量统计图。

图6是本发明控柴油机试验方法1400r/min烟度统计图。

具体实施方式

本发明的电控柴油机试验方法：

1、优化电控柴油机程控磨车顺序，解决柴油机在试验过程中停止运行问题：

台架所有的试验过程都是计算机程控自动控制的，因此，只有更改TFM（试验程控管理器）程控文件才能优化柴油机磨车顺序、试验顺序、试验时间、试验步骤。

将柴油机程控磨车的第二步2300r/min全速全负荷额定工况移到第三步，如表6所示，将第三步1000r/min工况移到第二步，这样柴油机在怠速工况完成后进入到第二1000r/min工况。由于1000r/min低速工况运转时间达到250s，并且是全负荷状态，机油温度可以快速上升到60°C左右，柴油机最高机油压力维持在580kpa左右，没有达到台架报警限值，消除了柴油机在磨车过程中因柴油机机油压力过高而停机现象。由于改进方案效果显著，柴油机在磨车过程中停止运转的发生率降为零，满足了试验要求，因此，取消试验平台上方机油加热器这套设备的使用，为公司节省了电能消耗和维护成本。电控柴油机在磨车过程中不用频繁停机而使电控柴油机试验时间缩短5min。

表6：优化后柴油机程控磨车规范

2、将电控柴油机性能测量点与调整点整合在同一转速上进行：

将ECU电控数据所有调整点开放，与试验规范的工况点一致，使电控柴油机性能测量点与性能调整点在同一转速上进行。在2320rpm调速段工况、2000rpm中间转速工况1、800rpm低速工况这三个工况上既能对电控柴油机性能进行调整又能进行测量如表7和表8所示。

通过这种改进方法进行试验，可以省掉调整工况与测量工况之间的转换时间，降低电控柴油机试验时间3min。

表7：电控柴油机性能测量点与性能调整点在同一工况

表8：

3、减少电控柴油机试验步骤：

根据外特性曲线的计算公式：

以有7个控制点的外特征曲线为例，无修正的外特征曲线（预编写的外特征曲线），外特征曲线：

表9：

1）、第一调整点

如RPM 2300由80改动到84mm³在2300RPM时改动了喷油量后的外特征曲线。在把新的外特征曲线输入到控制器（F2键数据传输）前必须计算新的曲线。系数的计算：84 mm³/80mm³＝1.05，因此整体外特征曲线的第一个修正系数为1.05，按照该计算结果把新的曲线输入到控制器中。

表10：

计算的一般规律是：

对于系数计算：Q_新/Q_旧＝系数

对于其它的控制点：Q_旧*系数＝Q_新

用系数1.05计算外特征曲线：

表11：

该曲线将被写入控制器中。

2）、运行和调整随后的工况点

如RPM 1400由94.5改动到92mm³，当一个控制点被作为工况点传输给EOL后，该控制点不能被插补，而只能在使能后的输入箱内调整，插补只能在两个被运行的控制点之间进行。

表12：

系数的计算：92 mm³/94.5 mm³＝0.97

小于1400RPM的控制点被乘上系数0.97，因为还没有一个运行点的任何限制，1400和2300之间的控制点是如此插补的：

系数插补的公式：(1-Xk)/(Yn-Xn)*(Zn-Xn)+Xk=Zk

表13：

举例：控制点1700RPM的计算

(1-0.97)/(2300-1400)*(1700-1400)+0.97=0.98

89.25 mm³*0.98＝87.47 mm³

控制点2000RPM的计算

(1-0.97)/(2300-1400)*(2000-1400)+0.97=0.99

89.25 mm³*0.99＝88.36 mm³

表14：完整计算后的外特征曲线：

从以上柴油机外特性曲线的计算公式得知，电控柴油机可以在两工况之间自动生成性能曲线，只要将2300 r/min额定工况、1400 r/min中间扭矩工况扭矩值锁定，2320r/min调速段工况、2000 r/min中间转速工况1扭矩值完全符合试验规范要求，因此，我们将2320r/min调速段工况、2000 r/min中间转速工况1取消，如表15所示。电控柴油机试验规范由原来的八个试验步骤减少到六个试验步骤，如表16所示，在TFM程控上也由八个程控步骤减少到六个程控试验步骤，电控柴油机试验时间缩短4.33min，如表4所示。

表15：

表16：

4、优化程控试验时间：

根据电控柴油机不同工况之间的转换特性，在保证柴油机转速、扭矩等其它参数稳定的前提下，在TFM程控文件上改变转换时间，经过大量试验验证得出结论：将爬坡时间、稳定时间作以下改变，程控试验时间降低9.67min，如表4、17所示。

表17：优化后柴油机程控试验时间

5、优化电控柴油机外特性扭矩限制曲线，缩小扭矩值调整范围：

通过对10000多台电控柴油机各工况的功率、扭矩、油耗等20余项试验数据的分布进行分析，如图1-6所示，能够准确确定柴油机各工况的性能参数范围。更改ECU电控数据扭矩值的调整参数后，使电控柴油机扭矩值调整量在50N.m以下，如表18所示，调整一次扭矩值就可满足试验规范的要求，缩短电控柴油机试验时间3min。

表18：电控柴油机扭矩值调整量（以BF6M1013-26E3为例）

6、建立“电控柴油机自由加速烟度测量检测方法”，解决电控柴油机自由加速烟度超标的质量问题：

根据电控柴油机ECU工作原理得知：电控系统的数据有两个自由加速烟度MAP，一个是驻车状态自由加速MAP，一个是整车运行中的自由加速MAP。驻车状态的自由加速烟度控制比较严格，车速必须为0或者无车速信号，而整车运行中的自由加速烟度控制比较松，且有车速信号。按照国家尾气检测标准，在检测电控柴油机排放时是测量驻车状态的柴油机自由加速烟度。

柴油机试验时由ECU识别车速信号，电控系统操作界面显示为9.8-10.0km，但是测量自由加速烟度的时候，由于有车速信号，烟度限制MAP走整车加速烟度限制MAP，也就是说整车运行中的自由加速烟度控制比较松。而柴油机台架试验完成后我们进行的是测量驻车状态下的自由加速烟度，这样造成柴油机试验完成后测量自由加速烟度超标。

综上所述，我们建立“电控柴油机自由加速烟度测量检测方法”：

1)、柴油机性能试验过程中将车速信号盒子连接上接入ECU。

2)、观察ECU显示界面，车速显示信号为9.8-10.0km。这样满足柴油机性能试验调整需求。

3) 、柴油机性能试验完成后，需要测量自由加速烟度，此时将车速信号盒子开关与信号线束断开。

4)、观察ECU显示界面，车速显示信号为0km，这样满足柴油机自由加速烟度测量需求。

5)、按照柴油机自由加速烟度测量标准进行测量。

按照“电控柴油机自由加速烟度测量检测方法”测量出来的自由加速烟度满足试验规范要求。

该技术在生产现场实际应用过程中取得了良好的经济和社会效益，电控柴油机试验时间由原来的49.33min/单台减少到24.33min/单台，柴油机试验时间缩短25min。试验节拍由原来的3.52min缩短到1.74min，提高了生产效率，为公司节能增效做出了突出贡献。减少了柴油机“零”公里故障，降低维修成本，得到公司和现场人员的高度认可。自应用该技术起至今，累计创造经济效益2592.9万元，减少有害排放物103.19吨。本发明的试验方法，只要根据不同形式电控柴油机的特点稍加改动，完全适用于国内外电控柴油机行业。它还可以广泛应用于军工及船舶业。本技术如能在国内外有效推广、应用，将对中国乃至世界范围内的节能减排起到积极作用。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电控柴油机试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、柴油机程控磨车，包括以下步骤：（1）怠速；（2）1000r/min全负荷工况运行；（3）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（4）怠速；（5）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（6）怠速；（7）1000r/min全负荷工况运行；（8）2300r/min全速全负荷额定工况运行；（9）怠速；（10）2300r/min全速全负荷额定工况运行；

B、柴油机程控试验，包括以下步骤：（1）高怠速；（2）额定工况运行；（3）最大扭矩工况；（4）中间转速工况；（5）低速工况；（6）怠速工况；（7）怠速停车前运转；将ECU电控数据所有调整点开放，与试验规范的工况点一致，使电控柴油机性能测量点与性能调整点在同一转速上进行，在额定工况、中间转速工况、低速工况这三个工况上既能对电控柴油机性能进行调整又能进行测量。

2.根据权利要求1所述的一种电控柴油机试验方法，其特征在于：输入控制器的调整点外特征曲线根据修正系数进行调整，修正系数计算公式：Q_新/Q_旧＝系数；控制点参数计算公式：Q_旧*系数＝Q_新；利用修正系数和插补控制点计算新的外特征曲线：系数插补的公式：(1-Xk)/(Yn-Xn)*(Zn-Xn)+Xk=Zk，

激活的控制点插补的控制点调整后的控制点 RPM Xn Zn Yn 系数 Xk Zk 1

。

3.根据权利要求1所述的一种电控柴油机试验方法，其特征在于：所述步骤B中，爬坡阶段、稳定阶段、测量阶段时间共为640s。

4.根据权利要求1所述的一种电控柴油机试验方法，其特征在于：所述试验方法设有自由加速烟度测量检测方法，步骤如下：（a）柴油机性能试验过程中将车速信号盒子连接上接入ECU；（b）观察ECU显示界面，车速显示信号为9.8-10.0km；（c）柴油机性能试验完成后，需要测量自由加速烟度，此时将车速信号盒子开关与信号线束断开；（d）观察ECU显示界面，车速显示信号为0km，这样满足柴油机自由加速烟度测量需求；（e）按照柴油机自由加速烟度测量标准进行测量。