CN105157893B - 一种发动机瞬时扭矩测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机瞬时扭矩测量系统及方法，包括：柴油箱、低压柴油泵、柴油滤清器、流量计、高压柴油泵、发动机以及变矩器通过管路依次连接；还包括发动机转速测量装置、数据采集系统和数据分析系统；所述发动机转速测量装置与数据采集系统连接，所述数据采集系统与数据分析系统连接；利用台架试验预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三种的关系制定发动机万有特性MAP图，采集发动机的转速、瞬时油耗数据并对数据进行处理，计算出发动机每一瞬时的实时扭矩。本发明有益效果：测试方法结构简单，不受测试人员专业能力的影响，系统可靠性高，测试结果一致性好。

Description

一种发动机瞬时扭矩测量系统及方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种发动机瞬时扭矩测量系统及方法。

背景技术

性能良好的发动机和变矩器如果匹配性不好会影响工程机械装车性能，发动机与变矩器等动力输出装置的良好匹配可以改善工程机械动力性、经济性和排放性。

发动机和变矩器的匹配计算过程中需要预先输入发动机的转速、油耗、扭矩等参数，通常利用发动机的台架试验的数据作为输入参数，但是台架试验是稳态试验的结果，而工程机械在工作过程中存在加速、减速、扭矩突变等大量的瞬态工作过程，台架试验的数据不能涵盖所有工作过程，因此需要测量工程机械典型工作过程中的发动机实时输出扭矩。

通常使用的扭矩测量方法是在部件上贴应变片，利用应力和应变的关系计算扭矩。工程机械发动机和变矩器之间的连接部件刚度很大，变形量小，这种方法所测量的扭矩误差较大，且应变片的粘贴位置和方法对结果的影响也较大，对测试人员的专业能力要求很高。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种发动机瞬时扭矩测量系统及方法，该系统及方法利用发动机转速、油耗率和扭矩之间的相互关系，即可测试工程机械、卡车等在工作过程中的瞬时扭矩，为发动机与动力输出装置优化匹配提供数据。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种发动机瞬时扭矩测量系统，包括：柴油箱、低压柴油泵、柴油滤清器、流量计、高压柴油泵、发动机以及变矩器通过管路依次连接；还包括发动机转速测量装置、数据采集系统和数据分析系统；所述发动机转速测量装置与数据采集系统连接，所述数据采集系统与数据分析系统连接；

利用台架试验预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三种的关系制定发动机万有特性MAP图，采集发动机的转速、瞬时油耗数据并对数据进行处理，利用查表和最小二乘法插值的方法计算出工程机械典型工作过程每一瞬时发动机的瞬时扭矩。

所述流量计和高压柴油泵通过三通阀连接，三通阀的第3个端口通过回油冷却器与高压柴油泵连接；数据采集系统与数据分析系统、流量计和发动机分别连接。

在所述流量计和高压柴油泵之间的连接管路上设置油温传感器，所述油温传感器与数据采集系统连接。

在所述发动机上分别设置有发动机温度传感器和发动机转速传感器；所述发动机温度传感器和发动机转速传感器分别与数据采集系统连接。

发动机转速传感器采集发动机的实时转速，并将转速信号传输到数据采集系统；发动机温度传感器采集发动机的温度作为瞬时扭矩计算的修正量。

发动机工作过程中，低压柴油泵为柴油加压，流向柴油滤清器过滤掉柴油中的杂质，然后进入流量计，流量计测量发动机的累计油耗和瞬时油耗并将测试结果转换为数字量传输到数据采集系统，数据采集系统根据设定的参数实时纪录发动机的瞬时油耗量，管路中的油温传感器同步采集柴油的温度，作为后续瞬时扭矩计算的修正参数。

柴油经高压柴油泵提高到需要压力后进入发动机的喷射系统，并雾化燃烧对外输出扭矩，通过回油冷却器冷却高压柴油泵的回油，冷却后的柴油经三通阀再回到高压柴油泵。

一种发动机瞬时扭矩测量系统的工作方法，包括以下步骤：

S201：根据台架试验在发动机数据库中预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三者之间的关系，制定发动机万有特性MAP图；

S202：数据分析系统首先读取数据采集系统采集的数据，然后对数据进行滤波、降噪处理；

S203：除去数据中的异常点，根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用查表和最小二乘法插值的方法计算发动机的瞬时扭矩；

S204：对数据插值结果的奇异数据进行处理，利用采集到的柴油温度和发动机温度对计算结果进行修正；

S205：输出实际工作循环的转速、瞬时扭矩及油耗率，作为发动机与变矩器优化匹配的实测输入载荷谱。

所述步骤S203中，根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用所测量的转速和油耗率作为已知参数，查询预先标定的发动机万有特性MAP图中转速、油耗率和扭矩三者对应关系，查询或计算出发动机的瞬时扭矩；

查询时首先根据实测转速在万有特性MAP图的横坐标上查找对应点，然后根据实测油耗率在万有特性MAP图的油耗率等高线上查找对应点，最后根据转速和油耗率共同确定的对应点在MAP的纵坐标查询发动机的瞬时扭矩；

如果实测转速和油耗率不和坐标轴刻度标准或等高线重合则利用最小二乘法插值查找对应点。

本发明的有益效果是：

本发明利用台架试验预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三种的关系制定发动机万有特性MAP图，万有特性MAP图上三者呈相互对应的关系。利用测量装置采集发动机的转速、瞬时油耗并对数据进行处理后，便可以利用查表和最小二乘法插值计算的方法计算出工程机械典型工作过程每一瞬时的发动机实时扭矩，为发动机和变矩器的优化匹配设计提供载荷谱。

本发明测试方法简单，不受测试人员专业能力的影响，系统可靠性高，测试结果一致性好。

附图说明

图1为本发明实施例的发动机瞬时扭矩测量系统示意图；

图2为本发明实施例的瞬时扭矩计算流程图。

其中，101柴油箱、102低压柴油泵、103柴油滤清器、104主燃油管路、105流量计、106数据采集系统、107数据分析系统、108发动机温度传感器、109发动机转速传感器、110发动机、111变矩器、112高压柴油泵、113回油冷却器、114回油管路、115三通阀、116油温传感器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明瞬时扭矩测量系统的结构如图1所示，图1是本发明的一个实施方式，瞬时扭矩测量系统包括柴油箱101、低压柴油泵102、柴油滤清器103、主燃油管路104、流量计105、数据采集系统106、数据分析系统107、发动机温度传感器108、发动机转速传感器109、发动机110、变矩器111、高压柴油泵112、回油冷却器113、回油管路114、三通阀115、油温传感器116。

柴油箱101、低压柴油泵102、柴油滤清器103、流量计105、高压柴油泵112、发动机110以及变矩器111通过管路依次连接；柴油滤清器103通过主燃油管路104与流量计105连接；发动机转速测量装置为发动机转速传感器109，发动机转速传感器109与数据采集系统106连接，数据采集系统106与数据分析系统107连接。

流量计105和高压柴油泵112通过三通阀115连接，三通阀115的第3个端口通过回油冷却器113与高压柴油泵112连接；数据采集系统106与数据分析系统107、流量计105和发动机110分别连接。

在流量计105和高压柴油泵112之间的连接管路上设置油温传感器116，油温传感器116与数据采集系统106连接。

在发动机110上分别设置有发动机温度传感器108和发动机转速传感器109；所述发动机温度传感器108和发动机转速传感器109分别与数据采集系统106连接。发动机转速传感器109采集发动机110的实时转速，并将转速信号传输到数据采集系统106；发动机温度传感器108采集发动机110的温度作为瞬时扭矩计算的修正量。

发动机工作过程中，低压柴油泵102为柴油加压，流向柴油滤清器103过滤掉柴油中的杂质，然后进入流量计105，流量计105可以测量发动机的累计油耗和瞬时油耗并测试结果转换为数字量传输到数据采集系统106，数据采集系统106根据设定的参数实时纪录发动机的瞬时油耗量，管路中的油温传感器116同步采集柴油的温度，作为后续瞬时扭矩计算的修正参数。柴油经高压柴油泵112提高到需要压力后进入发动机110的喷射系统，并雾化燃烧对外输出扭矩，由于高压柴油泵112的回油温度较高，为保证发动机110的工作可靠性，在测量系统中安装回油冷却器113，冷却高压柴油泵的回油，冷却后的柴油经三通阀115、回油管路114再回到高压柴油泵112。转速传感器109采集发动机110的实时转速，并将转速信号传输到数据采集系统106。发动机温度传感器108采集发动机110的温度作为瞬时扭矩计算的修正量。数据分析系统107将采集到的数据进行处理，针对具体对应部分的转速和油耗量，利用在台架实验得到的该发动机110的万有特性数据进行绘制万有特性MAP图，来反映出对应工况点的功率、扭矩、负荷率等参数，同时利用采集到的柴油温度和发动机温度对计算结果进行修正，保证瞬时扭矩的准确性。

本发明瞬时扭矩测量系统的测量方法如图2所示，包括如下步骤：

S201：数据分析系统107首先读取采集的数据；

S202：对数据进行滤波、降噪处理，除去数据中的异常点；

S203：根据预先发动机数据库中预先标定的转速、扭矩和油耗的万有特性MAP图，利用查表和最小二乘法插值计算的方法计算发动机110的瞬时扭矩；

根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用所测量的转速和油耗率作为已知参数，查询预先标定的发动机万有特性MAP图中转速、油耗率和扭矩三者对应关系，查询或计算出发动机的瞬时扭矩；

查询时首先根据实测转速在万有特性MAP图的横坐标上查找对应点，然后根据实测油耗率在万有特性MAP图的油耗率等高线上查找对应点，最后根据转速和油耗率共同确定的对应点在MAP的纵坐标查询发动机的瞬时扭矩；

如果实测转速和油耗率不和坐标轴刻度标准或等高线重合则利用最小二乘法插值查找对应点。

S204：对插值结果的奇异数据处理；

S205：输出实际工作循环的转速、瞬时扭矩及油耗率，作为发动机110与变矩器111匹配的输入载荷谱。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，包括：柴油箱、低压柴油泵、柴油滤清器、流量计、高压柴油泵、发动机以及变矩器通过管路依次连接；还包括发动机转速测量装置、数据采集系统和数据分析系统；所述发动机转速测量装置与数据采集系统连接，所述数据采集系统与数据分析系统连接；

根据台架试验在发动机数据库中预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三者之间的关系，制定发动机万有特性MAP图；数据分析系统首先读取数据采集系统采集的数据，然后对数据进行滤波、降噪处理；除去数据中的异常点，根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用查表和最小二乘法插值的方法计算发动机的瞬时扭矩；对数据插值结果的奇异数据进行处理，利用采集到的柴油温度和发动机温度对计算结果进行修正；输出实际工作循环的转速、瞬时扭矩及油耗率，作为发动机与变矩器优化匹配的实测输入载荷谱；

发动机工作过程中，低压柴油泵为柴油加压，流向柴油滤清器过滤掉柴油中的杂质，然后进入流量计，流量计测量发动机的累计油耗和瞬时油耗并将测试结果转换为数字量传输到数据采集系统，数据采集系统根据设定的参数实时纪录发动机的瞬时油耗量，管路中的油温传感器同步采集柴油的温度，作为后续瞬时扭矩计算的修正参数。

2.如权利要求1所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，所述流量计和高压柴油泵通过三通阀连接，三通阀的第3个端口通过回油冷却器与高压柴油泵连接；数据采集系统与数据分析系统、流量计和发动机分别连接。

3.如权利要求1所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，在所述流量计和高压柴油泵之间的连接管路上设置油温传感器，所述油温传感器与数据采集系统连接。

4.如权利要求1所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，在所述发动机上分别设置有发动机温度传感器和发动机转速传感器；所述发动机温度传感器和发动机转速传感器分别与数据采集系统连接。

5.如权利要求4所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，发动机转速传感器采集发动机的实时转速，并将转速信号传输到数据采集系统；发动机温度传感器采集发动机的温度作为瞬时扭矩计算的修正量。

6.如权利要求1所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统，其特征是，柴油经高压柴油泵提高到需要压力后进入发动机的喷射系统，并雾化燃烧对外输出扭矩，通过回油冷却器冷却高压柴油泵的回油，冷却后的柴油经三通阀再回到高压柴油泵。

7.一种如权利要求1所述的发动机瞬时扭矩测量系统的工作方法，其特征是，包括以下步骤：

S201：根据台架试验在发动机数据库中预先标定的发动机转速、油耗率、扭矩三者之间的关系，制定发动机万有特性MAP图；

S202：数据分析系统首先读取数据采集系统采集的数据，然后对数据进行滤波、降噪处理；

S203：除去数据中的异常点，根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用查表和最小二乘法插值的方法计算发动机的瞬时扭矩；

S204：对数据插值结果的奇异数据进行处理，利用采集到的柴油温度和发动机温度对计算结果进行修正；

S205：输出实际工作循环的转速、瞬时扭矩及油耗率，作为发动机与变矩器优化匹配的实测输入载荷谱。

8.如权利要求7所述的一种发动机瞬时扭矩测量系统的工作方法，其特征是，所述步骤S203中，根据发动机数据库中预先标定的发动机万有特性MAP图，利用所测量的转速和油耗率作为已知参数，查询预先标定的发动机万有特性MAP图中转速、油耗率和扭矩三者对应关系，查询或计算出发动机的瞬时扭矩；

查询发动机的瞬时扭矩时，首先根据实测转速在万有特性MAP图的横坐标上查找对应点，然后根据实测油耗率在万有特性MAP图的油耗率等高线上查找对应点，最后根据转速和油耗率共同确定的对应点在MAP的纵坐标查询发动机的瞬时扭矩；

如果实测转速和油耗率不和坐标轴刻度标准或等高线重合则利用最小二乘法插值查找对应点。