CN106837577B - 一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，具体过程为：步骤一：测试电磁阀的燃油压力曲线；步骤二：在燃油压力曲线上确定电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的燃油压力特征点；步骤三：计算电磁阀在各燃油压力特征点的压力波传播的延迟时间；步骤四：根据所述延迟时间计算电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的相位，利用各相位预测电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断。本发明提出的电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，可以代替测量结构复杂且价格昂贵的激光位移传感器，节约大量成本。

Description

一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法
技术领域
本发明属于发动机燃烧分析、故障诊断技术领域，具体涉及一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法。
背景技术
电控单体泵燃油系统对发动机改造较小，具有喷油量和喷油正时灵活可控的工作特性，能够实现超过200MPa的喷油压力，加上高压油管短且连接接头少，燃油系统管路发生泄露的问题较高压共轨燃油系统而言优势明显。另外，其系统性能可靠和寿命高。因此，电控单体泵燃油喷射系统在中、重型柴油机上得到较广泛的应用。
高速电磁阀是电控单体泵燃油系统中的关键部件之一，高速电磁阀是保证燃油系统能正常工作的最关键、最核心的部件。通过调节电磁阀的关闭时刻和关闭时间的长短，分别来精确控制喷油定时和循环喷油量，改变了传统喷油泵复杂的机械控制方式，实现了对燃油喷射过程的数字控制。
目前，关于电磁阀的技术研究主要集中在电磁阀总体结构及密封结构的设计、驱动电路的设计、影响参数的优化、控制策略的优化和由电磁阀所引起的“空化”问题等方面。当单体泵正常工作时，电磁阀的打开和关闭动作均会引起高压燃油的压力波动，目前尚没有相关科学及技术文献给出电磁阀的运动与燃油压力波动之间的对应关系。
发明内容
本发明提供了一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，该方法能够在无需位移传感器的条件下，根据电控单体泵电磁阀的运动特点和燃油压力曲线上的压力波动特点，确定电磁阀打开和关闭的相位，进而通过对压力波的延迟计算得到电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断的目的。
实现本发明的具体方案如下：
一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，具体过程为：
步骤一：测试电磁阀的燃油压力曲线；
步骤二：在燃油压力曲线上确定电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的燃油压力特征点；
步骤三：计算电磁阀在各燃油压力特征点的压力波传播的延迟时间；
步骤四：根据所述延迟时间计算电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的相位，利用各相位预测电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断。
进一步地，本发明所述电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点为喷油压力曲线和空转油压曲线的分离点。
进一步地，本发明所述电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点为燃油压力上升过程中第一个压力波的峰值点。
进一步地，本发明所述电磁阀开始打开时的燃油压力特征点为燃油压力的最大峰值点。
进一步地，本发明所述电磁阀完全打开时的燃油压力特征点为燃油压力下降过程中第一个压力波的峰值点。
有益效果：
(1)本发明提出的电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，可以代替测量结构复杂且价格昂贵的激光位移传感器，节约大量成本。
(2)本发明提出的电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，工作原理简单，可以快速得到电磁阀的位移曲线，方便对发动机进行燃烧分析和故障诊断。
附图说明
图1为电控单体泵试验系统示意图；
图2为电磁阀位移曲线预测流程图；
图3为凸轮转速900r/min、喷油持续期15°CAM工况下的燃油压力曲线和电磁阀位移曲线；
图4为不同转速下的燃油压力曲线；
图5为电磁阀完全关闭时不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线；
图6为不同喷油脉宽下的燃油压力曲线；
图7为电磁阀完全打开时不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线；
图8为电磁阀位移曲线预测值与试验值的对比图。
其中，1-油箱，2-滤网，3-输油泵，4-一级粗滤，5-二级粗滤，6-调压阀，7-油压表，8-一级细滤，9-二级细滤，10-单向阀，11-电磁阀，12-电控单体泵，13-瞬态压力传感器，14-机械喷油器，15-数据采集系统，16-高压油管，17-EFS单次测量仪，18-EFS采集单元，19-凸轮轴，20-试验台控制系统。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
电磁阀的运动状态主要包括常开和常闭两个稳态以及打开和关闭两个瞬态。电磁阀处于常开或常闭时，其位移分别为0和最大升程，所以关键是要确定电磁阀打开和关闭两个瞬态所对应的相位和位移。由于电磁阀打开和关闭所需的时间极短，所以可以假设打开和关闭都是一个匀速过程。此外，电磁阀的最大升程是已知的，可由生产厂家提供。因此，只需在确定电磁阀开始打开、完全打开、开始关闭和完全关闭时的相位之后，再通过压力波的延迟计算，即可完整的预测出电磁阀的位移曲线。基于上述分析，本发明一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，具体步骤如下：
步骤一：试验测得一组电磁阀在某一工况下的燃油压力曲线。燃油压力曲线可以在电控单体泵试验台或发动机台架上，通过瞬态压力传感器和凸轮转角传感器共同测得。
步骤二：(1)在燃油压力曲线上确定电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点。通过不同转速下燃油压力曲线的对比分析，当电磁阀开始关闭时，燃油压力会迅速增加，与空转燃油压力曲线分离，所以确定喷油压力曲线和空转油压曲线的分离点作为电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点。所谓空转是指电磁阀一直处于打开状态，被单体泵柱塞压缩的燃油直接通过电磁阀流回油箱，即单体泵不建立油压。
(2)在燃油压力曲线上确定电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点。通过不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线的对比分析，当电磁阀完全关闭时会发生碰撞反弹现象，且每次碰撞反弹均会产生压力波，所以确定燃油压力上升过程中第一个压力波的峰值点作为电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点。
(3)在燃油压力曲线上确定电磁阀开始打开时的燃油压力特征点。通过不同喷油脉宽下的燃油压力曲线的对比分析，当电磁阀开始打开时，燃油压力会随之降低，此处形成波峰，所以确定燃油压力的最大峰值点作为电磁阀开始打开时的燃油压力特征点。
(4)在燃油压力曲线上确定电磁阀完全打开时的燃油压力特征点。通过不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线的对比分析，当电磁阀完全打开时也会发生碰撞反弹现象，且产生一一对应的压力波，所以确定燃油压力下降过程中第一个压力波的峰值点作为电磁阀完全打开时的燃油压力特征点。
其中，步骤二详细阐述了如何确定电磁阀4个开闭动作所对应的燃油压力特征点的具体分析方法，在实际应用中，不需要进行以上具体分析，可直接利用步骤二中的结论来确定相应的燃油压力特征点，且燃油压力特征点的确定无先后顺序。
步骤三：计算电磁阀在各燃油压力特征点的压力波传播的延迟时间。由于燃油的可压缩性，电磁阀口处产生的压力波传播到压力传感器的测点位置需要一定的延迟时间。此延迟时间的计算公式为：其中延迟时间Δφ的单位为°CAM；n为凸轮轴转速，单位为r/min；L为电磁阀口与压力测点的距离，单位为m；i＝1、2、3、4，分别代表开始关闭、完全关闭、开始打开和完全打开；vi为各燃油压力特征点压力波的传播速度，与燃油压力有关，可通过试验手段测得。
步骤四：根据所述延时时间计算电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的相位。计算公式为：φsi＝φfi-Δφ，其中φsi为电磁阀在各运动点的相位，单位为°CAM；φfi为各燃油压力特征点的相位，单位为°CAM。
假设电磁阀打开和关闭都是一个匀速过程，且其最大升程已知，即可通过上述步骤预测出电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断的目的。
本发明通过对电磁阀的运动特点及燃油压力波动的详细分析，能够在燃油压力曲线上确定与电磁阀各动作相对应的燃油压力特征点，从而实现电磁阀位移曲线的预测，有利于技术人员对发动机进行燃烧分析和故障诊断。
实例1：
图1为本发明所使用的一种电控单体泵试验系统示意图，用于得到燃油压力曲线。图2为电磁阀位移曲线预测流程图，本实施例以凸轮转速900r/min、喷油持续期15°CAM的工况为例进行电磁阀位移曲线的预测，具体实施步骤如下：
步骤一：在如图1所示的试验系统上测得一组以上工况下燃油压力曲线，如图3所示。图3中的电磁阀位移曲线是由激光位移传感器测得的实际值，这里只是为详细的预测分析过程提供参考而已，在应用本发明的预测方法时，不需要试验测得该曲线。从图3可知，当电磁阀各动作发生后，经过一定的延迟时间燃油压力曲线才发生相应的压力变化。当电磁阀开始关闭后，燃油压力会迅速上升；当电磁阀完全关闭时，会发生碰撞反弹现象，燃油压力曲线上出现相应的压力波动；当电磁阀开始打开后，燃油压力会迅速下降；当电磁阀完全打开后，也会放生碰撞反弹现象，燃油压力曲线上也出现相应的压力波动。以上只是简单猜测，具体的验证过程结合以下步骤进行举例。
步骤二：(1)在燃油压力曲线上确定电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点。图4为不同转速下的燃油压力曲线。从图4可知，当电磁阀开始关闭后，不同转速下的燃油压力曲线均迅速增加，与空转油压曲线分离，所以可以确定喷油压力曲线和空转油压曲线的分离点作为电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点，其相位可以通过试验数据确定，即φf1为-6°CAM。
(2)在燃油压力曲线上确定电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点。图5为电磁阀完全关闭时不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线。从图5可知，在燃油压力曲线上升阶段压力波的数量与电磁阀完全关闭时的碰撞反弹次数一致，所以可以确定燃油压力上升过程中第一个压力波的峰值点作为电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点，其相位可以通过试验数据确定，即φf2为-3.4°CAM。
(3)在燃油压力曲线上确定电磁阀开始打开时的燃油压力特征点。图6为不同喷油脉宽下的燃油压力曲线。从图6可知，燃油压力最大峰值点之间的相位角度与相应的喷油脉宽之间的相位角度一致，所以可以确定燃油压力的最大峰值点作为电磁阀开始打开时的燃油压力特征点，其相位可以通过试验数据确定，即φf3为8°CAM。
(4)在燃油压力曲线上确定电磁阀完全打开时的燃油压力特征点。图7为电磁阀完全打开时不同碰撞反弹次数下的燃油压力曲线。从图7可知，在燃油压力曲线下降阶段压力波的数量与电磁阀完全打开时的碰撞反弹次数一致，所以可以确定燃油压力下降过程中第一个压力波的峰值点作为电磁阀完全打开时的燃油压力特征点，其相位可以通过试验数据确定，即φf4为10.2°CAM。
步骤三：计算电磁阀在各燃油压力特征点的压力波传播的延迟时间。延迟时间的计算公式为：在试验过程中，n为900r/min；L为160m；vi可以通过试验测得，在计算精度要求不高时，可以看作为定值，这里取1500m/s。则Δφ的计算结果约为0.6°CAM。
步骤四：根据所述延迟时间计算电磁阀各运动点(开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时)的相位。计算公式为：φsi＝φfi-Δφ。经计算，φs1＝-6.6°CAM，φs2＝-4°CAM，φs3＝7.4°CAM，φs4＝9.6°CAM。
假设电磁阀打开和关闭都是一个匀速过程，且其最大升程已知，可由制造厂家提供，为0.15mm，即可通过上述步骤预测出电磁阀的位移曲线。图8为电磁阀位移曲线预测值与试验值的对比图。从图8可知，预测的位移曲线和试验测得的位移曲线虽然在某些细节存在一些差异，但从整体上看两条曲线基本重合。
由以上实例可以看出，本发明提供了一种电控单体泵电磁阀位移预测方法，根据电控单体泵电磁阀的运动特点和燃油压力曲线上的压力波动特点，能够在无需位移传感器的条件下，确定电磁阀打开和关闭的相位，进而通过对压力波的延迟计算得到电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断的目的。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电控单体泵电磁阀位移曲线预测方法，其特征在于，具体过程为：
步骤一：测试电磁阀的燃油压力曲线；
步骤二：在燃油压力曲线上确定电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的燃油压力特征点；
步骤三：计算电磁阀在各燃油压力特征点的压力波传播的延迟时间；
步骤四：根据所述延迟时间计算电磁阀开始关闭时、完全关闭时、开始打开时及完全打开时的相位，利用各相位预测电磁阀的位移曲线，实现对发动机进行燃烧分析和故障诊断；
所述电磁阀开始关闭时的燃油压力特征点为喷油压力曲线和空转油压曲线的分离点；
所述电磁阀完全关闭时的燃油压力特征点为燃油压力上升过程中第一个压力波的峰值点；
所述电磁阀开始打开时的燃油压力特征点为燃油压力的最大峰值点；
所述电磁阀完全打开时的燃油压力特征点为燃油压力下降过程中第一个压力波的峰值点。
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