CN110261127B - 发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其包括,S1采集进口压力实测值、出口压力实测值、空气流量实测值和涡轮转速实测值及发动机转速和循环喷油量;S2判断增压器是否为稳态工况,若是,进入S3,否则进入S7;S3判断传感器是否出现故障,若出现,进入S4,否则结束在线检测;S4采用发动机增压器模型模拟计算增压器涡轮处的进口压力检测值、出口压力检测值、空气流量检测值和涡轮转速检测值;S5采用加权平均计算检测值与实测值的加权平均值;S6判断四个加权平均值是否均大于其对应的临界值,若均大于,则增压器出现积碳卡死,结束在线检测;否则,所有传感器在预设时间步长内停止数据采集,之后返回S1。
Description
技术领域
本发明涉及发动机变截面涡轮增压器故障检测技术,具体涉及一种发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展,汽车已经成为了机电液一体化的载体,各种电子技术的广泛应用,给汽车维修人员带来巨大的挑战,而发动机作为汽车行驶动力来源,为提高其动力性,现在世面上有部分汽车已经配备了可变截面涡轮增压器,由于它的机构较复杂且工作条件恶劣等,可变截面涡轮增压器积碳卡死故障是汽车发动机故障中最为常见的,因此对其进行在线状态监测和故障诊断是非常必要的。
VGT涡轮增压器通过废气带动叶片实现增压,涡轮叶片处发生积碳卡死故障频率较高,一旦发生积碳卡死,叶片将无法随着工况的不同而调节开度的大小,目前主要采用经验诊断法和专用仪器诊断法两种。经验诊断法主要依据涡轮叶片卡死时,发动机在大负荷工况和瞬态工况下发动机功率会下降,驾驶员能明显感觉到,但也不排除其他故障发生的可能。
专用仪器诊断法通过利用专用的仪器读取发动机控制单元ECU的故障代码并利用涡轮叶片位置传感器输出波形判断是否发生积碳卡死故障,采用传感器采集的数据出现变化可能是其他原因带来的,使得故障检测精度不高,另外,安装传感器对硬件结构进行监测易发生传感器失效等问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法通过发动机增压器模型输出的数据结合发动机内部传感器采集的数据就能够实现增压器积碳卡死。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:
提供一种发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其包括:
S1、采用增压器处的传感器采集进口压力实测值、出口压力实测值、空气流量实测值和涡轮转速实测值及采用发动机内的传感器采集发动机转速和循环喷油量;
S2、判断发动机输出功率和转矩是否均位于发动机工况图标准输出功率和转矩区间内;若是,则增压器为稳态工况,进入步骤S3,否则进入步骤S7;
S3、采用基于解析数学模型的方法判断判断所有传感器是否出现故障,若均未出现故障,则进入步骤S4,否则结束在线检测;
S4、根据发动机转速和循环喷油量及节气门开度、EGR阀开度和VGT(变截面涡轮增压器)开度,采用发动机增压器模型模拟计算增压器涡轮处的进口压力检测值、出口压力检测值、空气流量检测值和涡轮转速检测值;
S5、采用加权平均处理方法计算设定时间段的检测值与其对应的实测值差值的加权平均值;
S6、判断四个加权平均值是否均大于其对应的临界值,若均大于,则增压器出现积碳卡死现象,结束在线检测;否则进入步骤S7;
S7、所有传感器在预设时间步长内停止数据采集,之后返回步骤S1。
本发明的有益效果为:本方案在进行积碳卡死检测时,是在确定增压器处于稳态工况且所有传感器均正常工作情况下结合增压器所在处及发动机内本来就存在的传感器对采集的数据进行检测,在检测过程中排除了相关干扰因素,且会有引入其他硬件部件,从而确保了增压器积碳卡死的准确性。
相较于传统的基于硬件结构的故障诊断方法而言,实时在线模块检测方法只需通过监测相应的观察值,就可以计算得到所需检测结果值,判断结果准确可靠,避免过多安装所需故障检测的传感器,减少传感器数量,使发动机增压器故障诊断检测更加灵活,也避免过多安装传感器对硬件结构进行监测发生的传感器失效等问题,同时自动化检测的方法也节约了时间和成本。
附图说明
图1为汽车发动机典型配置图。
图2为发动机增压器模型的原理图。
图3为发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法的流程图。
其中,11、压缩机;12、中冷器;13、节流阀;14、进气歧管;15、气缸;16、排气歧管;17、涡轮;18、EGR阀;19、EGR中冷器;21、压气机模块;22、中冷器模块;23、节流阀模块;24、进气歧管模块;25、废气再循环模块;26、变截面涡轮增压器模块;27、排气歧管模块;28、气缸模块。具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示,增压器的压气机端为空气入口,接到电动压气机一端,中冷器12接收来自压气机的高压高温空气,用于降低空气温度,高压空气经过节流阀13和进气歧管14进入气缸15做功,其中节流阀13用于控制进气流量,同时,燃烧废气通过排气歧管16一边进入增压器涡轮17一端,带动增压器涡轮17转动,一边进入EGR系统(废气再循环系统)19,进行废气再利用,由于发动机排出废气不干净,在推动涡轮17转动时,会产生积碳现象。
参考图3,图3示出了发动机变截面涡轮17增压器积碳卡死在线检测方法,该方法S包括步骤S1至步骤S7。
在步骤S1,采用增压器处的传感器采集进口压力实测值、出口压力实测值、空气流量实测值和涡轮17转速实测值及采用发动机内的传感器采集发动机转速和循环喷油量。
增压器处的传感器包括增压器涡轮17端左边进气管道和右边出气管道安装的压力传感器、安装于涡轮17左边进气管道上的流量计及安装于压气机端的转速传感器;发动机内的传感器内部的传感器包括曲轴位置传感器、空气流量计和角度位置传感器。
增压器涡轮17端左边进气管道和右边出气管道上的压力传感器分别用于检测进口压力实测值P'in和出口压力实测值P'ex,安装于涡轮17左边进气管道上的空气流量计用于检测空气流量实测值转速传感器用于检测涡轮17转速实测值ω't。
安装在发动机内部的曲轴位置传感器、空气流量计和角度位置传感器用于检测发动机增压器模型的发动机转速ne、循环喷油量ug、节气门开度uth、EGR开度uegr和VGT开度uvgt等五个输入参数。
其中uth由0到100%变化,0表示节流阀13全关,100%表示节流阀13全开;uegr由0到100%变化,0表示EGR阀18全关,100%表示EGR阀18全开;uvgt由0到100%变化,0表示涡轮17截面关闭,100%表示涡轮17截面全开。
在步骤S2,判断发动机输出功率和转矩是否均位于发动机工况图标准输出功率和转矩区间内;若是,则增压器为稳态工况,进入步骤S3,否则进入步骤S7;
在步骤S3,采用基于解析数学模型的方法判断判断所有传感器是否出现故障,若均未出现故障,则进入步骤S4,否则结束在线检测。
其中的基于解析数学模型的方法包括参数估计法、状态估计法和等价空间法。
在步骤S4,根据发动机转速和循环喷油量及节气门开度、EGR阀18开度和VGT开度,采用发动机增压器模型模拟计算增压器涡轮17处的进口压力检测值、出口压力检测值、空气流量检测值和涡轮17转速检测值。
实施时,本方案优选所述发动机增压器模型包括依次连接的压气机模块21、中冷器模块22、节流阀模块23连接、进气歧管模块24、气缸模块28、排气歧管模块27连接,所述排气歧管模块27分别与变截面涡轮增压器模块26和废气再循环模块25连接,废气再循环模块25与进气歧管模块24连接,以将输出的参数返回进气歧管模块24。
进行在线检测时,本方案中的发动机增压器模型嵌入于发动机的ECU中。
在步骤S5,采用加权平均处理方法计算设定时间段的检测值与其对应的实测值差值的加权平均值;
实施时,本方案优选加权平均值的计算公式为:
其中,X为进口压力检测值Pin、出口压力检测值Pex、空气流量检测值和涡轮17转速检测值ωt;n为设定时间段内同一检测值的总个数;ΔλX为X的加权值;X'为进口压力实测值、出口压力实测值、空气流量实测值和涡轮17转速实测值。
传感器采集数据的间隔时间与发动机增压器模型输出数据的时间间隔相等,假设传感器每10ms检测一个值,那么发动机增压器模型输出数据的间隔时间也为10ms。
在步骤S6,判断四个加权平均值是否均大于其对应的临界值,若均大于,则增压器出现积碳卡死现象,结束在线检测;否则进入步骤S7;
在步骤S7,所有传感器在预设时间步长内停止数据采集,之后返回步骤S1。
在本发明的一个实施例中,所述发动机增压器模型计算四个检测数据的表达式为:
其中,为空气流量检测值;Tin为进气歧管14温度;Tbc为大气压力;Vic为中冷器12体积;Pbc为压缩机11前的气压;Rc为压缩机11叶片半径;ωt为涡轮17转速检测值;ne为发动机转速;为能量传递效率;ψth(Πth)为节气门气体质量流量率;Ath,max为节气门最大截面积;
fth(uth)为节气门面积;ug为循环喷油量;Ra为空气的理想气体常数;Pin为进口压力检测值;Vin为进气歧管14体积;Wegr为流过EGR阀18的质量流量率;ηvol为容积效率;Vd为排气容积;Re为废气的气体常数;Vex为排气歧管16体积;ncyl为气缸15数量;
Tex为排气温度;Avgtmax为VGT最大截面积;fvgt(uvgt)为VGT面积;Pex为出口压力检测值;η为涡轮17效率;ηc为压缩机11效率;cpe为定压比热容;Πth为节气门气体质量流量;re为废气比热容比;cpa为定容比热容;Πc为压力比;ra为压缩比;Jt为涡轮17轴的转动惯量。
其中,节气门面积fth(uth)的表达式为:
所述VGT面积的表达式为:
其中,ath1、ath2、ath3、ath4均为节气门截面系数;uth为节气门开度;avgt1、avgt2、avgt3、avgt4均为VGT截面系数;uvgt为VGT开度。
综上所述,本方案将发动机增压器模型嵌入到发动机ECU上,对发动机上的传感器及增压器处的传感器采集的部分数据输入模型进行实时监控,通过模型输出的检测值与传感器采集的实测值进行加权平均处理,达到可变截面涡轮17增压器是否发送积碳卡死失效的判断,通过该种方式进行检测不需要另外引入传感器,从而提高了汽车行驶的安全性。
Claims (7)
1.发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其特征在于,包括:
S1、采用增压器处的传感器采集进口压力实测值、出口压力实测值、空气流量实测值和涡轮转速实测值及采用发动机内的传感器采集发动机转速和循环喷油量;
S2、判断发动机输出功率和转矩是否均位于发动机工况图标准输出功率和转矩区间内;若是,则增压器为稳态工况,进入步骤S3,否则进入步骤S7;
S3、采用基于解析数学模型的方法判断所有传感器是否出现故障,若均未出现故障,则进入步骤S4,否则结束在线检测;
S4、根据发动机转速和循环喷油量及节气门开度、EGR阀开度和VGT开度,采用发动机增压器模型模拟计算增压器涡轮处的进口压力检测值、出口压力检测值、空气流量检测值和涡轮转速检测值;
S5、采用加权平均处理方法计算设定时间段的检测值与其对应的实测值差值的加权平均值;
S6、判断四个加权平均值是否均大于其对应的临界值,若均大于,则增压器出现积碳卡死现象,结束在线检测;否则进入步骤S7;
S7、所有传感器在预设时间步长内停止数据采集,之后返回步骤S1;
其中,基于解析数学模型的方法包括参数估计法、状态估计法和等价空间法。
2.根据权利要求1所述的发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其特征在于,所述发动机增压器模型计算四个检测数据的表达式为:
其中,为空气流量检测值;Tin为进气歧管温度;Tbc为大气压力;Vic为中冷器体积;Pbc为压缩机前的气压;Rc为压缩机叶片半径;ωt为涡轮转速检测值;ne为发动机转速;为能量传递效率;ψth(Πth)为节气门气体质量流量率;Ath,max为节气门最大截面积;
fth(uth)为节气门面积;ug为循环喷油量;Ra为空气的理想气体常数;Pin为进口压力检测值;Vin为进气歧管体积;Wegr为流过EGR阀的质量流量率;ηvol为容积效率;Vd为排气容积;Re为废气的气体常数;Vex为排气歧管体积;ncyl为气缸数量;
Tex为排气温度;Avgtmax为VGT最大截面积;fvgt(uvgt)为VGT面积;Pex为出口压力检测值;η为涡轮效率;ηc为压缩机效率;cpe为定压比热容;Πth为节气门气体质量流量;re为废气比热容比;cpa为定容比热容;Πc为压力比;ra为压缩比;Jt为涡轮轴的转动惯量。
5.根据权利要求1-4任一所述的发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其特征在于,增压器处的传感器包括增压器涡轮端左边进气管道和右边出气管道安装的压力传感器、安装于涡轮左边进气管道上的流量计及安装于压气机端的转速传感器;发动机内的传感器内部的传感器包括曲轴位置传感器、空气流量计和角度位置传感器。
6.根据权利要求1-4任一所述的发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其特征在于,所述发动机增压器模型包括依次连接的压气机模块、中冷器模块、节流阀模块连接、进气歧管模块、气缸模块、排气歧管模块连接,所述排气歧管模块分别与变截面涡轮增压器模块和废气再循环模块连接,废气再循环模块与进气歧管模块连接,以将输出的参数返回进气歧管模块。
7.根据权利要求6所述的发动机变截面涡轮增压器积碳卡死在线检测方法,其特征在于,所述发动机增压器模型嵌入于发动机的ECU中。
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