CN111999067B - 一种发动机物理上止点校准测算方法、设备和车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发动机物理上止点校准测算方法、设备和车辆，其通过外部设备测量获取初始物理上止点，通过试验获取热损失角，实际物理上止点＝初始物理上止点+热损失角。本发明方法简单、实用性高、其解决发动机燃烧压力曲线测量时活塞物理上止点测算问题，本发明可以寻找精准的热损失角，校准发动机物理上止点，提升发动机试验结果精度。
Description
技术领域
本发明属于汽车测试技术领域，具体公开了一种发动机物理上止点校准测算方法、设备和车辆。
背景技术
汽油机开发中对燃烧压力曲线的分析是一项重要工作，因此对其准确性要求较高，发动机物理上止点的精准度，对发动机燃烧曲线影响极大。通常用燃烧分析仪来测量活塞曲轴转角位置和燃烧压力。目前行业内使用燃烧分析仪时，采用经验值设置热损失角(0.7Geg/0.8Deg)，以校准发动机物理上止点。在理想的绝热状态下，可认为膨胀压缩线是对称的，由于发动机在倒拖过程中存在漏气和散热损失，故实测的膨胀压缩线上最大压力位置的出现的点，提前于真实的上止点，其相差的角度为热损失角。发动机热损失角因发动机的不同，数值差异较大，且同一个发动机，在长时间运行后，热损失角的值也会发生变化，因此需确定精准的热损失角，以提升发动机物理上止点的精度。
发明内容
针对测量燃烧压力曲线时，需要确定活塞上止点以作为后续测量的基准点，上止点可通过采集缸内非燃烧状态的压缩压力峰值点来获取，但直接测量的结果如上所述存在热损失角偏差，本专利通过简单易行的试验方法来确定热损失角偏差，从而得到正确的物理上止点。
本发明公开了一种发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：通过外部设备测量获取初始物理上止点，通过试验获取热损失角，实际物理上止点＝初始物理上止点+热损失角。
在本发明的一种优选实施方案中，热损失角的定义为：理想的绝热状态下膨胀压缩线是对称的，由于发动机在倒拖过程中存在漏气和散热损失，故实测的膨胀压缩线上最大压力位置的出现的点，提前于初始物理上止点，其相差的角度为热损失角。
在本发明的一种优选实施方案中，热损失角的获取方法为，计算在每一个设置的热损失角下、每一个所选取的工况点的摩擦功数值，通过摩擦功数值的离散程度来评价所设置热损失角的合理性。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤一，选取热损失角α1、α2、α3…αn-1、αn，0.1°≤α1＜α2＜α3＜…＜αn-1＜αn≤1°；步骤二，在发动机中低负荷区域选取发动机工况点，对步骤一中每一个热损失角分别进行发动机以上工况点的热机、稳态试验，测量发动机的发动机缸内平均压力、发动机泵气损失、发动机有效机械功，每一个工况点的摩擦功数值＝发动机缸内平均压力-发动机泵气损失-发动机有效机械功；步骤三，在每一个设置的热损失角下，对发动机相同转速相邻工况点的摩擦功数值进行差值计算，求得所有的差值；对每一个相邻负荷下的差值进行标准差计算，获取标准差σ1、σ2、σ3…σn-1、σn，即代表各负荷下摩擦功数值上升的均匀程度；步骤四，当σn-σn-1≤H时，H≤0.7526，该被试验的热损失角合理。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，n＝10，αn-αn-1＝0.1。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，工况点的选取参数包括发动机转速和发动机负荷。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，发动机有效机械功＝4·Pi·T/V，Pi为圆周率，T为发动机扭矩，V为发动机排量。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，发动机泵气损失为燃烧分析仪测量值的绝对值。
本发明还公开了一种发动机物理上止点校准测算设备，其包括依次通讯连接的缸压传感器、燃烧分析仪和PC端。
本发明还公开了一种车辆，其包括车载ECU，所述车载ECU控制策略包括发动机物理上止点校准测算方法。
本发明的有益效果是：本发明方法简单、实用性高、其解决发动机燃烧压力曲线测量时活塞物理上止点测算问题，本发明可以寻找精准的热损失角，校准发动机物理上止点，提升发动机试验结果精度。
附图说明
为了更清楚地说明实施中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中一种发动机物理上止点校准测算设备的示意图；
图2是实施例热损失角为0.4°的试验示意图；
图3是实施例热损失角为0.9°的试验示意图。
具体实施方式
下面通过图1～图3以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：通过外部设备测量获取初始物理上止点，通过试验获取热损失角，实际物理上止点＝初始物理上止点+热损失角。
在本发明的一种优选实施方案中，热损失角的定义为：理想的绝热状态下膨胀压缩线是对称的，由于发动机在倒拖过程中存在漏气和散热损失，故实测的膨胀压缩线上最大压力位置的出现的点，提前于初始物理上止点(初始物理上止点的定义：试验开始前，倒拖发动机得到一个未校准的初步的物理上止点)，其相差的角度为热损失角。
在本发明的一种优选实施方案中，热损失角的获取方法为，计算在每一个设置的热损失角下、每一个所选取的工况点的摩擦功数值，通过摩擦功数值的离散程度来评价所设置热损失角的合理性。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤一，选取热损失角α1、α2、α3…αn-1、αn，0.1°≤α1＜α2＜α3＜…＜αn-1＜αn≤1°；步骤二，在发动机中低负荷区域选取发动机工况点，对步骤一中每一个热损失角分别进行发动机以上工况点的热机、稳态试验，测量发动机的发动机缸内平均压力、发动机泵气损失、发动机有效机械功，每一个工况点的摩擦功数值＝发动机缸内平均压力-发动机泵气损失-发动机有效机械功；步骤三，在每一个设置的热损失角下，对发动机相同转速相邻工况点的摩擦功数值进行差值计算，求得所有的差值；对每一个相邻负荷下的差值进行标准差计算，获取标准差σ1、σ2、σ3…σn-1、σn，即代表各负荷下摩擦功数值上升的均匀程度；步骤四，当σn-σn-1≤H时，H≤0.7526，该被试验的热损失角合理。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤一中，n＝10，αn-αn-1＝0.1。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，工况点的选取参数包括发动机转速和发动机负荷。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，发动机有效机械功＝4·Pi·T/V，Pi为圆周率，T为发动机扭矩，V为发动机排量。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤二中，发动机泵气损失为燃烧分析仪测量值的绝对值。
本发明还公开了一种发动机物理上止点校准测算设备，其包括依次通讯连接的缸压传感器、燃烧分析仪和PC端。
本发明还公开了一种车辆，其包括车载ECU，所述车载ECU控制策略包括发动机物理上止点校准测算方法。
下面列举一个具体实施例对本发明做出进一步解释：
本申请的发明人研究发现，压力传感器测量缸内压力P,曲轴转角位置用于计算发动机当前工作容积V，在进行P-V图测量时必须要有准确的曲线转角位置，当前曲轴转角位置以上止点为基准，理论上发动机不点燃而由测功机倒拖压缩空气过程中压力最大时活塞位置处于上止点。但实际上压缩过程并非绝热反应，热量的散失会导致压力峰值点延后于物理上止点，该角度偏差称为热损失角，会造成工作容积的偏差，从而导致相关的计算偏差，有研究显示0.1度的上止点偏差会导致缸内平均指示压力10％的偏差。
本发明提供的技术方案，可以寻找精准的热损失角，校准发动机物理上止点，提升发动机试验结果精度。
本发明采用的技术方案是：一种发动机物理上止点校准测算方法，该方法通过计算在每一个设置的热损失角下、每一个所选取的工况点的摩擦功数值(FMEP)，通过FMEP的离散程度来评价所设置热损失角的合理性。具体包括如下步骤：
1、热损失角设置从0.1Deg开始，0.1Deg为间隔，直至1Deg；经研究发现，理论上正常的热损失角不大于1Deg；
2、在发动机中低负荷区域选取发动机工况点，对每一个热损失角，分别进行发动机以上工况点的热机、稳态试验，测量发动机的IMEP、BMEP、PMEP；(IMEP：发动机缸内平均压力，PMEP：发动机泵气损失，BMEP：发动机有效机械功)。
3、利用公式：FMEP＝IMEP-BMEP-PMEP(广义上的机械损失功)，计算得到每一个工况点的FMEP；
4、根据每一个设置的热损失角下，发动机相同转速相邻工况点的FMEP，进行差值计算，求得所有的差值；对每一个相同负荷下差值，进行标准差(σ)计算，该标准差的大小,即代表各负荷下FMEP上升的均匀程度；
5、根据随着发动机转速的上升，FMEP升高，且在同一转速下，随着发动机负荷的增加，FMEP升高，且FMEP升高的趋势分布较为均匀；合理的热损失角下，FMEP分布均匀，不合理的FMEP分布异常，与该理论不符；
6、将准确的热损失角与初始物理上止点相加，得到准确的物理上止点。
以上述理论作为为判断热损失角设置是否合理的依据，寻找精准的热损失角，以校准发动机物理上止点。
如附图1所示，将缸压传感器、燃烧分析仪、角标仪及信号传输线，正确的安装于发动机试验台架，并根据各设备规格型号、发动机参数设置燃烧分析仪对应设备的参数；检查并确保数据线连接传输正常；
理论上热损失角较小，不大于1Deg，如附表1所示选取热损失角设置从0.1Deg开始，0.1Deg为间隔，直至1Deg(即0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1)；每重新设置一次热损失角，均要重新倒拖发动机，设置燃烧分析仪发动机上止点参数；
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 热损失角 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.9 | 1.0 |
表1：设置热损失角
选取发动机工作负荷点，如附表2所示选取中低负荷(如1000rpm，2000rpm，3000rpm，4000rpm，5000rpm，每个转速选取的负荷20Nm，40Nm，60Nm)；对每一个热损失角，进行发动机以上工况点的热机、稳态试验，测量发动机的IMEP、BMEP、PMEP；
| 负荷\转速 | 1000rpm | 2000rpm | 3000rpm | 4000rpm | 5000rpm |
| 20Nm | |||||
| 40Nm | |||||
| 60Nm |
表2：选取发动机工况点
利用公式：FMEP＝IMEP-BMEP-PMEP(取燃烧分析仪测量值的绝对值)，其中BMEP＝4·Pi·T/V(Pi：圆周率，T：发动机扭矩，V：发动机排量)，计算得到每一个设置的热损失角下，所选取的每一个发动机工况点的FMEP；
对每一个设置的热损失角，发动机相同转速相邻工况点的FMEP，进行差值计算，求得所有的差值；对每一个相同负荷下差值，进行标准差(σ)计算；对比不同热损失角下的标准差大小，以此评判FMEP上升的均匀程度，标准差越小，说明FMEP上升越均匀。如表3所示，热损失角为0.4Deg时，各工况点的FMEP，计算相邻负荷差值(40Nm-20Nm、60-40Nm)的标准差，标准差分别为2.5,1.4(图2显示FMEP上升不均匀)，表明热损失角为0.4Deg不合理；如表4所示，热损失角为0.9Deg时，相邻负荷差值(40Nm-20Nm、60-40Nm)的标准差分别为0.28,0.33(图3显示FMEP上升均匀)，表明热损失角为0.9Deg合理。
表3：热损失角为0.4Deg时FMEP
表4：热损失角为0.9Deg时FMEP
根据随着发动机转速的上升，FMEP升高，且在同一转速下，随着发动机负荷的增加，FMEP升高，且FMEP升高的趋势分布较为均匀；
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：通过外部设备测量获取初始物理上止点，通过试验获取热损失角，实际物理上止点＝初始物理上止点+热损失角；理想的绝热状态下膨胀压缩线是对称的，由于发动机在倒拖过程中存在漏气和散热损失，故实测的膨胀压缩线上最大压力位置的出现的点，提前于初始物理上止点，其相差的角度为热损失角；热损失角的获取方法为，计算在每一个设置的热损失角下、每一个所选取的工况点的摩擦功数值，通过摩擦功数值的离散程度来评价所设置热损失角的合理性；具体步骤包括：
步骤一，选取热损失角α1、α2、α3…αn-1、αn，0.1°≤α1＜α2＜α3＜…＜αn-1＜αn≤1°；
步骤二，在发动机中低负荷区域选取发动机工况点，对步骤一中每一个热损失角分别进行发动机以上工况点的热机、稳态试验，测量发动机的发动机缸内平均压力、发动机泵气损失、发动机有效机械功，每一个工况点的摩擦功数值＝发动机缸内平均压力-发动机泵气损失-发动机有效机械功；
步骤三，在每一个设置的热损失角下，对发动机相同转速相邻工况点的摩擦功数值进行差值计算，求得所有的差值；对每一个相邻负荷下的差值进行标准差计算，获取标准差σ1、σ2、σ3…σn-1、σn，即代表各负荷下摩擦功数值上升的均匀程度；
步骤四，当σn-σn-1≤H时，H≤0.7526，该被试验的热损失角合理。
2.根据权利要求1的发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：步骤一中，n＝10，αn-αn-1＝0.1。
3.根据权利要求1的发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：步骤二中，工况点的选取参数包括发动机转速和发动机负荷。
4.根据权利要求1的发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：步骤二中，发动机有效机械功＝4·Pi·T/V，Pi为圆周率，T为发动机扭矩，V为发动机排量。
5.根据权利要求1的发动机物理上止点校准测算方法，其特征在于：步骤二中，发动机泵气损失为燃烧分析仪测量值的绝对值。
6.一种车辆，包括车载ECU，其特征在于：所述车载ECU控制策略包括如权利要求1-5任意一项权利要求所述的发动机物理上止点校准测算方法。
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