CN112145270B - 一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法及系统 - Google Patents

一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法及系统，属于汽车检测与维护设备制造技术领域，系统包括一排气压力传感器、数据处理单元和显示单元，所述排气压力传感器连接所述数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号传输给数据处理单元，数据处理单元按照发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；数据处理单元还连接显示单元，用于将运算结果通过显示单元进行终端显示，显示出来的信息用于分析发动机的运行特征、发动机性能或故障成因，传感器信号还可以进行无线传输、云端处理、APP诊断等，本发明将排气压力波进行量化检测与波形分析，有效对发动机性能进行准确、全面的检测与诊断，提升汽车维护与保养作业的技术水平。

Description

一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法及系统
技术领域
本发明属于汽车检测与维护设备制造技术领域，尤其涉及一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法及系统。
背景技术
随着科技进步和人类社会交通事业的发展，汽车已经成为社会生产和人民生活的必备交通工具。
汽车发动机运转性能直接关系到车辆行驶性能和尾气排放性能，随着发动机车辆运行里程的增加，发动机在使用过程中的很多技术问题在排气气流中显示出一定的特征。但目前的汽车维护与检测、保养业界一般尚未有检测发动机排气波形的测试装置、也未有能够依据这些波形进行发动机工作情况的对应性分析与性能研判。在车辆维护过程中，常规检测如发动机转速Vs、进气压力Pint、点火提前角Btdc、燃油系统油压Pgl、发电机输出电压Batt、喷油脉宽PWint、怠速转速Vidl、断油转速Vog、排气温度Texg等方面有相应的检测，并依此检测结果判断发动机性能状况和故障特征，最终排除发动机系统故障、恢复发动机系统性能。
而发动机特别是对早已全面采用的电子控制燃油分配与点火、怠速、尾气综合控制的发电机控制系统来说，发动机的一些性能和故障问题牵涉面较广，可能需要较多方面的检测才可以提供足够的技术判断条件进行性能整体分析和故障追踪、有些还涉及车系与车型设计特点及其控制软件所决定的逻辑特征、以确定故障所在直至排除系统故障、恢复性能。例如，一台电喷汽油机出现怠速不稳、油耗较大的问题，维护人员清洗喷油嘴后，还检测与更换了诸多如进气压力传感器、点火线圈、火花塞、曲轴位置传感器、凸轮轴传感器、气缸压力等部件，但问题始终未予解决。其实，对于一台问题发电机应该技术分析，并制定检测与维修流程，按照流程去走，就会全面而细致地找到系统中部件性能、系统性能的关系与控制逻辑的理顺。而在检测过程中，缺少对发电机尾气电子压力波形的检测与分析。使检测与维修过于粗放、凭感觉判断、靠经验确诊，很多时候走了不少弯路。
因此，需要创新设计出能够检测发动机尾气压力及其变化的先进监测装置，满足汽车维护与检测技术行业需要。
发明内容
为了满足先进汽车检测与维护行业的技术需要，使汽车发动机的性能检测能够更加准确、全面而方便，发明人根据汽车发动机尾气压力波形直接来自发动机各个气缸之间的有序排气压力的顺延，就像人体脉搏一样存在律动。对发电机尾气电子压力波形的检测与分析可以较为直接地、直观显示气缸排气现状，从而判断气缸燃烧过程及其机械能贡献。
依据本发明第一方面的技术方案，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法，其特殊之处在于，
所述检测方法包括：
①设置一排气压力传感器，将所述排气压力传感器置于待检测车辆排气管出口2cm范围内，且将所述排气压力传感器的易感面朝向排气来源方向；
②检测并记录所述排气压力传感器输出信号的电子波形；
③分别调控所述发动机的工况，使所述发动机处于怠速工况、小负荷工况、中等符合工况、大负荷工况、加速工况中的一种或多种工况，分别记录对应工况的所述排气压力传感器的电子波形；
所述识别方法包括：
①频域识别：所述频域识别包括对所记录的一种工况内的所述排气压力传感器的电子波形进行工况内频域范围的定量比较，
当所述发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的变化量确定所述发动机的工况运行平稳性指标VR，当在10秒内的所述波形周期t的变化量超过3％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀；
当所述发动机处于大负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述波形周期t的变化量超过5％时，识别为发动机大负荷失稳；
②幅值识别：所述幅值识别包括对所记录的一种工况内的所述排气压力传感器的电子波形进行工况内幅值定量比较，
当所述发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形峰谷差值的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述峰谷差值的变化量的变化量超过8％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀；
当所述发动机处于大负荷工况时，据在一定时间内所述电子波形的波形峰谷差值的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述峰谷差值的变化量的变化量超过6％时，识别为发动机大负荷排气不匀；
③加速工况识别：当所述发动机处于加速工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的突变点和所述电子波形的峰谷差值变化量确定发动机加速工况排气压力变化指标VRs1，发动机油门开启量在3秒内增大一倍时所述波形周期t的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝；发动机油门开启量在3秒内增大一倍时所述所述电子波形的峰谷差值的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝。
依据本发明第二方面的技术方案，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特殊之处在于，包括一排气压力传感器、数据处理单元和显示单元，所述排气压力传感器连接所述数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元按照本发明第一方面所述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；所述数据处理单元还连接所述显示单元，用于将运算结果通过所述显示单元进行终端显示，显示出来的信息用于分析所述发动机的运行特征、所述发动机的性能或所述发动机的故障成因。
在本发明第二方面中，还提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特殊之处在于，所述排气压力传感器包括适配于卡扣在发动机排气管出口的管状连接器。
以及，还提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特殊之处在于，所述排气压力传感器为膜片式压力传感器。
依据本发明第三方面的技术方案，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特殊之处在于包括一排气压力传感器、无线数据接收单元、数据处理单元和显示单元，所述排气压力传感器内含有信号发射装置且采用无线传输方式传递输出信号，所述无线数据接收单元接收所述无线传输方式传递输出信号，所述无线数据接收单元连接所述数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号接收后再传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元按照权利要求1所述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；所述数据处理单元还连接所述显示单元，用于将运算结果通过所述显示单元进行终端显示，显示出来的信息用于分析所述发动机的运行特征、所述发动机的性能或所述发动机的故障成因。
本发明的有益效果是：将排气压力波进行量化检测与波形分析，有效对发动机性能进行准确、全面的检测，提升汽车维护与保养作业的技术水平、丰富技术手段、提高技术能力。具有较广阔的市场应用空间。满足大量汽车维护与保养企业的技术需求。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统结构示意图，
图2是本发明实施方式提供的另一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统结构示意图，
图3是本发明实施方式提供的一种发动机正常运转时排气压力电子波形示意图，
图4是本发明实施方式提供的一种发动机运转不稳时排气压力幅值变化的电子波形示意图，
图5是本发明实施方式提供的一种发动机运转不稳时排气压力频率变化电子波形示意图。
具体实施方式
为了满足先进汽车检测与维护行业的技术需要，使汽车发动机的性能检测能够更加准确、全面而方便，发明人根据汽车发动机尾气压力波形直接来自发动机各个气缸之间的有序排气压力的顺延，就像人体脉搏一样存在律动。对发电机尾气电子压力波形的检测与分析可以较为直接地、直观显示气缸排气现状，从而判断气缸燃烧过程及其机械能贡献。
第一方面，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法。
实施例1
该发动机排气压力电子波形检测方法包括：参阅图1，
①设置一排气压力传感200，将排气压力传感器200通过套筒600将置于待检测车辆排气管口，使传感器位于排气管100出口2cm范围内，且将排气压力传感器的易感面朝向排气来源方向；
②检测并记录排气压力传感器输出信号的电子波形；
③分别调控发动机的工况，使发动机处于怠速工况、小负荷工况、中等符合工况、大负荷工况、加速工况中的一种或多种工况，分别记录对应工况的排气压力传感器的电子波形。
识别方法包括：
①频域识别：频域识别包括对所记录的一种工况内的排气压力传感器的电子波形进行工况内频域范围的定量比较，
当发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内电子波形的波形周期t的变化量确定发动机的工况运行平稳性指标VR，当在10秒内的波形周期t的变化量超过3％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀。
当发动机处于大负荷工况时，根据在一定时间内电子波形的波形周期t的变化量确定发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的波形周期t的变化量超过5％时，识别为发动机大负荷失稳；
②幅值识别：幅值识别包括对所记录的一种工况内的排气压力传感器的电子波形进行工况内幅值定量比较，
当发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内电子波形的波形峰谷差值的变化量确定发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的峰谷差值的变化量的变化量超过8％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀；
当发动机处于大负荷工况时，据在一定时间内电子波形的波形峰谷差值的变化量确定发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的峰谷差值的变化量的变化量超过6％时，识别为发动机大负荷排气不匀；
③加速工况识别：当发动机处于加速工况时，根据在一定时间内电子波形的波形周期t的突变点和电子波形的峰谷差值变化量确定发动机加速工况排气压力变化指标VRs1，发动机油门开启量在3秒内增大一倍时波形周期t的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝；发动机油门开启量在3秒内增大一倍时电子波形的峰谷差值的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝。
如图3所示为正常发动机运转时的排气压力变形示意图，t表示时间轴，PA表示排气压力振幅，可以看出排气压力振幅基本一致，说明发动机各缸工作较为均衡、工质的量和质比较一致、进气量相对一致、喷油量一致性好、燃烧过程一致性好、各缸机械能贡献一致度高，所以表现在排气压力方面就是压力波间隔一致、波形较为稳定、频率相对稳定、振幅接近一致，发动机转速较为平稳、也不会抖动。
图4所示为某台出现抖动的发动机运转时的排气压力变形示意图，可以看出排气压力振幅不稳(某缸排气压力出现下降△A)，说明发动机各缸工作不均衡、可能工质的量和质不一致，如进气量不一致(如由故障气缸的进气门开度不足引起等)、也可能喷油量一致不好导致燃烧过程不一致性、各缸机械能贡献不一致度，所以表现在排气压力方面就是压力波振幅不一致，发动机转速抖动。
图5所示为某台发动机出现运转不平稳时的排气压力变形示意图，明显可以看出在△t1和△t2范围内的频率(或波长)不同，表征发动机排气压力频率不稳定，发动机出现转速抖动。
需要说明的是，图4和图5是为力便于理解才将振幅变化量与频率(或波长)变化量分解在两个图中，实际运行时，振幅的变化必然导致频率的变化，两者是同时出现的，将其分解开来绘制在2张图中对比是为了便于阅读理解本发明的技术思路，因此将幅值和频率分解在两张图中分别予以展示。
第二方面，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统。
实施例2
如图1所示，该系统包括一排气压力传感器200、数据处理单元300和显示单元400，将排气压力传感器200通过套筒600将置于待检测车辆排气管口，使传感器位于排气管100出口2cm范围内，还包括排气压力传感器连接数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号传输给数据处理单元，数据处理单元按照实施例1所述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；数据处理单元还连接显示单元，用于将运算结果通过显示单元进行终端显示，可以显示波形图、也可以将运算处理后的识别信息如判断为幅值不足等具体信息先输出来，显示出来的信息用于分析发动机的运行特征、发动机的性能或发动机的故障成因。
在本发明第二方面中，还提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，为安装需要，排气压力传感器可以安装在卡扣在发动机排气管出口的管状连接器上。以及，还提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，该系统的排气压力传感器可以选择为为膜片式压力传感器，膜片感测排气压力波的瞬时变化，并将其转化为电信号经传感器内部的处理电路放大处理后输出。
第三方面，提供了一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统。
实施例3
如图2所示，该系统包括一排气压力传感器200、无线数据接收单元500、数据处理单元300和显示单元400，将排气压力传感器200通过套筒600将置于待检测车辆排气管口，使传感器位于排气管100出口2cm范围内，排气压力传感器内可以设置有信号发射装置，且采用无线传输方式传递输出射频信号，无线数据接收单元接收无线传输方式传递输出的射频信号，无线数据接收单元连接数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的射频电子信号接收后再传输给数据处理单元，数据处理单元按照第一方面阐述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；数据处理单元还连接显示单元，用于将运算结果通过显示单元进行终端显示，如显示波形或显示文字信息，可以根据这些波性特征或文字信息进行辅助人工分析，还可以根据第一方面所阐述的方法定性判断故障、并将显示出来的信息提供给技术人员用于分析发动机的运行特征、发动机的性能或发动机的故障成因。采用这种无线方式既适合于在车间检测、停车检测，又适合于行车过程中进行动态监测和检测排气波形，可以监控更多更复杂工况的的排气压力变化情况。还可以无线传输信号、或者通过蓝牙、WIFI、移动通信卡等方式进行信号远程传递，可以进行远程诊断和信息共享、云端处理，也可以通过手机APP进行云端排气压力数据分析。
综上所述，通过阅读可以了解本发明的技术方案和部分具体实施方式、以及对于现有汽车检测与维护技术及诊断、乃至汽车研发生产行业的技术贡献。
本发明的有益效果是：将排气压力波进行量化检测与波形分析，有效对发动机性能进行准确、全面的检测，提升汽车维护与保养作业的技术水平、丰富技术手段、提高技术能力。具有较广阔的市场应用空间。满足大量汽车维护与保养企业的技术需求。
本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种发动机排气压力电子波形检测和识别方法，其特征在于，
所述检测方法包括：
①设置一排气压力传感器，将所述排气压力传感器置于待检测车辆排气管出口2cm范围内，且将所述排气压力传感器的易感面朝向排气来源方向；
②检测并记录所述排气压力传感器输出信号的电子波形；
③分别调控所述发动机的工况，使所述发动机处于怠速工况、小负荷工况、中等符合工况、大负荷工况、加速工况中的一种或多种工况，分别记录对应工况的所述排气压力传感器的电子波形；
所述识别方法包括：
①频域识别：所述频域识别包括对所记录的一种工况内的所述排气压力传感器的电子波形进行工况内频域范围的定量比较，
当所述发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的变化量确定所述发动机的工况运行平稳性指标VR，当在10秒内的所述波形周期t的变化量超过3％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀；
当所述发动机处于大负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述波形周期t的变化量超过5％时，识别为发动机大负荷失稳；
②幅值识别：所述幅值识别包括对所记录的一种工况内的所述排气压力传感器的电子波形进行工况内幅值定量比较，
当所述发动机处于怠速工况或小负荷工况或中等负荷工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形峰谷差值的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述峰谷差值的变化量的变化量超过8％时，分别识别为发动机怠速失稳、小负荷排气不匀或中等负荷排气不匀；
当所述发动机处于大负荷工况时，据在一定时间内所述电子波形的波形峰谷差值的变化量确定所述发动机的运行平稳性指标VRs，当在10秒内的所述峰谷差值的变化量的变化量超过6％时，识别为发动机大负荷排气不匀；
③加速工况识别：当所述发动机处于加速工况时，根据在一定时间内所述电子波形的波形周期t的突变点和所述电子波形的峰谷差值变化量确定发动机加速工况排气压力变化指标VRs1，发动机油门开启量在3秒内增大一倍时所述波形周期t的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝；发动机油门开启量在3秒内增大一倍时所述所述电子波形的峰谷差值的变化量小于100％时，识别为发动机加速响应迟钝。
2.一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特征在于包括一排气压力传感器、数据处理单元和显示单元，所述排气压力传感器连接所述数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元按照权利要求1所述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；所述数据处理单元还连接所述显示单元，用于将运算结果通过所述显示单元进行终端显示，显示出来的信息用于分析所述发动机的运行特征、所述发动机的性能或所述发动机的故障成因。
3.根据权利要求2所述的发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特征在于，所述排气压力传感器包括适配于卡扣在发动机排气管出口的管状连接器。
4.根据权利要求2所述的发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特征在于，所述排气压力传感器为膜片式压力传感器。
5.一种发动机排气压力电子波形检测和识别系统，其特征在于包括一排气压力传感器、无线数据接收单元、数据处理单元和显示单元，所述排气压力传感器内含有信号发射装置且采用无线传输方式传递输出信号，所述无线数据接收单元接收所述无线传输方式传递输出信号，所述无线数据接收单元连接所述数据处理单元，用于将排气压力传感器输出的电子信号接收后再传输给所述数据处理单元，所述数据处理单元按照权利要求1所述的发动机排气压力电子波形检测和识别方法进行运算处理；所述数据处理单元还连接所述显示单元，用于将运算结果通过所述显示单元进行终端显示，显示出来的信息用于分析所述发动机的运行特征、所述发动机的性能或所述发动机的故障成因。
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