CN115163359A - 一种发动机进气系统监测方法及监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机进气系统监测方法及监测系统，包括如下步骤：S1：标准工况下，预先标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP图，对空气滤清器经多个气体流量后的空气滤清器的进、出气侧的气体压力差进行计算，得到单位进气量下空气滤清器的进、出气侧气体平均的压力差变化量△P；S2：确定空气滤清器的气体的最大压力差P1，根据P1和△P，确定发动机的理论进气量V1；S3：实际工况下，基于单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1从维护周期MAP图中得到修正系数K，通过公式计算进气余量△V，当△V不超过设定值时，发动机ECU发出提醒；本发明有着能够对滤清器故障提前预警、预警准确度高、能发现进气系统异常的优点。

Description

一种发动机进气系统监测方法及监测系统

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及到一种发动机进气系统监测方法及监测系统。

背景技术

目前工程机械的工作环境都较为恶劣，工程机械发动机主要依靠进气系统来为发动机提供清洁的空气，发动机进气系统包括空气滤清器、进气管路和压力监测元件。发动机进气系统的监测主要通过压差报警开关监测系统阻力状态。

ECU电子控制单元，又称行车电脑、车载电脑。从用途上讲则是车辆专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微控制器、存储器、输入/输出接口、模数转换器以及整形、驱动的大规模集成电路组成。

中国发明专利(CN106121819B)公开了一种基于发动机进气量的空滤器保养提醒方法及系统，将T标乘以最大放大倍数N后与T实进行比较，其中T实为空气滤清器实际使用时间；当T剩小于T预或者T实大于N×T标时，进行空气滤清器维护警示。该方法是基于假设发动机使用环境的灰尘浓度C为恒定值，然而实际发动机环境的灰尘浓度C为变化的，且判断结果的准确性依赖于T实与N×T标的比较，而专利并没有公开放大倍数N如何确定，影响维护周期判断的准确性。

中国发明专利(CN110374772B)公开了一种空气滤清器堵塞的检测方法及装置，该空气滤清器堵塞的检测方法包括ECU获取空气滤清器的压力，判断压力是否满足第一预设条件，若是，则判断发动机的运行工况，若否，ECU提醒驾驶员空气滤清器出现未连接故障，根据运行工况判断空气滤清器是否出现堵塞、破损故障，其只能在空气滤清器出现堵塞故障时，提醒驾驶员进行维修，起不到预警作用。

现有技术的问题在于，发动机进气系统的压差报警开关仅能在空滤堵塞时提醒驾驶员处理，起不到预警作用，若此时机械正处于工作状态，无法及时处理，会对发动机的性能产生较大影响；少数带有预警系统，但是周期判断准确性较差，起不到预警作用或者导致空滤提前维护、更换滤芯，造成浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种能够对滤清器故障提前预警、预警准确度高、能发现进气系统异常的发动机进气系统监测方法及监测系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种发动机进气系统监测方法，包括如下步骤：

S1：标准工况下，预先标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP图，对空气滤清器经多个气体流量后的空气滤清器的进、出气侧的气体压力差进行加权计算，得到单位进气量下空气滤清器的进、出气侧气体平均的压力差变化量△P；

S2：根据发动机允许的最大进气阻力确定空气滤清器的进、出气侧的气体的最大压力差P1，根据最大压力差P1和压力差变化量△P，确定空气滤清器达到维护周期的发动机的理论进气量V1；

S3：实际工况下，发动机ECU基于单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1从空气滤清器维护周期MAP图中得到修正系数K，通过修正系数K与理论进气量V1相乘计算出总进气量，通过以下公式计算进气余量△V：

△V＝K·V1-V，

其中，V为实际工况下累计的气体流量，当进气余量△V不超过设定值时，发动机ECU 发出空气滤清器维护的一级提醒。

上述方案，步骤S1中，通过在标准工况下标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP 图，建立基准模型来为后续实际工况计算提供依据，标准工况可以是根据车辆运行环境而选择的固定参数的工况，标准工况下保证发动机转速和负荷率恒定以便于计算，通过对经多个气体流量后的进出气测的气体压力差进行监测和加权计算，得到单位进气量下气体平均的压力差变化量△P；步骤S2中发动机运行时最大进气阻力由发动机自身规格决定，当实际运行阻力超出最大进气阻力时，会对发动机造成磨损、温升的不利影响，随着空气滤清器的使用，空滤的滤芯上堆积的灰尘会逐渐增加，导致空气滤清器的进、出气侧的气体的压力差会逐渐变大，最大压力差应不超过最大进气阻力，优选的，最大压力差P1设为最大进气阻力的0.95-1倍，通过最大压力差P1和压力差变化量△P之商得出理论进气量V1，V1＝P1/△P；步骤S3中，实际工况即发动机实际工作时，发动机ECU对单位进气量前后的压差传感器实测值进行记录，根据压差传感器实测值平均变化量△P1从空气滤清器维护周期MAP图中得到修正系数K，进气余量△V＝K·V1-V，随着进气余量减少到不超过设定值时，发动机ECU发出一级提醒，提醒驾驶员对空气滤清器滤芯进行更换。

进一步的，还包括如下步骤：

S3中，发动机ECU根据进气余量△V与发动机的单位工作时间内平均进气量V2，计算距离空气滤清器维护的剩余工作时间T，其中，平均进气量V2由发动机ECU根据空气滤清器维护周期MAP图计算；当剩余工作时间T不超过设定值时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

在实际工况下，通过计算出平均进气量V2作为参考来进行计算，通过进气余量△V与平均进气量V2计算出维护的剩余工作时间T，当剩余工作时间T不超过设定值时，发出二级提醒，通过计算剩余工作时间提醒方式方便驾驶员直观了解维护的紧迫度和滤清器的工作情况。

进一步的，S3中，剩余工作时间T＝进气余量△V/平均进气量V2。

通过平均进气量V2作为参考，计算出按标准工况下进气余量△V能够供发动机工作的剩余工作时间T，直观的供驾驶员参考。

进一步的，剩余工作时间不超过50h时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

发动机可剩余工作50h时，发出二级提醒，留出时间供驾驶员维护。

进一步的，一级提醒和二级提醒分别通过黄色指示灯警报，当一级提醒和二级提醒同时发出时，使用红色指示灯警报。

当一级提醒和二级提醒同时发出时，表示维护时间较为紧迫，发出红色指示灯警报，进一步警告驾驶员。

进一步的，还包括如下步骤，S3中，发动机ECU对单位进气量前、后的压差传感器实测值进行比较，若进气后的压差实测值小于进气前的压差实测值，则说明发动机进气系统存在异常，提醒驾驶员及时处理；否则，说明发动机进气系统正常。

在实际工况时，空气滤清器正常状态下压差传感器的实测值因滤芯积灰只会逐渐增大，若是实测值突然减小，说明进气系统出现了异常，若是实测值呈现下降趋势则是进气系统出现了破损泄漏，应尽快处理。否则，压差传感器的实测值稳定增加说明系统正常。

进一步的，S3中，当进气余量△V不超过总进气量的5％-15％时，发动机ECU发出空气滤清器维护的一级提醒。

进气余量△V不超过总进气量的5％-15％时，说明滤芯已经大面积积灰，通气不顺，容易导致发动机功率、油耗上升，此时可以考虑更换滤芯，最少留有5％的工作余量方便驾驶员进行维护。

进一步的，所述标准工况下，发动机工作环境恒定，发动机转速恒定，转速设置在800-2000r/min范围内，发动机负荷率25％-100％。

工作环境恒定保证环境含灰量固定，优选的处于室内的封闭空间，转速在 800-2000r/min范围内选择并保持恒定值，发动机负荷率25％-100％，根据实际工况需要进行选择。

进一步的，修正系数K＝实测值平均变化量△P1/压力差变化量△P，其中压差传感器的实测值平均变化量△P1由以下公式计算：

△P1＝(P2-P0)/V，

其中，P2为实际工况当前压差传感器实测值，P0为实际工况初始压差传感器实测值。

通过△P1＝(P2-P0)/V计算出实际工况下单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1，实测值平均变化量△P1与压力差变化量△P进行计算得出基于标准工况的修正系数 K，反应出了实际工况和标准工况的平均参数，提高了修正系数的准确度。

一种使用上述的发动机进气系统监测方法的监测系统，包括发动机ECU、设于发动机进口侧的空气滤清器，所述空气滤清器的进、出气侧之间设置有压差传感器，空气滤清器出气侧设置有流量传感器，所述压差传感器、流量传感器均与发动机ECU电连接。

上述方案中，通过发动机ECU对数据进行处理，空气滤清器用于为发动机提供清洁空气，通过压差传感器来对空气滤清器进、出气侧之间的压差进行测试，通过流量传感器来实时测试经空滤流入发动机的空气流量，压差传感器、流量传感器测试数据传递到发动机ECU进行存储和处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.通过进行标定标准工况MAP图，根据空滤进出气侧的气体压力差以及发动机最大进气阻力，计算出实际工况下空气滤清器接近维护周期，并提前发出提醒，留出驾驶员维护时间，避免影响工作和对发动机性能造成影响；

2.通过空滤进出侧气体压力差、最大进气阻力配合标准工况与实际工况下单位气体流量的压力差变化量对比确定的修正系数，提高了周期判断和预警提醒的准确性；通过气体流量和工作时间两种设定方式进行提醒，提高了预警的准确性，方便驾驶员直观了解空滤工作状态；

3.现有系统大多仅能监测空滤是否堵塞，不能实时监测进气系统是否完好无损，如果进气管路出现破损或密封不严，未经过滤的空气直接进入到发动机，会导致发动机气缸磨损、机油消耗大的一系列问题，本方案中通过对压差传感器实测值的情况进行监测，通过压差实测值的减小来发现进行系统的异常。

附图说明

图1为本发明的实施例1的流程框图；

图2为本发明的实施例2的流程框图；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1所示，一种发动机进气系统监测方法，包括如下步骤：

S1：标准工况下，预先标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP图，对空气滤清器经多个气体流量后的空气滤清器的进、出气侧的气体压力差进行加权计算，得到单位进气量下空气滤清器的进、出气侧气体平均的压力差变化量△P；

S2：根据发动机允许的最大进气阻力确定空气滤清器的进、出气侧的气体的最大压力差P1，根据最大压力差P1和压力差变化量△P，确定空气滤清器达到维护周期的发动机的理论进气量V1；

S3：实际工况下，发动机ECU基于单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1从空气滤清器维护周期MAP图中得到修正系数K，通过修正系数K与理论进气量V1相乘计算出总进气量，通过以下公式计算进气余量△V：

△V＝K·V1-V，

其中，V为实际工况下累计的气体流量，当进气余量△V不超过设定值时，发动机ECU 发出空气滤清器维护的一级提醒。

上述方案，步骤S1中，通过在标准工况下标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP 图，建立基准模型来为后续实际工况计算提供依据，标准工况可以是根据车辆运行环境而选择的固定参数的工况，标准工况下保证发动机转速和负荷率恒定以便于计算，通过对经多个气体流量后的进出气测的气体压力差进行监测和加权计算，得到单位进气量下气体平均的压力差变化量△P；步骤S2中发动机运行时最大进气阻力由发动机自身规格决定，当实际运行阻力超出最大进气阻力时，会对发动机造成磨损、温升的不利影响，随着空气滤清器的使用，空滤的滤芯上堆积的灰尘会逐渐增加，导致空气滤清器的进、出气侧的气体的压力差会逐渐变大，最大压力差应不超过最大进气阻力，优选的，最大压力差P1设为最大进气阻力的0.95-1倍，通过最大压力差P1和压力差变化量△P之商得出理论进气量V1，V1＝P1/△P；步骤S3中，实际工况即发动机实际工作时，发动机ECU对单位进气量前后的压差传感器实测值进行记录，根据压差传感器实测值平均变化量△P1从空气滤清器维护周期MAP图中得到修正系数K，进气余量△V＝K·V1-V，随着进气余量减少到不超过设定值时，发动机ECU发出一级提醒，提醒驾驶员对空气滤清器滤芯进行更换。维护周期MAP图包含气体流量、维护周期、滤清器进出侧气体压力差的对应关系。

进一步的，还包括如下步骤，S3中，发动机ECU对单位进气量前、后的压差传感器实测值进行比较，若进气后的压差实测值小于进气前的压差实测值，则说明发动机进气系统存在异常，提醒驾驶员及时处理；否则，说明发动机进气系统正常。

在实际工况时，空气滤清器正常状态下压差传感器的实测值因滤芯积灰只会逐渐增大，若是实测值突然减小，说明进气系统出现了异常，若是实测值呈现下降趋势则是进气系统出现了破损泄漏，应尽快处理。否则，压差传感器的实测值稳定增加说明系统正常。单位进气量的值可以根据需要进行设置。

进一步的，S3中，当进气余量△V不超过总进气量的5％-15％时，发动机ECU发出空气滤清器维护的一级提醒。

进气余量△V不超过总进气量的5％-15％时，说明滤芯已经大面积积灰，通气不顺，容易导致发动机功率、油耗上升，此时可以考虑更换滤芯，最少留有5％的工作余量方便驾驶员进行维护。

进一步的，所述标准工况下，发动机工作环境恒定，发动机转速恒定，转速设置在800-2000r/min范围内，发动机负荷率25％-100％。

工作环境恒定保证环境含灰量固定，优选的处于室内的封闭空间，转速在 800-2000r/min范围内选择并保持恒定值，发动机负荷率25％-100％，根据实际工况需要进行选择。

进一步的，修正系数K＝实测值平均变化量△P1/压力差变化量△P，其中压差传感器的实测值平均变化量△P1由以下公式计算：

△P1＝(P2-P0)/V，

其中，P2为实际工况当前压差传感器实测值，P0为实际工况初始压差传感器实测值。

通过△P1＝(P2-P0)/V计算出实际工况下单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1，实测值平均变化量△P1与压力差变化量△P进行计算得出基于标准工况的修正系数 K，反应出了实际工况和标准工况的平均参数，提高了修正系数的准确度。

一种使用上述的发动机进气系统监测方法的监测系统，包括发动机ECU、设于发动机进口侧的空气滤清器，所述空气滤清器的进、出气侧之间设置有压差传感器，空气滤清器出气侧设置有流量传感器，所述压差传感器、流量传感器均与发动机ECU电连接。

上述方案中，通过发动机ECU对数据进行处理，空气滤清器用于为发动机提供清洁空气，通过压差传感器来对空气滤清器进、出气侧之间的压差进行测试，通过流量传感器来实时测试经空滤流入发动机的空气流量，压差传感器、流量传感器测试数据传递到发动机ECU进行存储和处理。

实施例2

本实施例的一种发动机进气系统监测方法，在实施例1的基础上进行进一步的优化：

进一步的，还包括如下步骤：

S3中，发动机ECU根据空气滤清器维护周期MAP图，计算发动机的单位工作时间内平均进气量V2；发动机ECU根据进气余量△V与平均进气量V2，计算距离空气滤清器维护的剩余工作时间T，当剩余工作时间T不超过设定值时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

在实际工况下，通过计算出平均进气量V2作为参考来进行计算，通过进气余量△V与平均进气量V2计算出维护的剩余工作时间T，当剩余工作时间T不超过设定值时，发出二级提醒，通过计算剩余工作时间提醒方式方便驾驶员直观了解维护的紧迫度和滤清器的工作情况。

进一步的，S3中，剩余工作时间T＝进气余量△V/平均进气量V2。

通过平均进气量V2作为参考，计算出按标准工况下进气余量△V能够供发动机工作的剩余工作时间T，直观的供驾驶员参考。

进一步的，剩余工作时间不超过50h时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

发动机可剩余工作50h时，发出二级提醒，留出时间供驾驶员维护。

进一步的，一级提醒和二级提醒分别通过黄色指示灯警报，当一级提醒和二级提醒同时发出时，使用红色指示灯警报。

当一级提醒和二级提醒同时发出时，表示维护时间较为紧迫，发出红色指示灯警报，进一步警告驾驶员。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种发动机进气系统监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：标准工况下，预先标定基于气体流量的空气滤清器维护周期MAP图，对空气滤清器经多个气体流量后的空气滤清器的进、出气侧的气体压力差进行计算，得到单位进气量下空气滤清器的进、出气侧气体平均的压力差变化量△P；

S2：根据发动机允许的最大进气阻力确定空气滤清器的进、出气侧的气体的最大压力差P1，根据最大压力差P1和压力差变化量△P，确定空气滤清器达到维护周期的发动机的理论进气量V1；

S3：实际工况下，发动机ECU基于单位进气量的压差传感器实测值平均变化量△P1从空气滤清器维护周期MAP图中得到修正系数K，通过修正系数K与理论进气量V1相乘计算出总进气量，通过以下公式计算进气余量△V：

△V＝K·V1-V，

其中，V为实际工况下累计的气体流量，当进气余量△V不超过设定值时，发动机ECU发出空气滤清器维护的一级提醒。

2.根据权利要求1所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，还包括如下步骤：

S3中，发动机ECU根据进气余量△V与发动机的单位工作时间内平均进气量V2，计算距离空气滤清器维护的剩余工作时间T，其中，平均进气量V2由发动机ECU根据空气滤清器维护周期MAP图计算；当剩余工作时间T不超过设定值时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

3.根据权利要求2所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，S3中，剩余工作时间T＝进气余量△V/平均进气量V2。

4.根据权利要求2所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，剩余工作时间不超过50h时，发动机ECU发出空气滤清器维护的二级提醒。

5.根据权利要求2所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，一级提醒和二级提醒分别通过黄色指示灯警报，当一级提醒和二级提醒同时发出时，使用红色指示灯警报。

6.根据权利要求1所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，还包括如下步骤，S3中，发动机ECU对单位进气量前、后的压差传感器实测值进行比较，若进气后的压差实测值小于进气前的压差实测值，则说明发动机进气系统存在异常，提醒驾驶员及时处理；否则，说明发动机进气系统正常。

7.根据权利要求1所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，S3中，当进气余量△V不超过总进气量的5％-15％时，发动机ECU发出空气滤清器维护的一级提醒。

8.根据权利要求1所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，所述标准工况下，发动机工作环境恒定，发动机转速恒定，转速设置在800-2000r/min范围内，发动机负荷率25％-100％。

9.根据权利要求1所述的发动机进气系统监测方法，其特征在于，修正系数K＝实测值平均变化量△P1/压力差变化量△P，其中压差传感器的实测值平均变化量△P1由以下公式计算：

△P1＝(P2-P0)/V，

其中，P2为实际工况当前压差传感器实测值，P0为实际工况初始压差传感器实测值。

10.一种使用如权利要求1-9任一项所述的发动机进气系统监测方法的监测系统，包括发动机ECU、设于发动机进口侧的空气滤清器，其特征在于，所述空气滤清器的进、出气侧之间设置有压差传感器，空气滤清器出气侧设置有流量传感器，所述压差传感器、流量传感器均与发动机ECU电连接。

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