CN205981697U - 一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，包括台架自动控制单元、燃烧边界控制单元以及发动机ECU测量和标定单元。本实用新型的有益效果是可以实时地自动控制发动机始终运行在目标燃烧状态，同时能够实时的监控和识别发动机异常燃烧，实时地自动采取保护动作，从而提高燃烧开发试验的效率和质量，保护试验安全，节约试验费用。

Description

一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及发动机台架试验测试技术，具体是一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统。

背景技术

发动机燃烧开发关系到发动机的动力性、经济性和排放水平，在燃烧开发台架试验中，由于发动机处于开发早期，发动机燃烧情况具有较多不确定性，经常会发生因发动机异常燃烧导致发动机损坏的情况，对试验安全造成很大威胁。此外，在燃烧开发试验过程中，发动机标定数据不完善，试验过程中需要通过不断调整发动机电控数据来调整发动机达到目标燃烧状态，对试验人员的技术水平要求较高，且工作量很大，难免会出现人为操作失误或不及时而导致发动机损坏的情况，影响试验开发效率和试验开发质量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，使设备自动地实时控制发动机运行在目标燃烧状态，同时能够实时自动监控发动机异常燃烧情况并自动采取保护动作，防止意外发生。

为达到上述发明目的，提供一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，包括台架自动控制单元、燃烧边界控制单元以及发动机ECU测量和标定单元；所述的台架自动控制单元包括台架主控模块、试验运行条件控制设备、电子油门、测功机；台架主控模块通过测功机和电子油门控制发动机转速和台架油门开度；台架主控模块通过试验运行条件控制设备控制发动机试验运行条件；燃烧边界控制单元用于实时监控和识别发动机燃烧状态边界，并将监测信息反馈给台架主控模块；发动机ECU测量和标定单元用于实时测量和修改发动机ECU控制单元的电控参数，包括ECU测量和标定模块、电控接口单元、发动机ECU控制单元；所述ECU测量和标定模块与台架主控模块通讯，所述电控接口单元采通过网线与ECU测量和标定模块通讯，同时与发动机ECU控制单元通讯。

优选的，燃烧边界控制单元包括测量系统、燃烧分析仪、排放分析仪、Lambda测量仪；测量系统将发动机的压力、温度、转速和扭矩信息反馈至台架控制模块，燃烧分析仪将燃烧信息通过CAN总线传递给台架主控模块，排放分析仪将发动机排放信息传递至台架主控模块，Lambda测量仪将Lamb da过量空气系数传送至台架主控模块。

优选的，所述的台架主控模块中包含PID控制器、步进式控制器和异常燃烧保护模式。

优选的，PID控制器具体包括最佳燃烧角度控制器、Lambda控制器、排温控制器、发动机灵活负荷控制器，步进式控制器包括点火角控制器和进排气正时角度控制器，异常燃烧保护模式包括发动机失火、轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压力、排温的保护。

本实用新型的发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，通过设置台架自动控制单元，使得实验运行条件和发动机转速、台架油门开度可以通过实验环境自动进行控制，提高了工作效率。

通过设置燃烧边界监控单元，使得自动控制单元能够进一步监控和识别发动机燃烧状态边界，监控发动机轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压力、AI50(50％燃烧对应曲轴转角)，监控和观测异常状态的发生，并按照情况对实验环境和发动机转速、负荷以及ECU电控参数进行修改，防止异常状态进一步扩大。

通过设置发动机ECU测量和标定单元，使得自动控制单元能够进一步根据相应参数，实现实时对发动机点火提前角、进排气正时角度、节气门开度、增压器阀门开度、喷油量的控制。

本实用新型的有益效果是可以实时地自动控制发动机始终运行在目标燃烧状态，同时能够实时的监控和识别发动机异常燃烧，实时地自动采取保护动作，从而提高燃烧开发试验的效率和质量，保护试验安全，节约试验费用。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

其中：

1-发动机 2-发动机ECU控制单元 3-电控接口单元

4-ECU测量和标定模块 5-台架主控模块 6-试验运行条件控制设备

7-电子油门 8-测功机 9-测量系统

10-燃烧分析仪 11-Lambda测量仪 12-排放分析仪

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

根据图1所示的一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，设有由台架主控模块5、试验运行条件控制设备6、电子油门7及测功机8、测量系统9组成的台架自动控制单元，所述测量系统9测量发动机1运行压力、温度、转速和扭矩并将测量数据传递给台架主控模块5，所述台架主控模块5采用测量数据作为参数计算出调整数值。

还设有燃烧边界监控单元和发动机ECU测量和标定单元；所述燃烧边界监控单元采用燃烧分析仪10、Lambda测量仪11、排放分析仪12监控和识别发动机1燃烧状态边界信息，并将实时数据传递给台架自动控制单元；所述发动机ECU测量和标定单元采用发动机ECU控制单元2实时测量发动机1点火提前角、进排气正时角度、节气门开度、增压器阀门开度、喷油量等电控参数，并由电控接口单元3实时传递给ECU测量和标定模块4，经过转换后，将实时数据输入台架自动控制单元。

所述台架自动控制单元的台架主控模块5将测量系统9的数据，与燃烧边界监控单元、发动机ECU测量和标定单元的实时数据一起作为参数对调整数值进行修正。

台架主控模块5将修正后的调整数值通过ECU测量和标定模块4转换后由电控接口单元3实时输出至发动机ECU控制单元2，以调整发动机1点火提前角、进排气正时角度、节气门开度、增压器阀门开度、喷油量等电控参数；所述试验运行条件控制设备6从台架主控模块5接收修正后的调整数值并依此对发动机1试验运行条件进行调整，所述电子油门7及测功机8从台架主控模块5接收修正后的调整数值并依此调整发动机1转速和台架油门开度。

具体设备上，台架主控模块5可以通过VB语言编程实现多种控制器模型PID调节和步进式调节以及异常燃烧保护模式，PID控制器具体包括最佳燃烧角度控制器、Lambda控制器、排温控制器、发动机灵活负荷控制器，步进式控制器包括点火角控制器和进排气正时角度控制器，异常燃烧保护模式包括发动机失火、轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压力、排温的保护。

台架主控模块5通过对测功机8和电子油门7的控制实现对发动机转速和台架油门的控制，台架主控模块5通过试验运行条件控制设备6实现对发动机各种试验运行条件的控制，试验运行条件包括发动机冷却液出水温度和机油温度、燃油温度和压力、进气温度和湿度、中冷后进气温度和压差、排气背压等，试验运行条件控制设备6包括燃油温控、冷却液温控设备、机油温控设备、进气空调、台架中冷器和排气背压阀等试验设备。

测量系统9包括各种压力和温度传感器以及转速和扭矩传感器，用于测量包括排温在内的发动机运行相关压力和温度以及发动机转速和扭矩，所述排温对于涡轮增压发动机对应为涡前排温，对于非涡轮增压发动机对应催化前排温。

燃烧边界监控单元用于实时监控和识别发动机燃烧状态边界。为了实现实时监控和识别，燃烧分析仪10通过500kb/s速率的高速CAN总线与台架主控模块5通讯，实现监控的高实时性，用于监控发动机轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压力、AI50(50％燃烧对应曲轴转角)、燃烧稳定性。Lambda测量仪11通过电压输出和线性关系标定的方式实现与台架主控模块5的实时通讯，用于测量发动机过量空气系数Lambd a。排放分析仪12采用TCP/IP协议通过网线与台架主控模块5通讯，采取催化前直接采样的方式实时测量发动机催化前原始气体排放物，比如碳氢排放物THC，用于判断发动机失火的情况。

发动机ECU测量和标定单元用于实时测量和修改发动机ECU控制单元2的电控参数，实现实时对发动机点火提前角、进排气正时角度、节气门开度、增压器阀门开度、喷油量等电控参数的控制。所述ECU测量和标定模块4通过ASAP3协议与台架主控模块5通讯，所述电控接口单元3采用TCP/IP协议通过网线与ECU测量和标定模块4通讯，所述发动机ECU控制单元2通过ETK/CCP协议与电控接口单元3通讯，实现台架主控模块5对发动机ECU控制单元2的实时测量和标定修改。

需要投入使用时，台架主控模块5通过VB语言编程完成控制器和异常燃烧保护模式的编写，台架主控模块5通过测功机8和电子油门7控制发动机转速和台架油门开度，台架主控模块5通过试验运行条件控制设备6实现对发动机各种试验运行条件的控制，台架主控模块5通过燃烧边界监控单元实现实时地监控发动机燃烧边界，通过测量单元9监控发动机温度、压力、转速和扭矩，通过发动机ECU测量和标定单元实现对发动机ECU控制单元2的实时测量和标定修改。通过台架主控模块5的信息收集和实时控制，实现对发动机目标燃烧状态的实时控制，包括发动机转速和负荷、试验运行条件、最佳燃烧角度、Lambda、排温、点火提前角、进排气正时角度控制；通过台架主控模块5的信息收集和实时控制，实现对异常燃烧保护模式，以完成对发动机异常燃烧的保护，包括对失火、轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压、排温的保护。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，其特征在于，包括台架自动控制单元、燃烧边界控制单元以及发动机ECU测量和标定单元；

所述的台架自动控制单元包括台架主控模块(5)、试验运行条件控制设备(6)、电子油门(7)、测功机(8)；台架主控模块(5)通过测功机(8)和电子油门(7)控制发动机(1)转速和台架油门开度；台架主控模块(5)通过试验运行条件控制设备(6)控制发动机(1)试验运行条件；

燃烧边界控制单元用于实时监控和识别发动机(1)燃烧状态边界，并将监测信息反馈给台架主控模块(5)；

发动机ECU测量和标定单元用于实时测量和修改发动机ECU控制单元的电控参数，包括ECU测量和标定模块(4)、电控接口单元(3)、发动机ECU控制单元(2)；所述ECU测量和标定模块(4)与台架主控模块(5)通讯，所述电控接口单元(3)采通过网线与ECU测量和标定模块(4)通讯，同时与发动机ECU控制单元(2)通讯。

2.根据权利要求1所述的发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，其特征在于，燃烧边界控制单元包括测量系统(9)、燃烧分析仪(10)、排放分析仪(12)、Lambda测量仪(11)；测量系统(9)将发动机的压力、温度、转速和扭矩信息反馈至台架控制模块(5)，燃烧分析仪(10)将燃烧信息通过CAN总线传递给台架主控模块(5)，排放分析仪(12)将发动机排放信息传递至台架主控模块(5)，Lambda测量仪(11)将Lambda过量空气系数传送至台架主控模块(5)。

3.根据权利要求1所述的发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，其特征在于，所述的台架主控模块(5)中包含PID控制器、步进式控制器和异常燃烧保护模式。

4.根据权利要求3所述的发动机台架试验燃烧实时自动控制系统，其特征在于，PID控制器具体包括最佳燃烧角度控制器、Lambda控制器、排温控制器、发动机灵活负荷控制器，步进式控制器包括点火角控制器和进排气正时角度控制器，异常燃烧保护模式包括发动机失火、轻度爆震、中度爆震、超级爆震、早燃、最大爆发压力、排温的保护。