发动机喷油提前角监测方法及发动机系统与流程

1.本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及发动机喷油提前角监测方法及发动机系统。


背景技术：

2.发动机喷油提前角就是指喷油器开启且向气缸内喷油时刻对应活塞顶部距上止点所对应的曲轴转角。喷油提前角过小，会造成发动机后燃严重，燃油消耗率高，排气温度高，以及冒黑烟等征状。喷油提前角过大，会造成发动机工作粗暴，运转不平稳，机械负荷增大，甚至出现拉缸等问题，故喷油提前角若不符合要求，必将影响到发动机的动力性和经济性。现有技术中检测喷油提前角的方法主要分为两类，一类是静态检测，一般是通过滴油法和预升程法对油泵的供油提前角进行测量，另一类是动态检测。
3.其中，对于动态检测的方法而言，现有技术中的一种发动机喷油提前角监测方法，其需要对喷油泵和高压油管进行喷油规律测试，利用测得的喷油规律对振动信号进行标定，从而获得振动信号与喷油提前角的对应关系。这种发动机喷油提前角监测方法，如果发动机的机型不同，则需要重新对振动信号进行标定，通用性差，并且测试过程比较繁琐。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供发动机喷油提前角监测方法及发动机系统，以解决现有技术中的发动机喷油提前角监测方法，针对不同的发动机机型，需要重新对振动信号进行标定，通用性差，并且测试过程比较繁琐的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.发动机喷油提前角监测方法，喷油器或与所述喷油器相连的高压油管处设置有第一振动加速度传感器，发动机气缸盖设置有第二振动加速度传感器，所述发动机喷油提前角监测方法包括：
7.依据所述第一振动加速度传感器实时获取第一振动信号，并生成第一图谱；其中，第一图谱为第一振动加速度—时间图谱；
8.依据所述第二振动加速度传感器实时获取第二振动信号，并生成第二图谱；其中，第二图谱为第二振动加速度—时间图谱；
9.依据所述第一图谱和所述第二图谱获取喷油器振动图谱；其中，喷油器振动图谱为喷油器振动加速度—时间图谱；
10.依据所述喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1；
11.获取活塞到达上止点的时刻t2；
12.依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角；其中，θ为喷油提前角，
°
ca；n为发动机实时转速，r/min；t1为开始喷油时刻，ms；t2为活塞到达上止点的时刻，ms。
13.作为优选，依据所述第一图谱和所述第二图谱获取喷油器振动图谱的具体步骤包括：
14.同一时刻的第一振动加速度减去同一时刻的第二振动加速度得到第三振动加速度，并生成第三图谱；其中，第三图谱为第三振动加速度—时间图谱；
15.对所述第三图谱的第三振动加速度进行傅里叶变换，进行滤波，并生成所述喷油器振动图谱。
16.作为优选，依据所述喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1的具体步骤包括：
17.计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值；
18.从各个所述斜率值中获取最大斜率值；
19.以所述最大斜率值对应的两个坐标点中的第一个坐标点对应的时刻值为所述开始喷油时刻t1。
20.作为优选，发动机曲轴设有角度传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
21.依据所述角度传感器实时获取曲轴转角，并生成曲轴转角图谱；其中，所述曲轴转角图谱为曲轴转角—时间图谱；
22.依据所述曲轴转角图谱获取所述开始喷油时刻t1之后第一个曲轴转角为零的时刻，为所述活塞到达上止点的时刻t2。
23.作为优选，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
24.计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值；
25.获取所述开始喷油时刻t1之后第一个最小斜率值；
26.以所述最小斜率值对应的两个坐标点中的第二个坐标点对应的时刻值为所述活塞到达上止点的时刻t2。
27.作为优选，所述发动机气缸设有压力传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
28.依据所述压力传感器实时获取气缸压力，并生成气缸压力图谱；其中，所述气缸压力图谱为气缸压力—时间图谱；
29.依据所述气缸压力图谱获取所述开始喷油时刻t1之后第一个气缸压力最大值对应的时刻，为所述活塞到达上止点的时刻t2。
30.作为优选，发动机曲轴设有角度传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
31.依据所述角度传感器实时获取曲轴转角；
32.依据所述曲轴转角实时计算所述活塞在发动机气缸中的位置；
33.依据所述活塞在发动机气缸中的位置计算所述发动机气缸的容积；
34.判断开始喷油时刻t1之后发动机气缸的容积是否小于等于设定容积值；
35.若发动机气缸的容积小于等于所述设定容积值，则以第一个发动机气缸的容积小于等于设定容积值对应的时刻为所述活塞到达上止点的时刻t2。
36.作为优选，依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角之后还包括以下步骤：
37.获取多个曲轴转速对应的多个喷油提前角；
38.计算多个喷油提前角的平均值，为喷油提前角平均值；
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
56.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
57.本发明提供了发动机系统，该发动机系统，喷油器或与喷油器相连的高压油管处设置有第一振动加速度传感器，发动机气缸盖设置有第二振动加速度传感器。
58.本发明还提供了发动机喷油提前角监测方法，用于实施于上述的发动机系统。该发动机喷油提前角监测方法在不拆机的前提下能够实时的监测出喷油提前角，且监测方法简单，且相对于现有技术中的发动机喷油提前角监测方法而言，适用于不同机型的发动机，通用性好。
59.具体地，如图1所示，该发动机喷油提前角监测方法包括以下步骤：
60.s100、依据第一振动加速度传感器实时获取第一振动信号，并生成第一图谱；其中，第一图谱为第一振动加速度—时间图谱。其中，如图2所示，为额定转速为1500r/min的四冲程发动机测得的第一图谱。
61.s200、依据第二振动加速度传感器实时获取第二振动信号，并生成第二图谱；其中，第二图谱为第二振动加速度—时间图谱。其中，如图3所示，为额定转速为1500r/min的四冲程发动机测得的第二图谱。
62.s300、依据第一图谱和第二图谱获取喷油器振动图谱；其中，喷油器振动图谱为喷油器振动加速度—时间图谱。
63.具体地，依据第一图谱和第二图谱获取喷油器振动图谱的具体步骤包括：
64.s310、同一时刻的第一振动加速度减去同一时刻的第二振动加速度得到第三振动加速度，并生成第三图谱；其中，第三图谱为第三振动加速度—时间图谱。
65.具体地，设置同一时刻的第一振动加速度减去同一时刻的第二振动加速度得到第三振动加速度，能够排除掉由于发动机振动传导喷油器的振动量，以提升喷油器振动图谱的准确性。
66.可以理解的是，如若还有其他器械或外界环境等产生振动会影响喷油器振动加速度的准确性，也可采用上述的方法提升喷油器振动图谱的准确性。
67.s320、对第三图谱的第三振动加速度进行傅里叶变换，进行滤波，并生成喷油器振动图谱。其中，如图4所示，为生成的额定转速为1500r/min的四冲程发动机生成的喷油器振动图谱。
68.具体地，按照每设定时长将第三振动加速度—时间图谱进行分割，然后对每设定时长的第三振动加速度—时间图谱进行傅里叶变换，然后进行滤波，最后再依据时间顺序合并各个设定时长的图谱，生成喷油器振动图谱。其中，对第三振动加速度—时间图谱进行滤波的目的是为了过滤低频信号，以排除干扰信号，从而进一步提升得到的喷油器振动图
谱的准确性。
69.具体地，在本实施例中，示例性的以每10ms将第三振动加速度—时间图谱进行分割，然后对每10ms的第三振动加速度—时间图谱进行傅里叶变换，然后进行滤波，最后再依据时间顺序合并各个10ms时长的图谱，生成喷油器振动图谱。
70.其中，进行傅里叶变换和滤波的具体方法均为现有技术，在此不再赘述。
71.s400、依据喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1。其中，t1为开始喷油时刻，ms。
72.其中，依据喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1的具体步骤包括：
73.s410、计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值。
74.s420、从各个斜率值中获取最大斜率值。
75.s430、以最大斜率值对应的两个坐标点中的第一个坐标点对应的时刻值为开始喷油时刻t1。
76.可以理解的是，当斜率最大时，代表喷油器开始喷油，则最大斜率值对应的两个坐标点中的第一个坐标点对应的时刻值为开始喷油时刻t1。
77.s500、获取活塞到达上止点的时刻t2。其中，t2为活塞到达上止点的时刻，ms。
78.其中，在本实施例中，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤为：
79.s510、依据角度传感器实时获取曲轴转角，并生成曲轴转角图谱；其中，曲轴转角图谱为曲轴转角—时间图谱。其中，发动机曲轴设有角度传感器。
80.s520、依据曲轴转角图谱获取开始喷油时刻t1之后第一个曲轴转角为零的时刻，为活塞到达上止点的时刻t2。
81.具体地，如图5所示，在本实施例中，为额定转速为1500r/min的四冲程发动机为例，发动机气缸排气过程中活塞达到上至点时曲轴的曲轴转角为-360
°
，压缩过程活塞到达上止点时曲轴转角则为0
°
，即曲轴每转过720
°
为一个循环，曲轴转角为0
°
时为活塞到达上止点时刻t2。
82.如若以二冲程发动机为例，发动机气缸排气过程中活塞到达上止点时曲轴的曲轴转角为0
°
，活塞到达下止点时曲轴转角标定为360
°
，即曲轴每转过360
°
为一个循环，曲轴转角为0
°
时为活塞到达上止点时刻t2。
83.作为一种替代方案，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
84.计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值。获取开始喷油时刻t1之后第一个最小斜率值；以最小斜率值对应的两个坐标点中的第二个坐标点对应的时刻值为活塞到达上止点的时刻t2。
85.作为一种替代方案，发动机气缸设有压力传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
86.依据压力传感器实时获取气缸压力，并生成气缸压力图谱；其中，气缸压力图谱为气缸压力—时间图谱；依据气缸压力图谱获取开始喷油时刻t1之后第一个气缸压力最大值对应的时刻，为活塞到达上止点的时刻t2。
87.作为一种替代方案，发动机曲轴设有角度传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：
88.依据角度传感器实时获取曲轴转角；依据曲轴转角实时计算活塞在发动机气缸中的位置；依据活塞在发动机气缸中的位置计算发动机气缸的容积；判断开始喷油时刻t1之后发动机气缸的容积是否小于等于设定容积值；若发动机气缸的容积小于等于设定容积值，则以第一个发动机气缸的容积小于等于设定容积值对应的时刻为活塞到达上止点的时刻t2。
89.可以理解的是，开始喷油时刻t1之后，第一个发动机气缸的容积小于等于设定容积值对应的时刻为活塞到达上止点的时刻t2。
90.其中，依据曲轴转角实时计算活塞在发动机气缸中的位置，以及依据活塞在发动机气缸中的位置计算发动机气缸的容积的具体方法属于现有技术，在此不再赘述。
91.s600、依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角；其中，θ为喷油提前角，
°
ca；n为发动机实时转速，r/min；t1为开始喷油时刻，ms；t2为活塞到达上止点的时刻，ms。
92.具体地，采集发动机实时转速信号n，推导出曲轴每毫秒转过的角度为：(360*n)/(60*1000)；其中，n为发动机实时转速，r/min。
93.从喷油器喷油时刻到活塞到达上止点时刻，曲轴旋转的时间为：(t2-t1)。则喷油提前角为曲轴每毫秒转过的角度乘以曲轴旋转的时间，即θ＝6n(t2-t1)/1000。
94.s700、获取多个曲轴转速对应的多个喷油提前角。
95.s800、计算多个喷油提前角的平均值，为喷油提前角平均值。
96.s900、判断喷油提前角平均值是否正常。
97.具体地，判断喷油提前角平均值是否正常的具体步骤包括：
98.判断喷油提前角平均值是否在设定喷油提前角范围内。
99.若喷油提前角平均值在设定喷油提前角范围内，则喷油提前角平均值正常。
100.若喷油提前角平均值未在设定喷油提前角范围内，则发出警报。
101.具体地，以额定转速为1500r/min的四冲程发动机为例，该发动机的喷油提前角设定值为21
±1°
ca，根据上述发动机喷油提前角监测方法测得喷油提前角表格如图6所示，计算得到的喷油提前角平均值21.4
°
ca，与设计值接近。
102.从而，该发动机喷油提前角监测方法在不拆机的前提下能够实时的监测出喷油提前角，且监测方法简单，且相对于现有技术中的发动机喷油提前角监测方法而言，适用于不同机型的发动机，通用性好。
103.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，喷油器或与所述喷油器相连的高压油管处设置有第一振动加速度传感器，发动机气缸盖设置有第二振动加速度传感器，所述发动机喷油提前角监测方法包括：依据所述第一振动加速度传感器实时获取第一振动信号，并生成第一图谱；其中，第一图谱为第一振动加速度—时间图谱；依据所述第二振动加速度传感器实时获取第二振动信号，并生成第二图谱；其中，第二图谱为第二振动加速度—时间图谱；依据所述第一图谱和所述第二图谱获取喷油器振动图谱；其中，喷油器振动图谱为喷油器振动加速度—时间图谱；依据所述喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1；获取活塞到达上止点的时刻t2；依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角；其中，θ为喷油提前角，
°
ca；n为发动机实时转速，r/min；t1为开始喷油时刻，ms；t2为活塞到达上止点的时刻，ms。2.根据权利要求1所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，依据所述第一图谱和所述第二图谱获取喷油器振动图谱的具体步骤包括：同一时刻的第一振动加速度减去同一时刻的第二振动加速度得到第三振动加速度，并生成第三图谱；其中，第三图谱为第三振动加速度—时间图谱；对所述第三图谱的第三振动加速度进行傅里叶变换，进行滤波，并生成所述喷油器振动图谱。3.根据权利要求1所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，依据所述喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1的具体步骤包括：计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值；从各个所述斜率值中获取最大斜率值；以所述最大斜率值对应的两个坐标点中的第一个坐标点对应的时刻值为所述开始喷油时刻t1。4.根据权利要求1-3任一项所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，发动机曲轴设有角度传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：依据所述角度传感器实时获取曲轴转角，并生成曲轴转角图谱；其中，所述曲轴转角图谱为曲轴转角—时间图谱；依据所述曲轴转角图谱获取所述开始喷油时刻t1之后第一个曲轴转角为零的时刻，为所述活塞到达上止点的时刻t2。5.根据权利要求1-3任一项所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：计算任意相邻的两个坐标点(第一喷油器振动加速度，第一时刻)，以及(第二喷油器振动加速度，第二时刻)之间的斜率值；获取所述开始喷油时刻t1之后第一个最小斜率值；以所述最小斜率值对应的两个坐标点中的第二个坐标点对应的时刻值为所述活塞到达上止点的时刻t2。
6.根据权利要求1-3任一项所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，所述发动机气缸设有压力传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：依据所述压力传感器实时获取气缸压力，并生成气缸压力图谱；其中，所述气缸压力图谱为气缸压力—时间图谱；依据所述气缸压力图谱获取所述开始喷油时刻t1之后第一个气缸压力最大值对应的时刻，为所述活塞到达上止点的时刻t2。7.根据权利要求1-3任一项所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，发动机曲轴设有角度传感器，获取活塞到达上止点的时刻t2的具体步骤包括：依据所述角度传感器实时获取曲轴转角；依据所述曲轴转角实时计算所述活塞在发动机气缸中的位置；依据所述活塞在发动机气缸中的位置计算所述发动机气缸的容积；判断开始喷油时刻t1之后发动机气缸的容积是否小于等于设定容积值；若发动机气缸的容积小于等于所述设定容积值，则以第一个发动机气缸的容积小于等于设定容积值对应的时刻为所述活塞到达上止点的时刻t2。8.根据权利要求1-3任一项所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角之后还包括以下步骤：获取多个曲轴转速对应的多个喷油提前角；计算多个喷油提前角的平均值，为喷油提前角平均值；判断所述喷油提前角平均值是否正常。9.根据权利要求8所述的发动机喷油提前角监测方法，其特征在于，判断所述喷油提前角平均值是否正常的具体步骤包括：判断所述喷油提前角平均值是否在设定喷油提前角范围内；若所述喷油提前角平均值在所述设定喷油提前角范围内，则所述喷油提前角平均值正常；若所述喷油提前角平均值未在所述设定喷油提前角范围内，则发出警报。10.发动机系统，其特征在于，用于实施权利要求1-9任一项所述的发动机喷油提前角监测方法。

技术总结
本发明公开了发动机喷油提前角监测方法及发动机系统，该发动机喷油提前角监测方法，依据第一振动加速度传感器实时获取第一振动加速度—时间图谱；依据第二振动加速度传感器实时获取第二振动加速度—时间图谱；再通过第一图谱和第二图谱获取喷油器振动加速度—时间图谱；依据喷油器振动图谱获取开始喷油时刻t1；再获取气缸到达上止点的时刻t2；再依据θ＝6n(t2-t1)/1000计算得到喷油提前角。在不拆机的前提下能够实时的监测出喷油提前角，且监测方法简单，且相对于现有技术中的发动机喷油提前角监测方法而言，适用于不同机型的发动机，通用性好。通用性好。通用性好。


技术研发人员：安燕奎 张文强
受保护的技术使用者：潍柴重机股份有限公司
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/5/13