一种共轨喷油器一致性的在线诊断方法

摘要

本发明提供一种共轨喷油器一致性的在线诊断方法，包括下述步骤：步骤一，在共轨蓄压轨道内压力满足要求的条件下，采集并计算主喷动作在蓄压轨道内引起的压力降；步骤二，获取当前工作循环的主喷压力降基准值；将步骤一中采集计算的主喷压力降除以主喷压力降基准值得到喷油器本次喷射的喷射压降比；步骤三，根据确定的喷油器喷射压降比对照一组喷油器喷油能力等级阈值进行比较，确定喷油器本次计算的喷油能力等级，并用统计的方法最终确定喷油器喷油能力等级。本发明能够精确计算喷油器老化程度，无需增加额外成本。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机领域，尤其是一种电控共轨喷油器的诊断与评价的方法。

背景技术

安装在柴油机高压共轨系统上的多个喷油器在安装之前，需要操作人员利 用实验台架进行分组，以选择喷射特性相近的一组喷油器即相同的喷射压力喷 射脉宽下喷射油量接近，然而安装在柴油机上的一组喷油器由于制造、装配或 者在运行过程中的摩损原因不可避免的会出现喷油器个体差异，有的喷油器在 相同的喷射压力和喷射脉宽下实际喷射油量相比标准喷油油量偏大，有的喷油 器样品实际喷射油量则可能变小，甚至出现喷油器个体失效的严重故障，由于 实际喷射的燃油量在柴油机运行过程并不存在反馈，对于一组喷油器老化磨损 造成的各缸不均匀偏差无法实时有效的检测并进行校正。

现有的解决方法主要通过比较喷射入内燃机汽缸内的燃油燃烧效果的方法 间接推算喷油器实际喷射的燃油量，例如通过比较不同汽缸的瞬时转速差异或 者通过采集排气管内的气体成分来确定喷油器实际喷射燃油与标称燃油的差 异。

如中国专利CN102287281以及CN102606328均采用计算内燃机汽缸的瞬时 转速或者临时改变喷油动作计算内燃机转速的差异而推算喷油器的老化磨损程 度，该方法虽然具有一定的效果但局限性也比较明显，由于从燃油喷入汽缸到 内燃机转速信号反映中间经过一系列复杂的物理化学变化，引起内燃机瞬时转 速变化的因素较多，比如进气系统特性变异或者燃烧系统密封性变化等均能引 起内燃机瞬时转速的差异，同时随着内燃机汽缸增多内燃机转动惯量变大由燃 油喷射较小偏差引起的瞬时转速变化也越来越来越小，这些因素极大的限制了 该类方法的使用范围；中国专利CN102400804提出了通过采集排气成分的差异 来推算喷油器喷射特性变异的方法同样具有输入输出信号传递路径长、外部影 响因素多的缺陷，同时由于需要使用尾气检测传感器，在未安装传感器的情况 下可能要增加成本不利于该方法的推广；中国专利CN1773101在提出利用汽缸 瞬时转速推算喷油器特性变异的同时，针对电控共轨系统增加了对喷射压力波 动的统计分析虽较之前方法有了明显进步但在喷射压力波的获取处理上较粗 泛，诊断的可靠性较低且未能提供喷油器老化程度详细数据。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种实时可靠的反映电控共轨喷 油器一致性的在线诊断方法，该方法避开内燃机复杂的燃烧过程而采用对喷射 动作引起的喷射压力降进行采集，由燃油喷射量和喷射压力降的强关联关系诊 断喷油器的老化磨损，且根据控制参数动态地确定主喷采集区间并考虑紧靠主 喷的预喷动作对主喷压力降的影响，精确计算喷油器老化程度，无需增加额外 成本易于大规模推广应用。

所谓喷油器的一致性即在相同的喷射指令下电控共轨喷油器实际燃油喷射 量与标称燃油喷射量的差异程度。以往的解决方法均集中在通过比较喷射燃油 燃烧的效果来间接推算实际的喷射的燃油量，这些方法均存在一些不足缺陷， 因为喷射的燃油燃烧过程涉及到影响因素较多，较小的燃油喷射量差异引起的 燃烧效果不明显或者说燃烧效果不能将燃油差异放大从而导致计算的喷油器实 际喷射量准确度不够。本发明避开燃烧过程这一复杂的传递过程，而通过采集 喷油器喷射动作引起的压力降推算实际喷油器喷入汽缸的燃油量，实际喷油量 与喷射压力降之间存在正比较强的关系，见如下数学公式：

$K=\frac{-\mathrm{dV}}{\mathrm{dP}}.V$

其中K代表燃油的弹性模量，一定压力下可视为常数，V代表固定的体积， 可视为电控共轨管道的容积，则设燃油的体积与共轨轨道内的压力变化dP成正 比。这是本发明实现的理论支持。

本发明采用的技术方案是：

一种共轨喷油器一致性的在线诊断方法，包括下述步骤：

步骤一，当电控共轨内燃机控制单元中控制参数确定共轨系统轨道内压力 当前不处于急剧变化状态，更具体的说，在轨道压力控制过程当中的目标轨道 压力变化幅度不超过标定阈值时，

对于存在预喷的喷射模式，则先由最靠近主喷的预喷动作确定的预喷油量 和预喷与主喷间隔通过查表的方式获取预喷对主喷压力降的标定修正系数；所 查的表格是预先标定的主喷压力降修正系数MAP表格；

然后由电控共轨控制单元计算的主喷提前角度确定主喷压力降采集区间的 起始点，由电控共轨控制单元计算的主喷脉宽参数确定主喷压力降采集区间的 结束点，在主喷压力降采集区间内通过固定的采集频率获取蓄压轨道的压力最 大值和最小值，计算两者之差作为主喷压力降的基本值；

将主喷压力降修正系数乘以采集到的主喷压力降的基本值得到主喷压力降 的值，即可计算获得主喷动作在蓄压轨道内引起的压力降。

步骤二，由电控共轨控制单元计算的主喷油量和当前轨道压力通过查表确 定当前工作循环的主喷压力降基准值；此步骤所查的表格是预先标定的作为标 准的喷油器的主喷压力降基准MAP表格，该表格中的各工况点数据是由主喷油 量和轨道压力所对应的工况点的轨道压力降值的均值。

将步骤一中采集计算的主喷压力降除以查表所得的主喷压力降基准值得到 喷油器本次喷射的喷射压降比。

步骤三，由电控共轨控制单元计算的主喷油量和当前轨道压力通过查表确 定喷油器喷油能力等级阈值，此步骤所查的表格是喷油器喷油能力等级MAP表 格。在喷油器喷油能力等级MAP表格中，由主喷油量和轨道压力确定的一个工 况点对应该工况点下的一组喷油器喷油能力等级阈值包括4个元素，分别为喷 油器喷射能力严重弱阈值、喷油器喷油能力偏弱阈值、喷油器喷射能力偏强阈 值、喷油器喷射能力严重强阈值。

针对单个电控共轨喷油器的单次主喷动作，由计算的喷射压降比对照喷油 器喷油能力等级阈值确定喷油器本次计算的喷油能力等级；并应用统计方法即 计算该喷油器在对应的各等级状态中占的百分比，即在对应的严重弱、偏弱、 正常、偏强、严重强5个状态的百分比，取百分比最大值的状态为该喷油器的 最终一致性状态输出。提高诊断实时性，统计的计算样本阈值固定，且当计算 次数到达时清零从新计数计算样本。

本发明的优点在于：

(1)采用与喷射动作强相关的喷射压力降参数来反映喷油器老化程度或者 一致性技术指标，而避免使用瞬时转速或者排气气体成分等弱相关参量，避免 了其它如进气、燃烧、机械密封等因素的干扰，使得诊断可靠性得到极大提高。

(2)主喷动作造成的轨道压力降采集考虑了临近的预喷动作影响，且采集区 间根据控制参数的不同动态调整，确保喷射压力降能够真实反映喷油器实际喷 射油量。

(3)喷油器喷射能力阈值由主喷油量和轨道压力确定，在内燃机运行的不同 工况，阈值适时调整避免使用统一的阈值在内燃机多变的运行工况下造成误判， 诊断更加精确。

(4)实时性，通过确定合理的喷油器喷油能力计算样本阈值，可在保证可靠 性的前提下最快更新喷油器当前喷射能力状态。

(5)本发明仅在电控共轨系统控制单元中增加一段诊断代码，无需额外的成 本投资，易于推广。

附图说明

图1为本发明的实施例电控柴油机共轨燃油系统示意图。

图2为本发明的高压共轨管示意图。

图3为本发明的共轨喷油器一致性在线诊断流程示意图。

图4为本发明的主喷压力降采集区间确定以及采集流程图。

图5为本发明的喷油器喷油能力评价逻辑流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1示，电控柴油机共轨燃油系统，包括一个高压共轨管1、多个喷油器 2、一个高压供油泵3、一个电子控制单元4。高压共轨管1是一个储蓄燃油的 压力容器，将高压燃油通过高压油管分配给各个喷油器2。喷油器2根据电子控 制单元4发出的信号，将高压共轨管1中的加压燃油以最佳的喷射定时、喷射 量、喷射率和喷射方式喷射到发动机燃烧室中。在发动机的动力输出轴端安装 有飞轮盘5，飞轮盘上打有类似齿轮的间隔齿，随着发动机输出轴的转动，飞轮 盘上的齿通过传感器产生齿信号并输入控制单元4作为控制单元中控制程序执 行的一个参考坐标，同时控制程序对进入的齿信号进行编号称为齿号。

如图2所示，所述高压共轨管1，包括一个溢流阀11，共轨管道22，多个 限流阀33，泵轨接头44，多个轨喷油器接头55，物理轨压传感器66。溢流阀 11的作用相当于一个安全阀，其基本作用是限制共轨管道22中的压力过高。由 于种种原因，当共轨管道22中的压力达到一定压力时，溢流阀11就能打开， 使得共轨管道22中的压力迅速下降，从而保证安全。限流阀33的作用是防止 喷油器可能出现的非正常喷油现象，一旦发生这样的情况，限流阀33将自动关 闭流向相应喷油器的进油口，停止继续喷油，从而对发动机起到一定的保护作 用。物理轨压传感器66向电子控制单元4提供高压油轨的压力信号。高压供油 泵3产生的高压燃油经过泵轨接头44流入共轨管道22中，然后通过轨喷油器 接头55给喷油器2提供高压燃油。

本发明的解决方案是通过在电子控制单元4中，植入计算机程序来实时计 算诊断喷油器2的喷油能力，并给出当前状态下的喷油器喷油能力是合格还是 偏强或者偏弱以方便操作人员及时观察喷油器状态采取必要的措施。计算机程 序包括逻辑程序和数据两个部分，其中逻辑程序固化到计算机中；数据则由开 发工程师通过在喷油器性能台架做大量的实验获取并存入计算机可编程可擦除 介质中，待计算机(本例中是电子控制单元4)上电时，存储在介质内的数据自 动拷贝入计算机内存与逻辑程序共同完成诊断评价功能。计算机程序通过物理 传感器66在适当的时刻采集共轨管道22内的压力波动，并将该压力波动与喷 油器的喷射动作参数联系从而实现本发明的目的。

下面具体介绍本发明提出的共轨喷油器一致性的在线诊断方法。

本发明总的流程如图3所示。该方法包括主喷压力降修正系数MAP表格(MAP 即脉谱表)、主喷压力降基准MAP表格、喷油器喷油能力等级阈值MAP表格三类 表格；主喷压力降区间确定和采集逻辑以及喷油器喷油能力评价逻辑两个逻辑 模块。三类MAP表格的创建以及两个逻辑模块执行细节将在下文详细描述。电 控共轨喷油器一致性在线诊断方法在该实施例的执行顺序如下：

首先根据电子控制单元4中的计算程序计算的控制参数预喷油量(对于存在 多次预喷的控制模式此处预喷指距离主喷动作最近的预喷动作)和预喷与主喷 之间的间隔参数查询主喷压力降修正系数MAP表格得到距离主喷最近的预喷动 作对主喷动作造成的压力降的修正系数，此处之所以引入该MAP表格原因在于 距离主喷最近的预喷动作会在共轨轨道22内引起压力振荡，从而引起主喷动作 压力降的干扰，诊断方法引入修正系数能够更加精确的采集主喷动作引起的压 力降从而提高喷油器一致性的诊断精度。

其次根据计算机程序计算的控制参数主喷提前角和主喷脉冲宽度确定主喷 压力降的采集区间并实施采集过程得到主喷压力降的基本值，主喷压力降的基 本值与主喷压力降修正系数相乘得到主喷压力降。

然后根据计算机程序计算的控制参数主喷油量和轨道压力查询主喷压力降 基准MAP表格得到当前系统状态下的主喷压力降基准值；主喷压力降与主喷压 力降基准值的商定义为喷油器喷射压降比。

再其次根据控制参数主喷油量和轨道压力查询喷油器喷油能力等级阈值 MAP表格得到喷油器喷油能力等级阈值。喷油器喷油能力评价逻辑以喷射压降比 和喷油器喷油能力等级阈值为输入，最终计算出喷油器状态。其中，喷油器喷 油能力等级阈值是一组数值，将喷油器喷油能力化为为严重弱、偏弱、合格、 偏强、严重强五个状态，因此每组喷油器喷油能力等级阈值包含四个数值：喷 油器喷射能力严重弱阈值、喷油器喷油能力偏弱阈值、喷油器喷射能力偏强阈 值、喷油器喷射能力严重强阈值。

下面详细介绍本发明的实现方法。

(1)创建主喷压力降修正系数MAP表格。该表格是一个二维数据表格，其中 包含两个坐标轴，横坐标为最靠近主喷的预喷动作的预喷油量，纵坐标为预喷 与主喷动作之间的间隔，单位可取时间或者曲轴飞轮盘角度。表格中数值表征 该预喷动作对随后的主喷动作的影响因子，由标定工程师在固定主喷动作参数 后，按照递增或者递减的趋势改变预喷油量以及预喷与主喷之间的间隔，同时 测量获取的主喷压力降变化获取。喷油器一致性诊断算法运行时根据预喷油量 和预喷与主喷间隔查询该二维表格得到预喷对主喷压降的修正系数r,若采用的 柴油机喷射模式中不存在预喷动作，则本步骤省略，设置主喷压降修正系数为1。

(2)控制单元中的控制程序计算的主喷提前角和主喷脉宽确定主喷压力降 采集区间以及执行采集动作。参见图4，具体如下所述。

开始，执行步骤401,判断当前的目标轨道压力与上次调用该子功能程序时 计算的目标轨道压力之差是否大于标定阈值(需要目标轨道压力变化幅度不超 过标定阈值)，如是则返回，执行其它子程序，如否执行步骤402；

步骤402，将主喷提前角转换为主喷压降采集区间开始齿号。主喷脉宽转换 为主喷压降采集区间的结束齿号；确切的说，将主喷动作的开始时刻转换为控 制飞轮齿盘的具体齿，如果计算存在非整数，则舍去小数部分向下取整；将主 喷脉宽转换为主喷动作的结束时的飞轮齿盘具体齿，如果计算存在小数，则向 上取整数；继续执行步骤403；

步骤403，判断当前飞轮齿号是否等于采集区间的开始齿；即随着齿轮旋转， 齿号在一个周期内递增，当齿号计数等于采集区间开始齿时执行步骤404,否则 继续执行其它部分程序；

步骤404,开始利用物理传感器66在采集区间内采集共轨管道1的压力变 化；并且随着主喷动作的进行，在主喷区间内获取轨道压力的最大值Pmax,和最 小值Pmin；每完成一次压力采集后执行步骤405；

步骤405,判断当前的飞轮齿号是否等于采集区间的结束齿号，若是则执行 步骤406否则继续步骤404；

步骤406,在主喷动作的采集区间内获取轨道压力的最大值和最小值后计算 主喷压降的基本值△Pbase。

(3)将预喷对主喷压降修正系数r与主喷压力降的基本值△Pbase的乘积定 义为主喷压降采样值，即△Pinj＝△Pbase*r。

(4)根据控制单元4的控制程序计算的控制参数主喷油量和轨道压力创建二 维主喷压力降基准MAP表格；该表格的横坐标参数为主喷油量，纵坐标参数为 轨道压力，表格中数据由标定工程师在喷油器台架上按照纵坐标数据依次固定 轨道压力，按照横坐标数值手动设置喷油器喷油量(所用喷油器是需标定型号 的作为标准的喷油器)，驱动喷油器喷射燃油并利用专用采集设备获取喷射动作 引起的轨道压力降值，取主喷油量和轨道压力对应的每个工况点的轨道压力降 值的多次测量均值保存；喷油器一致性在线诊断功能运行时根据系统运行时的 主喷油量和轨道压力参数查询该表格获取主喷压力降基准值△P0。

(5)计算主喷喷射压降比R，将主喷喷射压降采样值△Pinj除以主喷压力降 基准值△P0即获得主喷喷射压降比。

R＝△Pinj/△P0

(6)创建建喷油器喷油能力等级阈值MAP，该MAP表格是一个多维的数据表 格，横坐标由控制参数主喷油量确定，纵坐标由轨道压力确定。由横坐标和纵 坐标确定的一个工况点对应该该工况下的一组喷油器喷油能力等级阈值，该组 阈值有4个元素，分别为喷油器喷射能力严重弱阈值、喷油器喷油能力偏弱阈 值、喷油器喷射能力偏强阈值、喷油器喷射能力严重强阈值。每个工况的四个 阈值由标定工程师根据对喷油器的喷射能力进行评价，阈值是表征喷油器实际 喷射能力与标准喷射能力的比值。喷油器实际喷射喷射能力越弱对应的喷射压 降比越小；喷油器实际喷射能力越强对应的喷射压比越大。

(7)执行喷油器喷油能力评价逻辑并给出喷油器实际喷射能力状态。该逻辑 的输入为步骤(5)计算得到的喷油器喷射压降比R和步骤(6)计算的喷油器喷 射能力等级阈值。该步骤采用在一定的评价样本C内对采集的到的主喷压降比 在各种喷油器喷射能力范围内的计数，并选择最大计数下的状态作喷油器实际 喷射能力状态。

具体执行步骤如图5所示：

执行步骤501，判断当前的喷油器评价样本计数C是否大于评价循环内标定 的样本阈值，若是则执行步骤502，将喷油器评价计数C清零；否则执行步 骤503；

执行步骤503，当前计算的主喷压降比R是否小于喷油器喷射能力严重弱阈 值，若是则执行步骤504，将喷油器喷射能力严重弱状态计数C1加1；否 则执行步骤505；

执行步骤505，判断主喷压降比R是否处于喷油器喷射能力严重弱阈值和喷 油器喷射能力偏弱阈值之间，若是则执行步骤506将喷油器喷射能力偏弱 状态计数器C2加1；否则执行步骤507；

执行步骤507，判断主喷压降比R是否处于喷油器喷射能力偏弱阈值和喷油 器喷射能力偏强阈值之间，若是则执行步骤508将喷油器能力合格状态计 数器C3加1，否则执行步骤509；

执行步骤509，判断主喷压降比R是否处于喷油器喷射能力偏强阈值和喷油 器喷射能力严重强阈值之间，若是则执行步骤510将喷油器喷射能力偏强 状态计数器C4加1，否则执行步骤511；

执行步骤511，判断主喷压降比R是否大于喷油器喷射能力严重强阈值，若 是则执行步骤512喷油器喷射能力严重强状态计数C5加1；否则执行步骤 513；

执行步骤513，喷油器评价计数C加1，该步骤对评价循环内喷油器评价样 本进行计数，防止样本无限制累加，喷油器状态更改时需要较长时间参能 更新，降低诊断的实时性。

执行步骤514，取计数器C1,C2,C3,C5,C5中最大值，并将最大值对应的喷 油器状态作为喷油器的最终输出状态。

本次子程序调用结束，开始下个循环内的调用。