一种燃油系统喷射正时的监控方法与流程

1.本发明涉及发动机控制技术领域，具体地指一种燃油系统喷射正时的监控方法。


背景技术：

2.柴油发动机的喷油正时指的是喷油提前角，喷油提前角是指喷油器开始喷油时活塞距离上止点的曲轴角度，喷油提前角的大小对柴油发动机的运行状况影响很大，喷油提前角过大时，将导致备燃期较长，引起柴油发动机工作粗暴，喷油提前角过小时，将导致柴油燃烧过程延后，最高压力值下降，从而使柴油发动机热效率明显下降。喷油提前角的正确计算及执行是实现柴油发动机高效燃烧的前提，同时也是保证柴油发动机正确输出动力的前提，只有保证了柴油发动机的正确动力输出才能保证车辆的安全运行。为了保证柴油发动机喷油时机的正确性，需要对燃油系统的喷油正时进行监控。
3.申请号为201811130279.x，名称为《发动机喷油正时偏差检测方法及系统》的对比文件1中公开了一种发动机喷油正时偏差检测方法及系统，所述方法包括：获取发动机的预标定的理想爆压map与喷油提前角map；获取所述发动机的实际爆压；当所述实际爆压不符合所述理想爆压map的要求时，确定所述发动机喷油正时存在偏差。
4.申请号为201811316265.7，名称为《一种内燃机配气及喷油在线正时检测装置》的对比文件2中公开了一种内燃机配气及喷油在线正时检测装置，内燃机的齿轮系具有驱动喷油泵齿轮、驱动曲轴齿轮、驱动凸轮轴齿轮和中间齿轮；正时检测装置还具有多个与转速信号盘连通的磁电传感器：磁电传感器ⅰ、磁电传感器ⅱ、磁电传感器ⅲ、磁电传感器ⅳ；磁电传感器ⅰ布置于转速信号盘的齿边；所述的磁电传感器ⅱ布置于驱动凸轮轴齿轮的齿边；磁电传感器ⅲ设置在驱动喷油泵齿轮的齿边；磁电传感器ⅳ为转配在喷油泵上的多个。
5.在现有技术方案中，对比文件1通过安装爆压传感器的方法对实际爆压进行测量，此方法需要借助于燃烧分析仪和缸压传感器，所以此方法多用于开发过程中的台架试验，无法解决量产过程中实时监测爆压的问题。对比文件2需要额外增加传感器零件，增加成本，装配复杂且后期维护保养成本高，易出问题，维修困难。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种无需额外增加传感器零件即可对燃油系统喷射正时进行精准监控的方法。
7.为实现此目的，本发明所设计的燃油系统喷射正时的监控方法，包括读取喷油相关信号，根据发动机转速计算单个齿周期，根据喷油相关信号和单个齿周期计算喷油参考齿齿号；
8.根据所述喷油参考齿齿号、所述单个齿周期和所述喷油相关信号计算喷射参考齿下降沿的时间戳距离喷射中断时刻的时间差；
9.计算喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数，读取喷射角速度，确定曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度，根据所述喷油参考齿距离当前喷射缸的喷
射上止点的曲轴齿的齿数、所述喷射角速度、所述喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和所述曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度计算实际喷油正时；
10.判断实际喷油正时是否在设定的喷油阈值范围内以及实际喷油正时与设定喷油正时之间的差值是否在设定的喷油偏差阈值范围内，若同时满足上述两个判断条件则喷油正时正常，若不能同时满足上述两个判断条件则喷油正时故障。
11.进一步的，所述读取喷油相关信号包括读取喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳、喷油开始时刻的时间戳和喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号。
12.进一步的，所述单个齿周期为凸轮轴上转过一个齿所需要的时间；所述单个齿周期的计算公式是：所述tooth
period
为所述单个齿周期，所述n为曲轴盘的齿数，所述speed为发动机转速，其单位为转/分，所述单个齿周期的单位为us。
13.进一步的，所述根据喷油相关信号和单个齿周期计算喷油参考齿齿号的方法是：将所述喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳、喷油开始时刻的时间戳、喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号和所述单个齿周期带入喷油参考齿齿号的计算公式，得到喷油参考齿齿号。
14.进一步的，所述喷油参考齿齿号的计算公式为：n
ctp
＝n
stop-(【(t
stoptooth-t
start
)/tooth
period
】+1)，所述n
ctp
为所述喷油参考齿齿号，所述n
stop
为所述喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号，所述i
stoptooth
为所述喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳，所述t
start
为所述喷油开始时刻的时间戳。
15.进一步的，所述根据所述喷油参考齿齿号、所述单个齿周期和所述喷油相关信号计算喷射参考齿下降的时间戳沿距离喷射中断的时间差的方法是：计算所述喷射结束时刻曲轴齿的前一个齿与所述喷射参考齿之间的曲轴转动时间t1，计算喷射结束时刻曲轴齿和喷射中断时刻之间的曲轴转动时间t2，t1和t2之间的差值即为所述喷射参考齿下降沿的时间戳距离喷射中断时刻的时间差t0。
16.进一步的，所述喷射结束时刻曲轴齿的前一个齿与所述喷射参考齿之间的曲轴转动时间t1的计算公式为：t1＝(n
stopnctp
)
×
tooth
period
；所述喷射结束时刻曲轴齿和喷射中断时刻之间的曲轴转动时间t2的计算公式为：t2＝t
stoptoth-t
start
。
17.进一步的，所述根据所述喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、所述喷射角速度、所述喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和所述曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度计算实际喷油正时的方法是：将所述喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、所述喷射角速度、所述喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和所述曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度带入实际喷油正时的计算公式中，得到所述实际喷油正时。
18.进一步的，所述实际喷油正时的计算公式为：e
injection
＝n
injection
×
α-t0×
w，所述e
injection
为所述实际喷油正时，所述n
injection
为所述喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数，所述α为所述相邻两个曲轴齿之间的角度，所述w为所述喷射角速度。
19.更进一步的，所述的燃油系统喷射正时的监控方法，包括以下步骤：
20.步骤一：读取喷油相关信号，根据发动机转速计算单个齿周期，根据喷油相关信号和单个齿周期计算喷油参考齿齿号；
21.步骤二：根据所述喷油参考齿齿号、所述单个齿周期和所述喷油相关信号计算喷
射参考齿下降沿的时间戳距离喷射中断时刻的时间差；
22.步骤三：计算喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数，读取喷射角速度，确定曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度；
23.步骤四：根据所述喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、所述喷射角速度、所述喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和所述曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度计算实际喷油正时；
24.步骤五：判断实际喷油正时是否在设定的喷油阈值范围内以及实际喷油正时与设定喷油正时之间的差值是否在设定的喷油偏差阈值范围内，若同时满足上述两个判断条件则喷油正时正常，若不能同时满足上述两个判断条件则喷油正时故障。
25.本发明的有益效果是：本发明所设计的监控方法可以在不借助其它外部设备或传感器的前提下，准确计算实际喷油正时，降低了开发成本。根据判断实际喷油正时是否在发动机允许的正时范围内，可得到非正常喷油和正常喷油的判断结论，可对非正常喷油进行识别，降低对排放和噪声的影响。当监控到喷油正时存在错误时，可通过限制发动机喷油使发动机及整车进入安全状态，降低了因喷油正时故障造成的非预期的扭矩输出，保证了整车的行驶安全。
附图说明
26.图1为本发明中燃油系统喷射正时的监控方法流程图；
27.图2为本发明中时间与喷射参考齿的示意图；
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。
29.如图1—2所示的燃油系统喷射正时的监控方法，包括以下步骤：
30.步骤一：读取喷油相关信号，根据发动机转速计算单个齿周期，根据喷油相关信号和单个齿周期计算喷油参考齿齿号；
31.步骤二：根据喷油参考齿齿号、单个齿周期和喷油相关信号计算喷射参考齿下降沿的时间戳距离喷射中断时刻的时间差；
32.步骤三：计算喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数，读取喷射角速度，确定曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度；
33.步骤四：根据喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、喷射角速度、喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度计算实际喷油正时；
34.步骤五：判断实际喷油正时是否在设定的喷油阈值范围内以及实际喷油正时与设定喷油正时之间的差值是否在设定的喷油偏差阈值范围内，若同时满足上述两个判断条件则喷油正时正常，若不能同时满足上述两个判断条件则喷油正时故障。
35.读取喷油相关信号包括读取喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳、喷油开始时刻的时间戳和喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号。
36.单个齿周期为凸轮轴上转过一个齿所需要的时间；单个齿周期的计算公式是：tooth
period
为单个齿周期，n为曲轴盘的齿数，speed为发动机转速，其单位为转/分，单个齿周期的单位为us。
37.根据喷油相关信号和单个齿周期计算喷油参考齿齿号的方法是：将喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳、喷油开始时刻的时间戳、喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号和单个齿周期带入喷油参考齿齿号的计算公式，得到喷油参考齿齿号。
38.喷油参考齿齿号的计算公式为：n
ctp
＝n
stop-(【(t
stoptooth-t
start
)/tooth
period
】+1)，n
ctp
为喷油参考齿齿号，n
stop
为喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿的齿号，t
stoptooth
为喷油结束时刻曲轴齿的前一个齿下降沿的时间戳，t
start
为喷油开始时刻的时间戳。
39.根据喷油参考齿齿号、单个齿周期和喷油相关信号计算喷射参考齿下降的时间戳沿距离喷射中断的时间差的方法是：计算喷射结束时刻曲轴齿的前一个齿与喷射参考齿之间的曲轴转动时间t1，计算喷射结束时刻曲轴齿和喷射中断时刻之间的曲轴转动时间t2，t1和t2之间的差值即为喷射参考齿下降沿的时间戳距离喷射中断时刻的时间差t0。
40.喷射结束时刻曲轴齿的前一个齿与喷射参考齿之间的曲轴转动时间t1的计算公式为：t1＝(n
stopnctp
)
×
tooth
period
；喷射结束时刻曲轴齿和喷射中断时刻之间的曲轴转动时间t2的计算公式为：t2＝t
stoptooth-t
start
。
41.根据喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、喷射角速度、喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度计算实际喷油正时的方法是：将喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数、喷射角速度、喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间差和曲轴盘的相邻两个曲轴齿之间的角度带入实际喷油正时的计算公式中，得到实际喷油正时。
42.实际喷油正时的计算公式为：e
injection
＝n
injectin
×
α-t0×
w，e
injection
为实际喷油正时，n
injection
为喷油参考齿距离当前喷射缸的喷射上止点的曲轴齿的齿数，α为相邻两个曲轴齿之间的角度，w为喷射角速度。
43.以1缸的某一次喷油为例，假设此次喷油结束后，底层反馈给应用层的三个信号分别为：t
stoptooth
＝2000us，t
start
＝1100us，n
stop
＝57，根据当前发动机转速计算齿周期，当前发动机转速为1200rpm，转化成齿周期为833us，根据这些参数计算出喷油参考齿为nctp＝57-(【(2000-1100)/833】+1)＝55。
44.按照步骤1的计算结果，计算t0＝(57-55)
×
833-(2000-1100)＝766us。e
injetion
＝n
injetion
×
α-t0×
w就是为了计算喷射时刻距离喷射上止点的角度，在这个公式中，n
injection
是喷射参考齿距离喷射上止点的曲轴齿的个数，我们发动机曲轴齿一圈有60个齿，所以每个齿就是6
°
，齿数乘以6
°
就能计算出喷射参考齿距离上止点的角度了。以发动机1缸的某一次喷射为例，1缸的上止点是曲轴齿的第60个齿，计算的喷射参考齿是第55个齿，那个喷射参考齿距离上止点的角度就是(60-55)
×
6＝30
°
，但喷射参考齿并不是正在执行喷射任务的时刻，t0指的是喷射参考齿下降沿距离喷射中断的时间，t0×
w是为了计算出这个时间内的角度，假设按照我们上面计算的t0＝766us，w＝0.0072
°
/us，那么t0时间内的角度就是766
×
0.0072＝5.5
°
，实际的喷油正时就是30-5.5＝24.5
°
。
45.在计算喷射参考齿距离喷油上止点的齿数n
injection
的值时，根据发动机缸数及每
缸的喷射类型，计算有所不同。以某六缸柴油发动机为例，1-6缸的喷油上止点对应的曲轴齿号ntdc分别为(60，80，100，120，20，40)，一般情况下n
injection
的计算公式为：n
injectin
＝【n
tdc-n
cip
】(相减后取整)，但需要对第4缸的后喷及第5缸的预喷进行另外的计算。
46.第4缸的后喷发生在曲轴第1-20个齿之间，第4缸的后喷n
injection
计算公式为：n
injection
＝【n
tdc-n
ctp
】-120。
47.第5缸的预喷有可能发生在曲轴齿第120个齿之前，如果是这种情况下，
48.n
injction
计算公式为：n
injectiob
＝【n
tdc-n
ctp
】+120。
49.n
injction
计算完成后即可进行正时的计算，当计算结果为正时，代表预喷和主喷正时，当计算结果为负时，代表后喷正时。
50.具体应用事例：按照步骤1和步骤2的计算结果计算实际正时e
injection
，首先需要计算喷射角速度w，仍然按照发动机转速1200rpm来计算，w＝0.0072
°
/us，
51.e
injection
＝(60-55)
×
6-766
×
0.0072＝24.5
°
，实际正时为24.5
°
。
52.根据实际正时判断是不是在发动机允许的正时范围内
53.发动机的喷油包括预喷、主喷、后喷，喷油正时允许的范围一般为上止点前后一定的范围内，不同的发动机这个阈值可能会不同，根据实际正时，可先判断实际正时是否在允许的阈值范围内，假如超过阈值，则认为这次喷油是非正常喷油，直接报喷油正时故障；
54.若实际喷油正时在发动机允许的阈值范围内，则计算实际喷油正时和设定喷油正时的偏差值；当实际喷油正时和设定喷油正时偏差超过一定阈值时，即可诊断出喷油正时故障。例如假设设定喷油的阈值范围为上止点60
°
，则实际正时为24.5
°
在阈值范围内，
55.假设设定的喷油正时为21
°
，允许的实际喷油正时和设定喷油正时的偏差值为2
°
，此时24.5
°
便超出了阈值，报出喷油正时故障。
56.本发明所设计的监控方法可以在不借助其它外部设备或传感器的前提下，准确计算实际喷油正时，降低了开发成本。根据判断实际喷油正时是否在发动机允许的正时范围内，可得到非正常喷油和正常喷油的判断结论，可对非正常喷油进行识别，降低对排放和噪声的影响。当监控到喷油正时存在错误时，可通过限制发动机喷油使发动机及整车进入安全状态，降低了因喷油正时故障造成的非预期的扭矩输出，保证了整车的行驶安全。
57.在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
58.当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
59.最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。