一種基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的噴油量故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及柴油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)，是一種柴 油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的故障診斷方法，特別是一種基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的柴 油機(jī)高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)噴油器噴油量故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 內(nèi)燃機(jī)是目前被廣業(yè)化應(yīng)用的各種動力機(jī)械中熱效率最尚、能量利用率最好、最 節(jié)能的機(jī)型，已被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、灌溉、船舶動力、車輛動力等廣闊的領(lǐng)域，尤其在車用動 力方面的優(yōu)勢最為明顯，全球車用動力"內(nèi)燃機(jī)化"趨勢業(yè)已形成。
[0003] 高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)（以下簡稱高壓共軌系統(tǒng)）能夠柔性控制噴油參數(shù)，有效 地降低內(nèi)燃機(jī)排放，顯著提高柴油機(jī)動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，已成為現(xiàn)代柴油機(jī)電控技術(shù)的 主要手段。理想的高壓共軌系統(tǒng)中噴射壓力的產(chǎn)生過程與燃油的噴射過程是分開的，噴射 壓力不再受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和噴油量的影響，減小了傳統(tǒng)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的缺陷，可實(shí)現(xiàn)對噴 射壓力和噴油速率的靈活控制。然而實(shí)際情況并非如此，高壓共軌系統(tǒng)的供油過程和噴油 過程都會對軌壓產(chǎn)生影響，引起瞬時(shí)軌壓的劇烈波動，從而造成實(shí)際測量噴油量控制不精 確，對柴油機(jī)排放造成極大影響。
[0004] 隨著油耗要求和排放法規(guī)的越來越嚴(yán)格，柴油機(jī)更好的瞬態(tài)過渡性能必將成為重 要的制約，這就要求高壓共軌系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)噴油精確控制和安全可靠運(yùn)行。因 此，對高壓共軌系統(tǒng)安全性和可靠性的要求也越來越高，使得柴油機(jī)電控單元（Electronic ControlUnit，以下簡稱E⑶）對高壓共軌系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控提出了更高的要求，這也是 確保柴油機(jī)可靠運(yùn)行及排放達(dá)標(biāo)的一個(gè)重要技術(shù)手段。
[0005] 在高壓共軌柴油機(jī)ECU中，噴油量控制是以固定的噴油器加電時(shí)間脈譜圖（MAP) 形式設(shè)計(jì)，即噴油脈寬由噴油量和軌壓查噴油器加電時(shí)間MP得到，再通過ECU執(zhí)行噴油脈 寬驅(qū)動噴油器得到噴油量。在高壓共軌系統(tǒng)使用壽命期內(nèi)，由于高壓共軌系統(tǒng)機(jī)械部件和 液壓部件老化、噴油器積碳、噴油器驅(qū)動電壓波動、噴油器驅(qū)動電流不足及噴油器驅(qū)動電容 老化等因素，也都會造成噴油器流量特性發(fā)生變化，完全依靠出廠標(biāo)定的噴油控制參數(shù)會 使得其精度和可靠性在全生命周期內(nèi)逐漸惡化，使得實(shí)際測量噴油量控制變得不準(zhǔn)。因此， 對高壓共軌系統(tǒng)開展故障診斷研究意義重大。
[0006] 國外對高壓共軌系統(tǒng)的故障診斷研究還處于保密階段，而國內(nèi)對高壓共軌系統(tǒng)的 故障診斷研究還處于初級階段，現(xiàn)有公開的高壓共軌系統(tǒng)故障診斷技術(shù)往往針對具體的執(zhí) 行器和傳感器，如對噴油器電磁閥、高壓油栗電磁閥及軌壓傳感器的故障診斷等，對基于軌 壓波形特征的高壓共軌系統(tǒng)性能故障診斷方法還很少見。
[0007] 論文''Injectiondiagnosisthroughcommon-railpressuremeasurement'，（F. Payri,J.M.Lujan,C.Guardiola,etal.Injectiondiagnosisthroughcommon-rail pressuremeasurement.ProceedingsoftheInstitutionofMechanical Engineers,PartD:JournalofAutomobileEngineering, 2006, 220(3) :347 ~357)，利用 短時(shí)傅里葉變換對軌壓信號開展時(shí)頻聯(lián)合分析，對噴油器啟閉進(jìn)行檢測，用于檢測因噴油 器故障而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)熄火問題。
[0008][0009][0010][0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017] 為了提高高壓共軌系統(tǒng)的故障診斷能力，增強(qiáng)其快速性和準(zhǔn)確性，先進(jìn)的高壓共 軌系統(tǒng)故障診斷方法就顯得尤為重要，因此一種可靠性高、算法簡單且性能良好的故障診 斷方法是高壓共軌系統(tǒng)故障診斷方法設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于解決高壓共軌系統(tǒng)噴油器噴油量故障診斷，本發(fā)明在分析上述 現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的噴油量故障診斷方法，用于噴 油器噴油量的在線故障診斷，并顯著提高噴油器噴油量故障診斷的精確性和準(zhǔn)確性。
[0019] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的噴油量 故障診斷方法，主要包括：軌壓信號采樣處理步驟，得到柴油機(jī)各缸對應(yīng)的瞬時(shí)軌壓壓降和 平均軌壓；基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的噴油量觀測步驟，利用噴油量觀測模型獲取觀測 噴油量；基于噴油量觀測的噴油量故障診斷步驟，通過比較觀測噴油量與預(yù)標(biāo)定的設(shè)定噴 油量，實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)各缸噴油器噴油量的故障診斷，并輸出柴油機(jī)各缸噴油器噴油量故障 狀態(tài)。
[0020] 其中，所述軌壓信號采樣處理步驟，具體包括以下步驟：
[0021] 步驟1-1、采用rcA采樣頻率定角度間隔來采集軌壓傳感器信號，得到離散軌壓 數(shù)據(jù)，并放入緩沖存儲數(shù)組；
[0022] 步驟1-2、設(shè)置柴油機(jī)工作循環(huán)對應(yīng)的軌壓采樣窗口為[-90,630]°CAATDC，并按 照所述柴油機(jī)工作循環(huán)對應(yīng)的軌壓采樣窗口從緩沖存儲數(shù)據(jù)中提取離散軌壓數(shù)據(jù)，得到柴 油機(jī)工作循環(huán)對應(yīng)的離散軌壓數(shù)據(jù)；
[0023] 步驟1-3、所述柴油機(jī)為六缸柴油機(jī)，設(shè)置柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓采樣窗口分別 S[-90,30rCAATDC、[30，150rCAATDC、[150,270rCAATDC、[270,390rCAATDC、 [390,510]°CAATDC、[510,630]°CAATDC，并按照所述柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓采樣窗口從 所述柴油機(jī)工作循環(huán)對應(yīng)的循環(huán)離散軌壓數(shù)據(jù)中提取離散軌壓數(shù)據(jù)，得到柴油機(jī)各缸對應(yīng) 的離散軌壓數(shù)據(jù)；
[0024] 步驟1-4、設(shè)置柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的軌壓采樣窗口分別為[-10, 30]°CA ATDC、[110，150]°CAATDC、[230,270]°CAATDC、[350,390]°CAATDC、[470,510]°CAATDC、 [590, 630]°CAATDC，并按照所述柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的軌壓采樣窗口從所述柴油機(jī) 各缸對應(yīng)的離散軌壓數(shù)據(jù)中提取離散軌壓數(shù)據(jù)，得到柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的離散軌壓 數(shù)據(jù)；
[0025] 步驟1-5、按照柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓采樣窗口、柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的軌壓 采樣窗口和柴油機(jī)工作循環(huán)對應(yīng)的軌壓采樣窗口來提取柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓波形特征 參數(shù)，包括柴油機(jī)各缸對應(yīng)的平均軌壓、軌壓壓降峰值、軌壓壓降谷值、瞬時(shí)軌壓壓降、循環(huán) 平均瞬時(shí)軌壓壓降；
[0026] 對柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的離散軌壓數(shù)據(jù)取平均后，作為柴油機(jī)各缸對應(yīng)的平 均軌壓；
[0027] 從柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的離散軌壓數(shù)據(jù)中，提取出5個(gè)最高軌壓后，并經(jīng)過 切尾均值處理后，作為柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓壓降峰值；
[0028] 從柴油機(jī)各缸噴油過程對應(yīng)的離散軌壓數(shù)據(jù)中，提取出5個(gè)最低軌壓后，并經(jīng)過 切尾均值處理后，作為柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓壓降谷值；
[0029] 將所述柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓壓降峰值與所述柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓壓降谷值 經(jīng)過求差處理后，作為柴油機(jī)各缸對應(yīng)的循環(huán)平均瞬時(shí)軌壓壓降；
[0030] 將所述柴油機(jī)各缸對應(yīng)的瞬時(shí)軌壓壓降取平均后，作為柴油機(jī)當(dāng)前工作循環(huán)對應(yīng) 的瞬時(shí)軌壓壓降；
[0031] 其中，所述切尾均值處理，為去除數(shù)據(jù)的最大值和數(shù)據(jù)的最小值后，再對剩余的數(shù) 據(jù)取其平均值；
[0032] 步驟1-6、輸出柴油機(jī)各缸對應(yīng)的軌壓波形特征參數(shù)，包括柴油機(jī)各缸對應(yīng)的平均 軌壓、軌壓壓降峰值、軌壓壓降谷值、瞬時(shí)軌壓壓降、循環(huán)平均瞬時(shí)軌壓壓降。
[0033] 所述基于軌壓波形特征參數(shù)觀測的噴油量觀測步驟，具體包括以下步驟：
缸對應(yīng)的噴油量，單位為mm3/cyc;ApIn_j為當(dāng)前氣缸對應(yīng)的瞬時(shí)軌壓壓降，單位為MPa;p為 當(dāng)前氣缸對應(yīng)的平均軌壓，單位為MPa;(；、C2、(：3和C4為系數(shù)項(xiàng)；
[0035] 步驟2-2、噴油量觀測模型系數(shù)的標(biāo)定：首先，輸入至少10組軌壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括 柴油機(jī)各缸實(shí)際測量噴油量、各缸觀測噴油量、各缸瞬時(shí)軌