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一种对 发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法

阅读：975发布：2020-08-16

专利汇可以提供一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，计算压缩冲程中压力升高率最大值对应的曲轴转角，确定缸内瞬时压力的时间采样频率并记录缸内瞬时压力随时间的变化规律，从压力升高率随时间变化的曲线中，找出压缩过程中压力升高率的最大值，该最大值点所在的时间采样点即对应之前计算的曲轴转角，以该曲轴转角为基点，结合拟定的曲轴转角间隔，对整个缸内瞬时压力进行转角编码，最终获得缸内瞬时压力随曲轴转角的变化规律。本发明不需要安装角标发生器，简化了燃烧过程测量系统，仅依靠缸压传感器就能实现对缸内瞬时压力的测量及转角编码，减小了燃烧过程测量系统的安装难度，减少了燃烧过程测量过程中可能出现故障的概率，节约了系统成本。，下面是一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、根据发动机结构参数计算压缩冲程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0；
步骤S2、确定缸内瞬时压力的时间采样频率f；
步骤S3、按照时间采样频率f记录缸内瞬时压力随时间的变化规律，在获得的压力数据基础上计算压力升高率；
步骤S4、从压力升高率随时间变化的曲线中，找出压缩过程中压力升高率的最大值，该最大值点所在的时间采样点即对应曲轴转角ψ0；
步骤S5、以曲轴转角ψ0为基点，结合步骤S2中拟定的曲轴转角间隔j，对整个缸内瞬时压力进行转角编码，最终获得缸内瞬时压力随曲轴转角的变化规律。
2.如权利要求1所述的对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，其特征在于，所述的步骤S1中具体包含以下步骤：
将往复活塞式内燃机压缩过程近似为闭口系统绝热过程，将缸内空气近似为理想气体，则有公式(1)成立：
其中，P为缸内瞬时压力，V为气缸瞬时体积，γ为比热容比，K为常数，P和V都是曲轴转角ψ的函数；
在公式(1)的两边对曲轴转角ψ求导可得：
令则式(2)可写成：
在压缩过程中计算压力升高率的极大值，即为求取式(3)的极大值，
则令R’＝0；
即
得方程
方程(5)中
其中，D为发动机缸径，S为活塞行程，ε为发动机压缩比，为曲柄半径r与连杆长度L的比值；
将式(6)、(7)带入方程(5)可获得一个关于ψ的方程，直接求解或者间接求解该方程即可获得压缩过程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0。
3.如权利要求2所述的对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，其特征在于，所述的步骤S1中对方程(5)的间接解法如下：
令
将式(6)、(7)带入方程(8)，则T为ψ的函数，可以得出T随曲轴转角ψ的变化曲线，该曲线与直线y＝0在压缩过程的交点即为方程(5)的解。
4.如权利要求1所述的对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，其特征在于，所述的步骤S2中缸内瞬时压力的时间采样频率f可以由式(9)计算：
其中，n是发动机稳定运行后的转速，j是期望得到的缸内瞬时压力对应的曲轴转角间隔。
5.如权利要求1所述的对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，其特征在于，所述的步骤S3中采用一阶中心差分方法计算压力升高率：
其中，i表示第i个时间采样点。

说明书全文

一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及往复活塞式内燃机缸内燃烧测量领域，尤其涉及一种不依赖角标发生器对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法。

背景技术

[0002] 往复活塞式内燃机性能及排放特性的好坏，与燃料在气缸内的燃烧过程具有直接关系，因此，缸内燃烧过程分析成为分析往复活塞式内燃机性能的重要手段。缸内燃烧过程参数主要包括缸内瞬时压力、压力升高率、瞬时放热率、瞬时温度等，其中缸内瞬时压力采用直接测量获取，其他参数均是在缸内瞬时压力的基础上通过理论计算获得。由此可见，缸内瞬时压力的准确测量是缸内燃烧过程分析的关键。

[0003] 缸内瞬时压力包括压力值的大小以及对应的曲轴转角，压力值采用安装在气缸盖上的缸压传感器测量，压力值对应的曲轴转角通过角标发生器给出。为了保证缸压值测量的稳定性以及精度，通常要求角标发生器安装在曲轴一端的端面上，而且必须保证与曲轴有很高的同轴度，同时角标发生器还必须保持与发动机一起振动，这对角标发生器的安装提出了极高的要求。另外，角标发生器及其安装支架在工作过程中需承受剧烈的振动，极易发生安装支架以及角标发生器本体的损坏。因此，非常有必要提供一种不依靠角标发生器来确定缸压值对应曲轴转角的方法，即对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法。

发明内容

[0004] 本发明提供一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，不需要安装角标发生器，仅依靠缸压传感器就能实现对缸内瞬时压力的测量及转角编码。

[0005] 为了达到上述目的，本发明提供一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，包含以下步骤：

[0006] 步骤S1、根据发动机结构参数计算压缩冲程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0；

[0007] 步骤S2、确定缸内瞬时压力的时间采样频率f；

[0008] 步骤S3、按照时间采样频率f记录缸内瞬时压力随时间的变化规律，在获得的压力数据基础上计算压力升高率；

[0009] 步骤S4、从压力升高率随时间变化的曲线中，找出压缩过程中压力升高率的最大值，该最大值点所在的时间采样点即对应曲轴转角ψ0；

[0010] 步骤S5、以曲轴转角ψ0为基础，结合步骤S2中拟定的曲轴转角间隔j，对整个缸内瞬时压力进行转角编码，最终获得缸内瞬时压力随曲轴转角的变化规律。

[0011] 所述的步骤S1中具体包含以下步骤：

[0012] 将往复活塞式内燃机压缩过程近似为闭口系统绝热过程，将缸内空气近似为理想气体，则有公式(1)成立：

[0013]

[0014] 其中，P为缸内瞬时压力，V为气缸瞬时体积，γ为比热容比，K为常数，P和V都是曲轴转角ψ的函数；

[0015] 在公式(1)的两边对曲轴转角ψ求导可得：

[0016]

[0017] 令则式(2)可写成：

[0018]

[0019] 在压缩过程中计算压力升高率的极大值，即为求取式(3)的极大值，则令R’＝0；

[0020] 即

[0021] 得方程

[0022] 方程(5)中

[0023]

[0024]

[0025] 其中，D为发动机缸径，S为活塞行程，ε为发动机压缩比，为曲柄半径r与连杆长度L的比值；

[0026] 将式(6)、(7)带入方程(5)可获得一个关于ψ的方程，直接求解或者间接求解该方程即可获得压缩过程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0。

[0027] 所述的步骤S1中对方程(5)的间接解法如下：

[0028] 令

[0029] 将式(6)、(7)带入方程(8)，则T为ψ的函数，可以得出T随曲轴转角ψ的变化曲线，该曲线与直线y＝0在压缩过程的交点即为方程(5)的解。

[0030] 所述的步骤S2中缸内瞬时压力的时间采样频率f可以由式(9)计算：

[0031]

[0032] 其中，n是发动机稳定运行后的转速，j是期望得到的缸内瞬时压力对应的曲轴转角间隔。

[0033] 所述的步骤S3中采用一阶中心差分方法计算压力升高率：

[0034]

[0035] 其中，i表示第i个时间采样点。

[0036] 本发明简化了燃烧过程测量系统，仅依靠缸压传感器就能实现对缸内瞬时压力的测量及转角编码，减小了燃烧过程测量系统的安装难度，减少了燃烧过程测量过程中可能出现故障的概率，节约了系统成本。附图说明

[0037] 图1为本发明的流程图。

[0038] 图2为典型的缸内瞬时压力和压力升高率随曲轴转角变化示意图。

[0039] 图3为T值随曲轴转角变化曲线图。

[0040] 图4为缸内瞬时压力随时间变化曲线图。

[0041] 图5为根据缸内瞬时压力随时间变化规律计算的压力升高率曲线图。

[0042] 图6为采用角标发生器和不采用角标发生器分别获得的缸内瞬时压力曲线对比图。

具体实施方式

[0043] 以下根据图1～图6，具体说明本发明的较佳实施例。

[0044] 如图1所示，本发明提供一种对发动机缸内瞬时压力进行转角编码的方法，包含以下步骤：

[0045] 步骤S1、根据发动机结构参数计算压缩冲程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0；

[0046] 如图2所示，往复活塞式内燃机在压缩冲程时，随着活塞上行，缸内瞬时压力虽然逐渐升高，但压力升高率却存在极大值P′max，该极大值点对应的曲轴转角ψ0可以根据发动机结构参数计算得出，计算原理如下：

[0047] 将往复活塞式内燃机压缩过程近似为闭口系统绝热过程，将缸内空气近似为理想气体，则有公式(1)成立：

[0048]

[0049] 其中，P为缸内瞬时压力，V为气缸瞬时体积，γ为比热容比，K为常数，P和V都是曲轴转角ψ的函数；

[0050] 在公式(1)的两边对曲轴转角ψ求导可得：

[0051]

[0052] 令则式(2)可写成：

[0053]

[0054] 在压缩过程中计算压力升高率的极大值，即为求取式(3)的极大值，则令R’＝0；

[0055] 即

[0056] 得方程

[0057] 方程(5)中

[0058]

[0059]

[0060] 其中，D为发动机缸径，S为活塞行程，ε为发动机压缩比，为曲柄半径r与连杆长度L的比值；

[0061] 将式(6)、(7)带入方程(5)可获得一个关于ψ的方程，求解该方程即可获得压缩过程中压力升高率最大值对应的曲轴转角ψ0；

[0062] 对方程(5)的求解，除了直接解法外，还可以采用间接解法，间接解法如下：

[0063] 令

[0064] 将式(6)、(7)带入方程(8)，则T为ψ的函数，可以得出T随曲轴转角ψ的变化曲线，如图3所示，该曲线与直线y＝0在压缩过程的交点即为方程(5)的解；本发明在解方程(5)时优选采用间接解法；

[0065] 步骤S2、确定缸内瞬时压力的时间采样频率f；

[0066] 在缸内瞬时压力测量工况，待发动机稳定运行后记录发动机转速n，假设期望得到的缸内瞬时压力对应的曲轴转角间隔为j，则缸内瞬时压力的时间采样频率f可以由式(9)计算：

[0067]

[0068] 步骤S3、按照时间采样频率f记录缸内瞬时压力随时间的变化规律，在获得的压力数据基础上计算压力升高率：

[0069] 如式(10)所示，优选的采用一阶中心差分方法计算压力升高率：

[0070]

[0071] 其中，i表示第i个时间采样点。

[0072] 步骤S4、从压力升高率随时间变化的曲线中，找出压缩过程中压力升高率的最大值，该最大值点所在的时间采样点即对应曲轴转角ψ0；

[0073] 步骤S5、以曲轴转角ψ0为基础，结合步骤S2中拟定的曲轴转角间隔j，对整个缸内瞬时压力进行转角编码，最终获得缸内瞬时压力随曲轴转角的变化规律。

[0074] 以下通过实施例对本发明的实施方式进行更详细的说明。

[0075] 实施例1

[0076] 已知某型往复活塞式发动机的缸径为126mm，曲柄半径为65mm，连杆长度为219mm，发动机压缩比为17。根据以上参数，结合式(6)、(7)、(8)可得T值随曲轴转角变化的曲线图，如图3所示，可以求得压缩过程中压力升高率最大值对应的曲轴转角

[0077] 发动机缸内燃烧过程测量的转速选为1500r/min，期望获得的缸内瞬时压力对应的曲轴转角间隔为0.1°CA，根据式(9)计算可得缸内瞬时压力的时间采样频率为90kHz。在此频率下记录的缸内瞬时压力随时间变化曲线如图4所示，在缸内瞬时压力的基础上计算的压力升高率曲线如图5所示，可以获得在压缩过程中，压力升高率最大值对应的采样时间点为3468，即点3468对应曲轴转角-13.9°CA。以-13.9°CA为基点，根据每个采样点间隔0.1°CA的设定即可得到整条缸内瞬时压力曲线的曲轴转角编码，如图6所示。图6还将采用本发明方法获得的缸内瞬时压力，与安装角标发生器得到的缸内瞬时压力进行了对比，两者基本重合，对应的曲轴转角仅相差0.7°CA，可见本发明提供的方法不仅能实现不安装角标发生器的目的，而且具有足够的精度。

[0078] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

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