本發(fā)明屬于航空汽油發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二缸機(jī)四沖程進(jìn)氣壓力計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

進(jìn)氣行程中氣缸壓力是反饋發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)新鮮空氣的重要參數(shù)也是通過速度密度法精確計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的主要參數(shù)，只有計(jì)算出精確的進(jìn)氣量才能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最優(yōu)功率，降低油耗，優(yōu)化排放。

二缸四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，每個(gè)缸有進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)行程，因此對(duì)于二缸四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)來講，每個(gè)工作循環(huán)有約1/2行程的處于進(jìn)氣狀態(tài)，另外約1/2的行程的處于非進(jìn)氣狀態(tài)。二缸機(jī)四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣行程中，進(jìn)門關(guān)閉前進(jìn)氣歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸是相通的，通過CAE(Computer Aided Engineering)分析及臺(tái)架實(shí)測數(shù)據(jù)得到，在氣門關(guān)閉前在某個(gè)點(diǎn)或某個(gè)區(qū)域進(jìn)氣歧管壓力與氣缸內(nèi)壓力是相差很小的,這個(gè)差值可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)定修正消除。因此通過計(jì)算進(jìn)氣歧管壓力可以得到進(jìn)入氣缸內(nèi)新鮮空氣的壓力，根據(jù)壓力與流量的關(guān)系從而算出進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣。另外，二缸機(jī)四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性就決定了進(jìn)氣歧管壓力的變化特性見圖1(一個(gè)工作循環(huán)的進(jìn)氣歧管壓力)，真實(shí)反饋氣缸內(nèi)壓力對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣歧管壓力應(yīng)為一個(gè)合適的區(qū)域或某一點(diǎn)。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛，二缸機(jī)四沖程活塞式應(yīng)用更少，沒有查閱到正確計(jì)算二缸機(jī)四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力的資料，此發(fā)明可以用于二缸機(jī)四沖程對(duì)置式和直列式的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種二缸機(jī)四沖程進(jìn)氣壓力計(jì)算方法，通過發(fā)動(dòng)機(jī)工況識(shí)別及進(jìn)氣歧管壓力的計(jì)算，計(jì)算出精確的進(jìn)氣量才能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最優(yōu)功率，降低油耗，優(yōu)化排放。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種二缸機(jī)四沖程進(jìn)氣壓力計(jì)算方法，該方法基于發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括硬件電路單元、底層控制單元和應(yīng)用層控制單元，包括以下步驟:步驟一、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況進(jìn)行識(shí)別；步驟二、根據(jù)不同工況進(jìn)行進(jìn)氣量計(jì)算；步驟三、對(duì)進(jìn)氣量進(jìn)行標(biāo)定修正；步驟四、計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量、點(diǎn)火角。該方法步驟一通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)工況識(shí)別，分為兩種工況:第一種,發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí),通過基于缺齒計(jì)算轉(zhuǎn)速得精度不能滿足計(jì)算轉(zhuǎn)速變化的精度要求時(shí)工況；第二種,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于某設(shè)定值，通過基于缺齒計(jì)算轉(zhuǎn)速得精度可以滿足計(jì)算轉(zhuǎn)速變化的精度要求時(shí)工況。其中設(shè)定值根據(jù)硬件與軟件因素綜合標(biāo)定得到。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于第一種工況時(shí)，進(jìn)氣壓力傳感器信號(hào)用高頻率通訊采樣讀取進(jìn)氣歧管壓力的壓力電壓信號(hào)，再用高頻率計(jì)算出電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣歧管壓力，依據(jù)速度密度法，通過進(jìn)氣歧管壓力轉(zhuǎn)換成進(jìn)氣流量從推算進(jìn)入氣缸內(nèi)新鮮空氣流量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常運(yùn)行工況下，通過計(jì)算進(jìn)氣歧管壓力傳感器通過特性曲線轉(zhuǎn)變成氣缸內(nèi)壓力，從而推算進(jìn)入氣缸內(nèi)新鮮空氣流量。該方法還包括仿真測試方法，該測試方法包括：步驟a、建立仿真模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器電壓信號(hào)向壓力的轉(zhuǎn)換；步驟b、數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)，根據(jù)傳感器特性曲線對(duì)標(biāo)定量進(jìn)行預(yù)設(shè)；步驟c、進(jìn)行仿真驗(yàn)證。所述步驟c仿真驗(yàn)證包括硬件電路單元、底層控制單元和應(yīng)用控制單元設(shè)計(jì)是否合理。所述仿真測試方法在仿真模型在穩(wěn)態(tài)時(shí)，用于計(jì)算噴油進(jìn)氣量在一個(gè)工作循環(huán)中不可以發(fā)生突變；進(jìn)氣壓力與HIL設(shè)備模擬計(jì)算的氣缸內(nèi)壓力不能相差超過10％；ECU軟件計(jì)算的流量與HIL設(shè)備模擬計(jì)算的流量相差不能超過10％。該方法還包括實(shí)測驗(yàn)證方法，該方法驗(yàn)證步驟如下：傳感器安裝，進(jìn)氣歧管諧振腔處安裝臺(tái)架用的進(jìn)氣壓力傳感器，在排氣總管出安裝線性氧傳感器；測量儀器安裝，油耗儀常規(guī)安裝，空燃比測量儀常規(guī)安裝，燃燒分析儀常規(guī)安裝，角標(biāo)儀常規(guī)安裝，缸壓傳感器常規(guī)安裝，標(biāo)定設(shè)備根據(jù)需求安裝；測量的變量，臺(tái)架采集的數(shù)據(jù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、瞬時(shí)油耗、歧管壓力、空燃比、氣缸壓力、進(jìn)氣門關(guān)閉前5°的氣缸壓力信號(hào)，用實(shí)測空燃比和油耗儀反算的發(fā)動(dòng)機(jī)流量或用空氣流量計(jì)實(shí)測的發(fā)動(dòng)機(jī)流量；ECU采集數(shù)據(jù)包括：進(jìn)氣壓力傳感器的電壓信號(hào)、軟件計(jì)算的進(jìn)氣歧管壓力、軟件計(jì)算的進(jìn)氣量、需求空燃比、噴油脈寬。該方法還包括實(shí)測驗(yàn)證方法，該方法的結(jié)果驗(yàn)證方法包括：步驟1)曲軸角度校驗(yàn)，設(shè)定點(diǎn)火角與噴油在1缸壓縮上止點(diǎn)處執(zhí)行，用示波器采集曲軸信號(hào)、噴油脈寬與點(diǎn)火執(zhí)行情況是否在需求位置，確保曲軸信號(hào)輪安裝無誤同時(shí)校驗(yàn)底層軟件角度中斷設(shè)計(jì)是否與實(shí)際需求相同，如果不同需要調(diào)整底層軟件算法；步驟2)特性曲線校驗(yàn)，固定轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度，采集燃燒分析儀測得的氣門關(guān)閉前5°曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的氣缸內(nèi)壓力，和ECU采集的對(duì)應(yīng)工作循環(huán)的壓力對(duì)比，偏差是否控制在5％以內(nèi)；如果超過范圍需要調(diào)整傳感器電壓信號(hào)向壓力轉(zhuǎn)換的標(biāo)定參數(shù)；更改轉(zhuǎn)速與節(jié)氣門開度，采用上面方法進(jìn)行三次以上校驗(yàn)；如果計(jì)算結(jié)果在偏差控制在5％以內(nèi)，則特性參數(shù)標(biāo)定通過，如果結(jié)果不可接受需要排查進(jìn)氣壓力傳感器特性曲線的可靠性和燃燒分析儀的設(shè)置；步驟3)進(jìn)氣壓力計(jì)算的可靠性驗(yàn)證，先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)流量進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定完成后對(duì)ECU計(jì)算的流量與臺(tái)架反算的流量進(jìn)行對(duì)比，流量差異要控制在3％以內(nèi)，否則需要修改進(jìn)氣壓力向發(fā)動(dòng)機(jī)流量轉(zhuǎn)換標(biāo)定參數(shù)。

本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明提出一種二缸機(jī)四沖程進(jìn)氣壓力計(jì)算方法，通過發(fā)動(dòng)機(jī)工況識(shí)別及進(jìn)氣歧管壓力的計(jì)算，計(jì)算出精確的進(jìn)氣量才能使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最優(yōu)功率，降低油耗，優(yōu)化排放。

附圖說明

下面對(duì)本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明：

圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的工作循環(huán)的進(jìn)氣歧管壓力示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的CAE分析壓力測量點(diǎn)示意圖。

圖3是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的測量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力示意圖。

圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的實(shí)施方案的流程圖。

圖5是本發(fā)明的具體實(shí)施方式的算法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的具體實(shí)施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種二缸機(jī)四沖程汽油機(jī)進(jìn)氣壓力的算法，包括發(fā)動(dòng)機(jī)工況識(shí)別及進(jìn)氣歧管壓力的計(jì)算，具體內(nèi)容如下：

首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況識(shí)別。由于啟動(dòng)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從零開始，在還未找到正確的曲軸信號(hào)時(shí)無法讀取正確的當(dāng)前曲軸轉(zhuǎn)角，因此氣門何時(shí)關(guān)閉也未知，此種工況下(以下稱為啟動(dòng)工況)無法用進(jìn)氣氣門關(guān)閉前某度或某區(qū)域的歧管壓力推算氣缸內(nèi)的壓力，所以啟動(dòng)工況時(shí)需要另外一種算法。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于一定值后，可以讀到正確的曲軸信號(hào)即準(zhǔn)確的曲軸轉(zhuǎn)角，此種工況(以下稱為正常運(yùn)行工況)可以識(shí)別進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻，可以用進(jìn)氣氣門關(guān)閉前某點(diǎn)或某區(qū)域的進(jìn)氣歧管壓力推算氣缸內(nèi)的壓力。

對(duì)不同工況下進(jìn)氣歧管壓力的計(jì)算，進(jìn)氣的精確計(jì)算是為了精確的計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)噴油量、點(diǎn)火角，降低油耗，提高輸出功率等。二缸機(jī)四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)噴油、點(diǎn)火都是在各缸壓縮上止點(diǎn)左右位置執(zhí)行一次，因此進(jìn)氣量計(jì)算需要在此之前完成。也可以理解為在壓縮上止點(diǎn)前更新進(jìn)氣量計(jì)算。根據(jù)此需求我們可以得到如下進(jìn)氣歧管壓力的計(jì)算方法：1)在啟動(dòng)工況下，進(jìn)氣壓力傳感器信號(hào)用高頻率通訊采樣讀取進(jìn)氣歧管壓力的壓力電壓信號(hào)。再用高頻率計(jì)算出電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣歧管壓力，計(jì)算方法依據(jù)進(jìn)氣壓力傳感器的特性曲線(由進(jìn)氣壓力傳感器供應(yīng)商提供)。讀取距離計(jì)算噴油、點(diǎn)火角時(shí)刻最近進(jìn)氣量，盡量減小進(jìn)氣量計(jì)算的偏差。2)在正常運(yùn)行工況下，由于高頻率通訊加大芯片運(yùn)行負(fù)載減小計(jì)算頻率并考慮到更為精確地計(jì)算進(jìn)氣歧管壓力。采用通過計(jì)算進(jìn)氣歧管壓力得到氣缸內(nèi)壓力從而推算進(jìn)入氣缸內(nèi)新鮮空氣流量的方法。本專利選用航瑞航空動(dòng)力裝備有限公司的某一二缸四沖程活塞式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。采集該發(fā)動(dòng)機(jī)7500轉(zhuǎn)/分鐘(7500rpm)的數(shù)據(jù)，CAE仿真結(jié)果見圖2(CAE壓力測量點(diǎn)示意圖)和圖3(測量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的壓力),其中0°(或720°)為1缸壓縮上止點(diǎn)，180°為1缸排氣下止點(diǎn)，360°為1缸進(jìn)氣上止點(diǎn)，1缸540為進(jìn)氣下止點(diǎn)。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)控制來講我們需要知道的是氣門關(guān)閉前氣缸內(nèi)的真實(shí)壓力。即為該發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角位570°(1mm升程氣門關(guān)閉時(shí)的曲軸轉(zhuǎn)角)由圖3可見測量點(diǎn)越是靠近氣缸，測得的壓力越接近氣缸內(nèi)壓力。對(duì)多個(gè)工況點(diǎn)仿真發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣道的壓力與氣缸內(nèi)的壓力，有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)得到不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷下，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的壓力在氣門關(guān)閉前5度時(shí)刻與氣缸內(nèi)的壓力相差偏差可以接受，并且不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)荷下的偏差可以通過進(jìn)氣壓力向?qū)?yīng)工況下進(jìn)氣流量轉(zhuǎn)換時(shí)進(jìn)行標(biāo)定修正后可以消除。因此可以用歧管壓力替代進(jìn)氣壓力，用來計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際流量。針對(duì)排量、進(jìn)排氣和布置不同的二缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)此角度可能不同，但選擇原理是一樣。

第一步，功能開發(fā)。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(以下簡稱ECU)分軟件(底層軟件、應(yīng)用層軟件)和硬件，實(shí)施方案流程見圖4。針對(duì)二缸機(jī)四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)如果要計(jì)算進(jìn)氣壓力，ECU需要包括以下功能：

1、ECU硬件，支持進(jìn)氣壓力傳感器功能及并設(shè)計(jì)響應(yīng)電路，并且要有高頻通道用來支持輸出歧管壓力的電壓值。

2、底層軟件，需要支持高頻率采集功能和根據(jù)曲軸信號(hào)產(chǎn)生軟件中斷調(diào)用特定函數(shù)的功能。

3、應(yīng)用層軟件，需要支持發(fā)動(dòng)機(jī)工況判斷，高頻和軟件中斷分類計(jì)算進(jìn)氣壓力的功能，算法流程見圖5。

第二步，功能驗(yàn)證。

1、基于模型功能仿真測試，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力傳感器電壓信號(hào)向壓力的轉(zhuǎn)換。包括電壓信號(hào)的選取、處理和選取后的電壓信號(hào)向壓力的轉(zhuǎn)換。

2、數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)，根據(jù)傳感器特性曲線對(duì)標(biāo)定量進(jìn)行預(yù)設(shè)，其中特性曲線由進(jìn)氣壓力傳感器的供應(yīng)商提供。

3、硬件在環(huán)仿真測試，為了確認(rèn)功能、節(jié)約試驗(yàn)成本和試驗(yàn)驗(yàn)證的范圍全面性，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)體驗(yàn)證前先進(jìn)行硬件在環(huán)仿真測試。本文方案選用在HIL(hardware-in-the-loop)上仿真測試。驗(yàn)證內(nèi)容：

硬件電路設(shè)計(jì)是否合理，查看經(jīng)過ECU輸出的電壓信號(hào)是否合理；

底層軟件角度中斷設(shè)計(jì)是否合理，查看軟件集成后產(chǎn)生中斷的角度與曲軸信號(hào)相對(duì)位置的合理性；

應(yīng)用層軟件算法是否合理，是否實(shí)現(xiàn)兩個(gè)缸的進(jìn)氣壓力計(jì)算；

綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：

●穩(wěn)態(tài)時(shí)，用于計(jì)算噴油進(jìn)氣量在一個(gè)工作循環(huán)中不可以發(fā)生突變；

●進(jìn)氣壓力與HIL設(shè)備模擬計(jì)算的氣缸內(nèi)壓力不能相差超過10％；

●ECU軟件計(jì)算的流量與HIL設(shè)備模擬計(jì)算的流量相差不能超過10％。

3、實(shí)測驗(yàn)證。

此文選擇在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上驗(yàn)證。需要的儀器有搭載ECU及相關(guān)零部件的發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架、油耗儀、空燃比測量儀(搭載線性氧傳感器)、燃燒分析儀、角標(biāo)儀、缸壓傳感器、標(biāo)定設(shè)備。

驗(yàn)證步驟如下，

傳感器安裝：進(jìn)氣歧管諧振腔處安裝臺(tái)架用的進(jìn)氣壓力傳感器，在排氣總管出安裝線性氧傳感器。

測量儀器安裝：油耗儀常規(guī)安裝，空燃比測量儀常規(guī)安裝，燃燒分析儀常規(guī)安裝，角標(biāo)儀常規(guī)安裝，缸壓傳感器常規(guī)安裝，標(biāo)定設(shè)備根據(jù)需求安裝。

測量的變量：

臺(tái)架采集的數(shù)據(jù)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、瞬時(shí)油耗、歧管壓力、空燃比、氣缸壓力、進(jìn)氣門關(guān)閉前5°(對(duì)應(yīng)曲軸轉(zhuǎn)角)氣缸壓力信號(hào)，用實(shí)測空燃比和油耗儀反算的發(fā)動(dòng)機(jī)流量或用空氣流量計(jì)實(shí)測的發(fā)動(dòng)機(jī)流量；

ECU采集數(shù)據(jù)包括：進(jìn)氣壓力傳感器的電壓信號(hào)、軟件計(jì)算的進(jìn)氣歧管壓力、軟件計(jì)算的進(jìn)氣量、需求空燃比、噴油脈寬。

結(jié)果驗(yàn)證方法：

1)曲軸角度校驗(yàn)，設(shè)定點(diǎn)火角與噴油在1缸壓縮上止點(diǎn)處執(zhí)行，用示波器采集曲軸信號(hào)、噴油脈寬與點(diǎn)火執(zhí)行情況是否在需求位置，確保曲軸信號(hào)輪安裝無誤同時(shí)校驗(yàn)底層軟件角度中斷設(shè)計(jì)是否與實(shí)際需求相同，如果不同需要調(diào)整底層軟件算法；

2)特性曲線校驗(yàn)

固定轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度，采集燃燒分析儀測得的氣門關(guān)閉前5°曲軸轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的氣缸內(nèi)壓力，和ECU采集的對(duì)應(yīng)工作循環(huán)的壓力對(duì)比，偏差是否控制在5％以內(nèi)。如果超過范圍需要調(diào)整傳感器電壓信號(hào)向壓力轉(zhuǎn)換的標(biāo)定參數(shù)。

更改轉(zhuǎn)速與節(jié)氣門開度，采用上面方法進(jìn)行三次以上校驗(yàn)。如果計(jì)算結(jié)果在可接受范圍內(nèi)(偏差控制在5％以內(nèi))，則特性參數(shù)標(biāo)定通過，如果結(jié)果不可接受需要排查進(jìn)氣壓力傳感器特性曲線的可靠性和燃燒分析儀的設(shè)置。

3)進(jìn)氣壓力計(jì)算的可靠性驗(yàn)證，先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)流量進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定完成后對(duì)ECU計(jì)算的流量與臺(tái)架反算的流量進(jìn)行對(duì)比，流量差異要控制在3％以內(nèi)，否則需要修改進(jìn)氣壓力向發(fā)動(dòng)機(jī)流量轉(zhuǎn)換標(biāo)定參數(shù)。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。