一种基于轨压信号的柴油机喷油正时故障诊断方法

本发明涉及柴油发动机燃油喷射系统，具体涉及一种基于轨压信号的柴油机喷油正时故障诊断方法。

背景技术：

1、高压共轨系统作为当今公认的最先进的燃油喷射系统，其采用的高压喷射方式可以使燃油得到良好的雾化，且喷射压力柔性可控，喷油正时和喷油规律等也不依赖于具体的发动机工况，可以根据柴油机实际转速和负荷情况实施灵活控制，因此极大程度的改善了缸内燃烧过程，降低了排放和噪声。

2、其中，高精度的喷油正时控制对于实现高效率的发动机燃烧过程的作用尤为重要。由于发动机电子控制单元(ecu)在喷油器上施加驱动电流至燃油从喷油器喷出之间往往存在液力作用的延时，目前在柴油机高压共轨系统中普遍采用先验脉普图方式来实现对喷油正时的实时控制，并在开发阶段在发动机台架上对喷油正时进行精确标定。然而，这种基于脉普图的开环控制方式忽略了发动机在实际运行过程中来自外部的干扰(如喷油器因使用不当发生磨损、喷孔积碳、供电电压波动等)和系统内部自身参数变化带来的扰动等影响，往往难以保证在全工况和全生命周期内均具有统一的控制精度。同时，共轨喷油器在生产制造过程中由于加工、装配工艺等影响，不可避免的存在不同喷油器个体间的性能差异，也易导致各缸的喷油正时控制出现不一致问题，严重情况下甚至影响发动机性能。因此，需要对发动机各缸的喷油正时进行在线监测和诊断，确保可靠和安全运行。

3、现有的发动机喷油正时故障在线诊断技术中，通常通过分析气缸内的压力的方法来实现，但这需要增加额外的传感器装备。现有的关于喷油正时的在线故障诊断技术也往往存在操作性和实用性不强，相位识别精度不高，诊断介入条件存在较大的局限性，以及可靠性较差等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种基于轨压信号的柴油机喷油正时故障诊断方法。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于轨压信号的柴油机喷油正时故障诊断方法，包括以下步骤：

4、s1、根据车辆运行状态，判断车辆是否运行在制动或滑行状态或车辆发动机是否在稳定工况下运行，若是，则执行步骤s2，否则，无故障结束诊断；

5、s2、切断高压油泵供油，并预设参考喷油正时和参考喷油量，使发动机电子控制单元对各缸喷油器的喷油控制根据该参考喷油指令进行；

6、s3、根据步骤s2中预设的参考喷油正时和参考喷油量，采集带时间戳的曲轴相位角数据和轨压信号数据；

7、s4、判断是否采集到发动机一个完整的工作循环数据或是否达到恢复高压油泵供油条件，若是，则执行步骤s5，否则，执行步骤s3；

8、s5、恢复高压油泵供油，并取消预设的参考喷油正时和参考喷油量，使各缸喷油器恢复正常喷油控制；

9、s6、采用savitzky-golay滤波法对采集的轨压信号数据进行滤波和求导计算，并根据采集的曲轴相位角数据，获取各缸的实际喷油正时；

10、s7、根据步骤s6中各缸的实际喷油正时与预设的参考喷油正时的偏差值，判断偏差值是否超过设定的喷油正时阈值范围，若存在某缸的喷油正时偏差值超过阈值范围，则该缸喷油器存在喷油正时故障，否则，无故障结束诊断。

11、进一步地，车辆发动机在稳定工况下运行，具体为：

12、当车辆发动机的转速和喷油量在较少范围内变化时，车辆发动机在稳定工况下运行。

13、进一步地，步骤s2具体包括：

14、s21、关闭高压油泵的油量计量阀，停止高压油泵的供油；

15、s22、预设参考喷油正时和参考喷油量，使发动机电子控制单元对各缸喷油器的喷油控制根据该参考喷油指令进行。

16、进一步地，步骤s3具体包括：

17、s31、根据步骤s2中预设参考喷油正时和参考喷油量，利用发动机电子控制单元根据曲轴信号传感器传输的曲轴脉冲信号，采集曲轴脉冲上升沿或下降沿的曲轴相位角数据，并利用发动机电子控制单元的高分辨率定时单元获取曲轴脉冲上升沿或下降沿时刻的时间戳；

18、s32、利用发动机电子控制单元根据轨压传感器传输的轨压信号，采集轨压信号数据，并利用发动机电子控制单元的高分辨率定时单元获取轨压信号采样点的时间戳。

19、进一步地，采集曲轴脉冲上升沿或下降沿的曲轴相位角数据，并利用发动机电子控制单元的高分辨率定时单元获取曲轴脉冲上升沿或下降沿时刻的时间戳，具体过程为：

20、根据曲轴信号传感器和曲轴信号盘的安装位置，确定同步齿信号上升沿或下降沿距1缸上止点的偏置角θ0；

21、计算曲轴信号盘相邻两齿上升沿或下降沿的间隔角度θ1，即：

22、θ1＝360°ca/n

23、其中，n表示曲轴信号盘的信号齿数目，且包含缺齿数，θ1表示相邻两信号齿的间隔角；

24、利用下述公式计算齿号i的脉冲信号的上升沿或下降沿时刻的曲轴相位角θi，即：

25、θi＝-θ0+θ1·i

26、其中，i表示曲轴信号盘的齿编号，为大于或等于0的整数且取值范围为[0,2n-1]，θ0表示同步齿信号距1缸上止点的偏置角，且同步齿编号为0；

27、同时，启动高分辨率定时单元获取采样曲轴脉冲上升沿或下降沿时刻的时间戳。

28、进一步地，步骤s4具体包括：

29、当已经采集到发动机一个完整的工作循环数据，或达到恢复高压油泵供油条件，则执行步骤s5，否则，执行步骤s3；

30、其中，达到恢复高压油泵供油的条件为：当前车辆发动机退出稳定运行工况，或车辆退出制动或滑行状态，或当前轨压低于设定限值。

31、进一步地，步骤s6具体包括：

32、s61、采用savitzky-golay滤波器对采集的轨压信号数据进行滤波和求导，得到滤波后的轨压数据一阶导数；

33、s62、查找步骤s61中轨压数据一阶导数小于或等于设定阈值时对应的时间，得到各缸的实际喷油正时时刻；

34、s63、在采集的带时间戳的曲轴相位角数据中，查找与步骤s62中各缸的实际喷油正时时刻相邻的前齿与后齿的信号上升沿或下降沿对应的时间戳和曲轴相位角；

35、s64、根据各缸的实际喷油正时时刻，利用下述公式计算各缸的实际喷油正时绝对角度，即：

36、

37、其中，k表示发动机缸号且为正整数，θsoi[k]表示第k缸的实际喷油正时绝对角度，θa[k]表示与第k缸的实际喷油正时时刻tsoi[k]相邻的前齿的曲轴相位角，θb[k]表示与第k缸的实际喷油正时时刻tsoi[k]相邻的后齿的曲轴相位角，tsoi[k]表示第k缸的实际喷油正时时刻，ta[k]表示与第k缸的实际喷油正时时刻tsoi[k]相邻的前齿信号上升沿或下降沿的时间戳，tb[k]表示与第k缸的实际喷油正时时刻tsoi[k]相邻的后齿信号上升沿或下降沿的时间戳；

38、s65、根据发动机发火顺序，将步骤s64中计算的各缸的实际喷油正时绝对角度转化为各缸的实际喷油正时θsoir[k]。

39、进一步地，步骤s61具体包括：

40、选择二次多项式进行savitzky-golay滤波，并利用卷积运算公式得到滤波后的轨压数据一阶导数，即：

41、

42、其中，表示滤波后的第n个卷积窗口中心点的轨压数据一阶导数，m表示卷积窗口半长度，s表示求和运算中从-m到m依次取值，cs表示归一化卷积系数，p[n+s]表示第n+s个轨压信号采样点的轨压信号数据，δt表示轨压信号数据的采样时间间隔。

43、进一步地，步骤s7具体包括：

44、s71、计算各缸的实际喷油正时与参考喷油正时的偏差，得到各缸的喷油正时偏差值，即：

45、δsoir[k]＝θsoir[k]-θref

46、其中，δsoir表示第k缸的喷油正时偏差值，θsoir表示第k缸的实际喷油正时，θref表示参考喷油正时；

47、s72、若步骤s71中存在有某缸喷油正时偏差值超过设定的喷油正时阈值范围，则该缸喷油器存在喷油正时故障，否则，无故障结束诊断。

48、进一步地，步骤s72具体包括：

49、当某缸喷油正时偏差值超过喷油正时阈值范围且喷油正时偏差值为负，则该缸喷油器喷油正时存在超前故障；

50、当某缸喷油正时偏差值超过喷油正时阈值范围且喷油正时偏差值为正，则该缸喷油器喷油正时存在滞后故障。

51、本发明具有以下有益效果：

52、1.本发明所提出的一种基于轨压信号的柴油机喷油正时故障诊断方法，采用sg滤波即savitzky-golay滤波方法对采集的轨压信号数据进行平滑滤波和求导计算，能够较好的实现平滑滤波效果，并保持滤波前后轨压信号数据一阶导数曲线的峰值特征位置，有效的避免滤波后信号值滞后与实际测量信号值的问题，以实现对发动机各缸喷油器实际喷油正时的准确测量和提取，提高了故障诊断的可靠性和安全性；

53、2.本发明根据测量的各缸实际喷油正时与参考喷油正时的偏差，能够实现可靠的喷油正时在线故障诊断，提高了故障诊断的可靠性；

54、3.当检测到喷油正时异常现象时，本发明也能够明确判断发动机哪一缸的喷油正时存在故障，能够实现故障的准确定位，提高了故障诊断的可靠性和及时性。