一种柴油-LNG双燃料发动机失火诊断方法

技术领域

本发明涉及发动机电控领域，提供一种柴油-LNG双燃料发动机失火诊断方法。

背景技术

柴油-LNG双燃料发动机“失火”分为两种情况，一是发动机喷油器损坏造成的失火，即缺缸，这是真正意义的失火，其后果是柴油机转速不稳以及双燃料模式下失火气缸所喷射的天然气全部进入排气管，导致能源浪费并引发安全问题，严重情况甚至损坏气缸；二是由于天然气喷射装置出现故障，例如喷气阀不工作，其后果是造成发动机转速不稳呈现周期性波动，严格意义讲这不是失火，只是天然气喷射不足或完全停喷。为了识别上述故障，需开发柴油-LNG双燃料发动机失火诊断系统，诊断出失火发生且采取相应的措施。

对于大功率柴油-LNG双燃料发动机，因为每气缸单天然气喷气阀已经不能满足柴油机功率需求，所以每气缸需使用多个喷气阀。由于某气缸部分喷气阀故障也会导致转速、功率等不稳，因此还需对每气缸多喷气阀柴油-LNG双燃料发动机进行失火诊断，确认故障喷气阀。

发明内容

本发明提供一种柴油-LNG双燃料发动机失火诊断方法，适用于每气缸多喷气阀柴油-LNG双燃料发动机失火诊断。当发动机运行于双燃料模式下，通过切断该缸全部或部分喷气阀，比较切断喷气阀前后两者的发动机转速波动情况，确定失火气缸且辨别是喷射装置故障还是喷油器故障。如果切断某缸的全部喷气阀前后发动机转速波动情况几乎相同，可确定该缸失火，判定为喷油器故障或喷射装置故障；当确定某缸失火后，通过切断该缸部分喷气阀，比较切断前后转速波动情况，如果切断后转速没有明显波动，则证明该切断之部分喷气阀故障或喷油器故障导致失火，再切断该缸剩余部分喷气阀，如果转速波动仍然不明显，则判断为喷油器故障导致的失火，否则判定为被切断之喷气阀故障，其中部分喷气阀被切断时导致转速波动增加者为无故障。本发明具体步骤如下：

1)        双燃料模式稳态工况下，以每m个循环为周期，维持当前天然气量n个循环不变，其中天然气与柴油均匀掺烧p个循环，计算q个循环各缸做功冲程区域的瞬时转速                                                （m>n，n=p+q），其中i为缸号，k为当前循环标志。每个循环各缸做功冲程区域的瞬时转速的最大值与最小值之差，即为每个循环转速最大振幅，再计算q个循环转速最大振幅的平均值。当时，发动机存在发火故障。记录此时转速最大振幅的平均值为切断喷气阀前转速最大振幅。

2)        确认发动机存在发火故障后，在双燃料模式下，逐气缸切断全部喷气阀，每次切断后计算r循环内转速最大振幅的最大值，r循环后恢复喷气阀工作，再切断下一缸全部喷气阀。若  限值，则判定第i缸失火，其中i为缸号。

3)        确认失火气缸后，在双燃料模式下，切断该失火气缸一半喷气阀，计算切断后r循环内转速最大振幅的最大值，r循环后恢复喷气阀工作；再切断该失火气缸另一半喷气阀，计算切断后r循环内转速最大振幅的最大值，r循环后恢复喷气阀工作，其中i为失火气缸缸号。若限值且限值，则喷油器故障，反之若限值且限值或限值且限值，则有喷气阀存在故障。

4)        对于每气缸喷气阀数量大于等于3个的柴油-LNG双燃料发动机，确认有喷气阀存在故障后，逐个切断失火气缸喷气阀。每次切断喷气阀后计算出r循环内转速最大振幅的最大值，其中i为失火气缸缸号，j为失火气缸喷气阀号，r循环后恢复喷气阀工作。若限值，则判定第i缸第j个喷气阀故障。

附图说明

图1是6缸每缸4喷气阀柴油-LNG双燃料发动机架构图。1为喷气阀，2为天然气耐压管，3为柴油-LNG双燃料电控单元，4为连接线束，5为曲轴传感器，6为凸轮传感器，7为齿条位置传感器。

图2是稳态工况判断流程图，M1为稳态工况判断； S1为转速稳定性判断；S2为油量稳定性判断；S3为天然气量稳定性判断；S4为发动机转速判断；S5为若转速、油量、天然气量均稳定且发动机转速在怠速转速和额定转速之间；M2为稳态工况下进入发火故障判断。

图3是发火故障判断流程图，M2为发火故障判断；S6为维持当前天然气量n个循环不变，计算q个循环每缸做功冲程的瞬时转速，其中n>q；S7为计算各循环转速最大振幅的平均值；S8为各循环转速最大振幅的平均值大于限值，发动机存在发火故障，记录各循环转速最大振幅的平均值为切断喷气阀前转速最大振幅；M3为发动机存在发火故障时进入失火气缸诊断。

图4是失火气缸诊断流程图，M3为失火气缸诊断；S9为逐气缸切断全部喷气阀，计算各缸切断全部喷气阀后的转速最大振幅的最大值与切断喷气阀前转速最大振幅的偏差；S10为若转速最大振幅的最大值与切断喷气阀前转速最大振幅的偏差≤限值；S11为确认失火气缸及其缸号；M4为确认失火气缸时进入每气缸多喷气阀发动机失火原因诊断。

图5是判断每气缸多喷气阀发动机失火原因流程图，M4为判断每气缸多喷气阀柴油-LNG发动机失火原因；S12为切断该失火气缸一半喷气阀；计算转速最大振幅的最大值；S13为切断该失火气缸另一半喷气阀，计算转速最大振幅的最大值；S14为切断一半和另一半喷气阀后转速最大振幅的最大值均与切断喷气阀前转速最大振幅相差较小；S15为喷油器故障； S16为切断一半和另一半喷气阀后转速最大振幅的最大值均不与切断喷气阀前转速最大振幅相差较大时有喷气阀存在故障； S17为逐个切断失火气缸喷气阀，计算其转速最大振幅的最大值；S18为切断单个喷气阀转速最大振幅的最大值与切断喷气阀前转速最大振幅的偏差≤限值；S19为当前切断喷气阀故障；S20为当前切断喷气阀正常。

具体实施方式

以6缸每缸4个喷气阀柴油-LNG双燃料发动机为例，如图1所示，需安装齿条位置传感器，电控单元控制喷气阀将天然气喷入，天然气由天然气耐压管进入各缸进气歧管与空气混合，并进入气缸与柴油混合掺烧。曲轴位置传感器用来检测转速波动情况，凸轮位置传感器用来确定喷气相位。

稳态工况判断，其步骤如图2所示：

在S1中，诊断发动机的传感器电路故障、喷气阀电路故障、传感器参数故障，确认发动机处于正常工作状态。

在S2中，每一个循环触发一次转速稳定性判断，将当前转速与进行100次先进先出滤波的平均转速进行比较，判断当前转速的稳定性。

在S3中，每一个循环触发一次油量稳定性判断，将一循环内油量平均值与进行100次先进先出滤波的平均油量进行比较，判断当前油量的稳定性。

在S4中，每3秒钟触发一次天然气量稳定性的判断，将当前天然气量与进行10次先进先出滤波的平均天然气量进行比较，判断当前天然气量的稳定性。

在S5中，根据转速稳定性等条件判断是否进行发火故障判断。

发火故障判断，其步骤如图3所示：

在S6中，以每100个循环为周期，维持当前天然气量15个循环不变，其中前10个循环柴油和天然气均匀掺烧，然后计算后5个循环内每个循环各缸做功冲程区域的瞬时转速。

在S7中，根据获得各循环各缸做功冲程区域瞬时转速的最大值和最小值计算每个循环转速最大振幅，再计算其平均值。

在S8中，根据计算出的最大转速振幅的平均值来判断发动机是否存在发火故障。若，则存在发火故障，记切断喷气阀前转速最大振幅。

失火气缸诊断，其步骤如图4所示：

在S9中，逐气缸切断全部喷气阀，采集切断后5循环内各缸做功冲程区域瞬时转速，并计算各循环转速最大振幅，i为当前切断气缸缸号，5循环后i缸恢复喷气阀工作后，等待油量稳定后，再切断下一缸全部喷气阀。计算i缸切断全部喷气阀后对应的5循环内转速最大振幅的最大值与切断喷气阀前转速最大振幅的偏差，其中i为切断气缸缸号。

在S10中，将每缸切断全部喷气阀后对应的5循环内转速最大振幅的最大值与切断喷气阀前转速最大振幅的偏差与限值进行比较。

在S11中，若，则证明第i缸失火，进行失火原因诊断。

判断失火原因，其步骤如图5所示：

在S12中，切断该失火气缸一半喷气阀，计算切断喷气阀后5循环内转速最大振幅的最大值，i为失火气缸缸号，5循环后恢复喷气阀工作。

在S13中，再切断该失火气缸另一半喷气阀，计算切断喷气阀后5循环内转速最大振幅 ，i为失火气缸缸号，5循环后恢复喷气阀工作。

在S14中，根据、和的关系判断失火原因。若且，则喷油器故障，反之若且或且，则有喷气阀存在故障。

在S17中，逐个切断失火气缸喷气阀，计算每次切断喷气阀后5循环内转速最大振幅的最大值，其中i为失火气缸缸号，j为失火气缸喷气阀号，5循环后恢复喷气阀工作。

在S18中，与若，则判定第i缸第j个喷气阀故障，反之，第i缸第j个喷气阀正常。