一种柴油机功率估计方法与流程

1.本发明涉及柴油机技术领域，更具体的是，本发明涉及一种柴油机功率估计方法。


背景技术：

2.功率是动力机机械单位时间内所做(消耗)的功，任何主动的机械都会有输出功率，汽油机、电动机都有，柴油机也不例外，并且柴油机输出功率是表征柴油机技术状态的一个重要指标。
3.在现有技术中，柴油机的功率测试一般有两种方法，一是通过试验台架测试的方法，另一种是实车测试方法。
4.在装备服役阶段，基于台架测试的方法是较难实施的。
5.而实车测试方法是通过在实车上安装传感器进行测试，往往是在柴油机功率输出端与联轴器之间安装应变片测得输出扭矩，进而计算出功率。
6.但是随着动力传动一体化技术的应用，柴油机与传动装置集成为一体，没有空间安装扭矩传感器，会出现实车测试柴油机输出功率时传感器安装困难、信号质量差等问题，因此实车条件下柴油机输出功率的测量成为一个难点。


技术实现要素：

7.本发明设计开发了一种柴油机功率估计方法，根据柴油机的加油齿杆位置获得不同工况下的单位时间耗油量，再根据单位时间耗油量、空负荷单位时间耗油量及机械损失功率，获得柴油机的输出功率，提高了准确性和估计效率。
8.本发明提供的技术方案为：
9.一种柴油机功率估计方法，包括如下步骤：
10.步骤一、采集柴油机转速和加油齿杆位置；
11.步骤二、根据柴油机转速和加油齿杆位移获得柴油机单位时间燃油消耗量：
[0012][0013]
式中，b为柴油机单位时间燃油消耗量，r为柴油机转速，h为柱塞参数，s为加油齿杆位移，b为常数，d为柱塞直径，d为供油组齿圈直径；
[0014]
同时获得柴油机的机械损失功率：
[0015]
p
m
＝t
t
ω；
[0016]
式中，p
m
为柴油机的机械损失功率，t
t
为柴油机的机械损失扭矩，ω为曲轴角速度；
[0017]
步骤三、计算获得柴油机有效输出功率：
[0018][0019]
式中，b
a1
为小时燃油消耗量，b
b1
为柴油机怠速工况小时燃油消耗量，p
m
为机械损失功率，p
ea1
为油耗为b
a1
时柴油机的有效输出功率。
[0020]
优选的是，所述柴油机的机械损失扭矩的计算公式为：
[0021][0022]
式中，j为柴油机旋转部件转动惯量，为曲轴角加速度。
[0023]
优选的是，对于柴油机在固定转速下满足：
[0024][0025]
式中，t0为固定转速时的转矩，为固定转速时的曲轴角加速度。
[0026]
优选的是，所述柴油机的机械损失扭矩满足：
[0027][0028]
优选的是，所述小时燃油消耗量满足：
[0029][0030]
式中，b
a1
为小时燃油消耗量，h
u
为柴油热值，η
it
为指示热效率，p
ea1
为油耗为b
a1
时柴油机的有效输出功率。
[0031]
优选的是，所述柴油机怠速工况小时燃油消耗量满足：
[0032][0033]
优选的是，所述常数满足：
[0034][0035]
式中，h'为柱塞螺旋线总高，θ0为螺旋线在柱塞顶面投影所占的角度。
[0036]
本发明所述的有益效果：
[0037]
(1)本发明提供的柴油机功率估计方法，解决了由于车辆柴油机与传动装置高度集成而导致的实车测试柴油机输出功率时传感器安装困难、信号质量差等问题，提高了柴油机功率估计的实用性和便利性。
[0038]
(2)本发明提供的柴油机功率估计方法，综合了柴油机使用期内机械损失功率及空负荷耗油量等特征信息，提高了柴油机功率估计的准确性。
附图说明
[0039]
图1为本发明所述柴油机功率估计方法的流程示意图。
[0040]
图2为本发明所述柴油机的柱塞结构示意图。
[0041]
图3为本发明所述实测外特性与计算功率对比图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0043]
如图1所示，本发明提供一种柴油机功率估计方法，包括如下过程：
[0044]
如图2所示，柴油机喷油泵供油组的柱塞偶件，柱塞打开回油孔切边为螺旋切边，根据螺旋线方程可以得出有效供油行程与柱塞旋转角度之间的关系为：
[0045]
h0＝h bθ
[0046]
式中，h0为柱塞的有效供油行程，h为柱塞参数，θ为柱塞的旋转角度，b为常数且满足：
[0047][0048]
式中，h'为柱塞螺旋线总高，θ0为螺旋线在柱塞顶面投影所占的角度。
[0049]
喷油泵供油组齿圈与柱塞固定，根据加油齿杆和喷油泵齿圈的对应关系，可以确定，柱塞的旋转角度和加油齿杆位移的关系是：
[0050][0051]
式中，s为加油齿杆位移，d为供油组齿圈直径；
[0052]
喷油泵一个供油组在发动机一个工作循环内供油量的计算公式为：
[0053][0054]
式中，q0为喷油泵一个供油组在发动机一个工作循环内的供油量，d为柱塞直径；
[0055]
柴油机单位时间燃油消耗量为：
[0056][0057]
式中，b为柴油机单位时间燃油消耗量，r为柴油机转速；
[0058]
由此可得到柴油机单位时间燃油消耗量与齿杆位移关系：
[0059][0060]
根据动量矩定理：
[0061]
jω＝t
t
t；
[0062]
式中，j为柴油机旋转部件转动惯量；ω为柴油机不供油条件下由高转速减速至某一固定转速时的曲轴角速度，单位：rad/s；t
t
为使用期中柴油机在某一固定转速时的机械损失扭矩，单位：n
·
m；t为时间，单位：秒；
[0063]
由此可得：
[0064][0065]
式中，为使用期中柴油机不供油条件下由高转速减速至某一固定转速时的曲轴角加速度，单位：rad/s2。
[0066]
将柴油机出厂时某一固定转速的转矩t0和角加速度代入上式中：
[0067]
[0068]
式中，t0为新出厂柴油机固定转速时的转矩，为新出厂柴油机不供油条件下由高转速减速至固定转速时的曲轴角加速度；
[0069]
由于测试时柴油机处于不供油状态，因此计算得到的转矩全部由柴油机内部机械损失产生，可由角加速度得到同一转速下不同使用时间的机械损失扭矩：
[0070][0071]
式中，和由柴油机断油后从高转速减速至某一固定转速时，通过转速值计算得到：
[0072][0073]
式中，δn为柴油机于固定转速时在时间δt内的速度变化，即为图1中减速过程加速度的计算方法；
[0074]
由此可得到同一转速下不同使用时间的机械损失功率：
[0075]
p
m
＝t
t
ω；
[0076]
式中，p
m
为机械损失功率。
[0077]
假定在内燃机转速不变的情况下，机械效率与指示热效率都不随负荷变化而变化，因此对于柴油机任一工况点有：
[0078]
b
a1
h
u
η
it
＝3600p
i
＝3600(p
ea1
p
m
)；
[0079]
式中，b
a1
为小时燃油消耗量，h
u
为柴油热值，η
it
为指示热效率，p
i
为柴油机指示功率，p
ea1
为油耗为b
a1
时柴油机的有效输出功率；
[0080]
对于柴油机怠速工况有：
[0081]
b
b1
h
u
η
it
＝3600p
m
；
[0082]
式中，b
b1
为柴油机怠速工况小时燃油消耗量；
[0083]
因此，可得：
[0084][0085]
由此，通过柴油机单位时间燃油消耗量公式计算获得柴油机怠速工况小时燃油消耗量，并通过公式获得机械损失功率，在任一工况下小时燃油消耗量已知时，能够获得对应的油耗为b
a1
时柴油机的有效输出功率。
[0086]
实施例
[0087]
根据所述估计方法，以某型柴油机新机为例，某型柴油机柱塞直径为10mm，柱塞参数为2.74mm，常数为1.122，齿圈直径为28.6mm，确定固定转速为1500r/min，柴油机新机的机械损失效率为17.1kw，通过柴油机空负荷运行检测加油齿杆位移为3mm，计算得到空负荷油耗为0.874g/s，该型柴油机在1500r/min时的最大加油位置加油齿杆位移15mm，计算得到最大供油量为15.8g/s，计算得到的功率值为292.1kw。将计算到的功率值与外特性图对比如图3所示，图中横坐标表示柴油机转速，纵坐标表示柴油机功率；图中圆点为1500r/min转速对应的功率值，曲线表示某型柴油机功率随转速变化规律，可看出依据转速及加油齿杆位置计算得到的功率与发动机台架实测外特性功率较为一致。
[0088]
本发明提供的柴油机功率估计方法，综合了柴油机使用期内机械损失功率及空负荷耗油量等特征信息，提高了柴油机功率估计的准确性。
[0089]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。