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一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置，其中方法具体是：按照预设的正弦或者余弦规律，控制EGR阀的开度；在控制EGR阀的开度时，采集进气压力信号；根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率；根据预先标定的堵塞程度MAP图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的EGR管路堵塞程度。可见本发明技术方案利用频域响应信号来评价废弃再循环系统的系统响应性，根据该频域响应信号的振幅来检测EGR管路的堵塞程度。由于频率响应信号的稳定性较高，不容易受到外界干扰，更准确地反映EGR管路的实际情况。
【专利说明】一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置【技术领域】
[0001]本发明涉及机械领域，特别是一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]废气再循环系统(ExhaustGas Recirculation,
E G R)是针对引擎排气中有害气体之一的氮氧化物(NOx)所设置的排气净化系统。该系统工作原理是将排气管中部分废气经外部管路引入进气管参与再燃烧，以降低缸内燃烧温度、降低缸内混合气中氧气比例，破坏氮氧化物的生成环境，从而降低氮氧化物的排放。
[0003]为了符合排放法规的要求，发动机均需要配置E G R，以降低排气中的氮氧化物。由于柴油机主要排放物是氮氧化物和颗粒物(Particu late Matter， PM )，而颗粒物容易产生附着，在E G R工作过程中，废气中不可避免地要夹带着颗粒物，这些颗粒物在流动过程中会逐渐粘附在E G R管路上，由于是在E G R冷却器中，这样就不可避免的减小了废弃的流通面积，导致E G R率的无法准确控制，而E G R率控制不当，容易造成发动机碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)排放增加，燃油经济性恶化等问题。因此，在E G R工作过程中对E GR管路堵塞情况的监控就显得尤为重要。
[0004]现有技术中常 采用的检测方法是:在一定的工况下，控制E G R阀周期性开度变化，同时，监测在E G R变化周期内的进气压力，然后计算进气压力最大值与最小值的幅度差值，利用该差值来衡量堵塞的程度。由于进气压力信号幅值大小容易受到发动机噪声等外界干扰的严重影响，因此，首先需要去除干扰，也就是需要对进气压力信号作滤波处理，而由于干扰信号无法准确测量，因此，准确滤波很难实现。所以，通过压力幅度差来判断管道堵塞程度的可靠性不高。

【发明内容】

[0005]为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置，能够利用频域响应信号来评价废弃再循环系统的系统响应性，根据该频域响应信号的振幅来检测E GR管路的堵塞程度。由于频率响应信号的稳定性较高，不容易受到外界干扰，更准确地反映E G R管路的实际情况。
[0006]第一方面，本发明提供了一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法，所述方法包括:
[0007]按照预设的正弦或者余弦规律，控制E G R阀的开度；
[0008]在控制E G R阀的开度时，采集进气压力信号；
[0009]根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率；
[0010]根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E GR管路堵塞程度。
[0011]优选的，所述根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号，包括:
[0012]对所采集的进气压力信号作实数形式离散傅里叶变换得到复数函数；所述实数形式离散傅里叶变换采用固定频率；
[0013]对所述复数函数进行极坐标变换得到所述固定频率的频域响应信号。
[0014]优选的，所述根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号，包括:
[0015]采用信号相关性算法计算所述实数形式离散傅里叶变换产生的实部和虚部；所述信号相关性算法采用固定频率；
[0016]根据所述实部和虚部计算所述固定频率的频域响应信号。
[0017]优选的，所述根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E G R管路堵塞程度，包括:
[0018]利用传感器分别获取发动机转速和油量；
[0019]在预先标定的堵塞程度M A P图中查询与所计算的频域响应信号的振幅、所获取的转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
[0020]优选的，所述预先标定的堵塞程度M A P通过以下方法测量得到，包括:
[0021]利用法兰盘设定不同的管道堵塞程度；
[0022]在每一种管道堵塞程度下，按照预设的幅度变化控制EGR阀的开度，并采集进气压力信号；计算所述进气压力信号的频域响应信号的振幅；所述预设的幅度变化为正弦变化或者余弦变化；记录发动机转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度；
[0023]根据所记录的发动机转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度，绘制堵塞程度M A P图。
[0024]优选的，所述方法还包括:
[0025]当所查询的管道堵塞程度大于阈值时，向系统发出告警信息。
[0026]第二方面，本发明提供了一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法，其特征在于，所述装置包括:
[0027]控制单元，用于按照预设的正弦或者余弦规律，控制EGR阀的开度；
[0028]采集单元，用于在控制E G R阀的开度时，采集进气压力信号；
[0029]计算单元，用于根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率；
[0030]检测单元，用于根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
[0031]优选的，所述计算单元，包括:
[0032]第一变换子单元，用于对所采集的进气压力信号作实数形式离散傅里叶变换得到复数函数；所述实数形式离散傅里叶变换采用固定频率；
[0033]第二变换子单元，用于对所述复数函数进行极坐标变换得到所述固定频率的频域响应信号。
[0034]优选的,所述计算单元,包括:
[0035]第一计算子单元，用于采用信号相关性算法计算所述实数形式离散傅里叶变换产生的实部和虚部；所述信号相关性算法采用固定频率；[0036]第二计算子单元，用于根据所述实部和虚部计算所述固定频率的频域响应信号。
[0037]优选的，所述检测单元，包括:
[0038]获取子单元，用于利用传感器分别获取发动机转速和油量；
[0039]查询子单元，用于在预先标定的堵塞程度M A P图中查询与所计算的频域响应信号的振幅、所获取的转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
[0040]优选的，所述装置，还包括:
[0041]设定单元，用于利用法兰盘设定不同的管道堵塞程度；
[0042]测试单元，用于在每一种管道堵塞程度下，按照预设的幅度变化控制E G R阀的开度，并采集进气压力信号；计算所述进气压力信号的频域响应信号的振幅；所述预设的幅度变化为正弦变化或者余弦变化；记录转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度；
[0043]绘制单元，用于根据所记录的转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度，绘制堵塞程度M A P图。
[0044]优选的,所述装置还包括:
[0045]告警单元，用于当所查询的管道堵塞程度大于阈值时，向系统发出告警信息。
[0046]由上述实施例可以看出，本发明提供的一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法及装置，按照预设的正弦或者余弦规律，控制E G R阀的开度；在控制E G R阀的开度的同时还采集进气压力信号；根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率；根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。本发明技术方案是利用频域响应信号来评价废弃再循环系统的系统响应性，根据该频域响应信号的振幅来检测E G R管路的堵塞程度。由于频率响应信号的稳定性较高，不容易受到外界干扰，所以，利用本发明技术方案检测的管道堵塞程度的可靠性较高。
【专利附图】

【附图说明】
[0047]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1为本发明实施例揭示的废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法实施例1的流程图；
[0049]图2为本发明实施例揭示的废气再循环系统的管路堵塞程度检测装置实施例1的结构图。
【具体实施方式】
[0050]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0051]实施例一
[0052]请参阅图1，其为本发明实施例揭示的废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法实施例1的流程图，该方法可包括:
[0053]步骤101，按照预设的正弦或者余弦规律，控制E G R阀的开度。
[0054]由于本实施例应用于检测废气再循环系统(Exhaust Gas Reci r c u Iat ion，EGR)的管道堵塞程度，为了便于理解本实施例的技术方案，下
面首先介绍以下废气再循环系统的工作原理。
[0055]E G R是从发动机的排气管上取废气，废气流过E G R阀E G R冷却器后在管道里与新鲜空气混合后进入气缸参与燃烧，从而降低气缸内的最高温度、氧气含量等，以减小氮氧化物的排放量。为了保证发动机正常工作性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。实际应用中，常采用电子控制器根据发动机工况，通过电磁阀EG R阀的开度，实现E G R率的控制。由于，E G R率过大，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳定,失火率增加，H C增加、动力性和经济性下降。E G R率过小，氮氧化物排放达不到法规要求，易产生爆震、发动机过热等现象。因此，E G R率必须根据发动机工况要求进行控制。通常将E G R率控制在10%?20%范围。其中，E G R率等于E G R气体量占进气气体量的比值。
[0056]下面根据发动机的不同工况来分析E G R的实际工作状态，具体可分为以下几种:
[0057]冷起动及预热工况:柴油机的转速和温度较低，氧气虽然过量，但是生成氮氧化物的量较小，为了防止E G R影响燃烧的稳定性，一般不进行E G R。
[0058]怠速及低负荷工况:柴油机燃烧的仍然是稀混合气，汽缸中氧气含量仍大大过剩，加上气缸温度逐步升高，造成氮氧化物排放较快升高，在该工况下，应进行适度E G R。
[0059]加速工况:柴油机油的响应快于气的响应，特别是对装有E G R系统的中冷增压柴油机来说更是如此，所以过度工况会存在较浓的混合气，此时一般不进行E G R。
[0060]减速工况:柴油机减速时，混合气变稀，但发动机温度仍较高，有利于氮氧化物的生成，故应进行E G R。
[0061 ] 发动机启动时，关闭E G R系统。
[0062]本实施例是在E G R系统正常工作情况下，检测E G R管路堵塞情况。因此，综上所述，在实际应用中，可以在发动机处于怠速及低负荷工况下、或者在加速工况下，实现本实施例的技术方案。
[0063]E G R阀的开度直接影响流通截面积，由于传感器安装位置的影响，传感器检测到的是新鲜空气和再循环废气的混合气的压力信号。步骤101是在发动机较为稳定的工况下，保持E G R系统进口废气压力、温度以及流量变化不大的情况下，将E G R阀的开度在现有开度的基础上，按照预设的正弦或者余弦规律变化，则E G R系统的流通截面积也随之发生正弦或者余弦变化，进而E G R管路中的废气流量也随之产生相应，从而导致废气压力呈现响应性波动，因此，可以通过检测进气口压力的波动情况来评价E G R系统的管路堵塞程度。E G R管路堵塞越严重，系统响应性就越差，对总管的进气压力变化影响就越小。
[0064]步骤102，在控制E G R阀的开度时，采集进气压力信号。
[0065]在实际实现过程中，可以在发动机进气口位置安置一个压力传感器，利用该压力传感器采集进气压力信号。步骤102的触发条件是当开始执行上述步骤101时，就开始采集进气压力信号。也就是说，当E G R阀的开度一旦开始按照预设的正弦或者余弦规律发生变化，就开始采集进气压力信号。
[0066]步骤103，根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率。
[0067]由于步骤101按照预设的正弦规律或者余弦规律控制EGR阀的开度变化，因此，进气压力信号也会呈现出一定的正弦或者余弦规律，这个是由正弦或者余弦的曲线保真度的特性决定的。正弦和余弦信号的曲线保真度的特性，具体是指:
[0068]一个正弦或者余弦曲线信号输入后，输出的仍旧是正弦或者余弦曲线，只有幅度和相位可能会发生变化，但是频率和波的形状仍旧是一样的。且，只有正弦或者余弦曲线才拥有这样的性质。
[0069]因此，可以通过所采集的进气压力信号，求解出步骤101控制时所采用的正弦或者余弦的频率下的频域响应信号。比如:当步骤101采用的是正弦规律Sinw11:,则步骤103,具体是要根据所采集的进气压力信号，计算出W1下的频域响应信号；当步骤101采用的是正弦规律cosw2t，则步骤103，具体是要根据所采集的进气压力信号，计算出W2下的频域响应信号。总是步骤103所要计算的固定频率下的频率响应信号就是为了确定步骤101所采用的正弦或者余弦规律的频率响应信号。
[0070]为了计算得到固定频率下的频域响应信号，本实施例提供以下两种方式:
[0071]第一种方式，可包括:
[0072]对所采集的进气压力信号作实数形式离散傅里叶变换得到复数函数；所述实数形式离散傅里叶变换采用固定频率；
[0073]对所述复数函数进行极坐标变换换得到所述固定频率的频域响应信号。
[0074]实数形式离散傅里叶变换实质上是将时域信号用频域信号来表示，即，信号从时域转换至频域。上述步骤采用固定频率，经过变换得到固定频率下的频域复数函数，然后对该复数函数作极坐标变换能够计算得到频率响应信号。
[0075]第二种方式，可包括:
[0076]采用信号相关性算法计算所述实数形式离散傅里叶变换产生的实部和虚部；所述信号相关性算法采用固定频率；
[0077]根据所述实部和虚部计算所述固定频率的频域响应信号。
[0078]下面从数学公式的角度描述离散傅里叶变换原理以及信号相关性算法的原理。
[0079]离散傅里叶合成运算公式为:
【权利要求】
1.一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测方法，其特征在于，所述方法包括: 按照预设的正弦或者余弦规律，控制E G R阀的开度； 在控制E G R阀的开度时，采集进气压力信号； 根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率； 根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E GR管路堵塞程度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号，包括: 对所采集的进气压力信号作实数形式离散傅里叶变换得到复数函数；所述实数形式离散傅里叶变换采用固定频率； 对所述复数函数进行极坐标变换得到所述固定频率的频域响应信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号，包括: 采用信号相关性算法计算所述实数形式离散傅里叶变换产生的实部和虚部；所述信号相关性算法采用固定频率； 根据所述实部和虚部计算所述固定频率的频域响应信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先标定的堵塞程度MA P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E G R管路堵塞程度，包括: 利用传感器分别获取发动机转速和油量； 在预先标定的堵塞程度MA P图中查询与所计算的频域响应信号的振幅、所获取的转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的方法，其特征在于，所述预先标定的堵塞程度MA P通过以下方法测量得到，包括: 利用法兰盘设定不同的管道堵塞程度； 在每一种管道堵塞程度下，按照预设的幅度变化控制E G R阀的开度，并采集进气压力信号；计算所述进气压力信号的频域响应信号的振幅；所述预设的幅度变化为正弦变化或者余弦变化；记录发动机转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度； 根据所记录的发动机转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度，绘制堵塞程度M A P 图。
6.根据权利要求1~4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 当所查询的管道堵塞程度大于阈值时，向系统发出告警信息。
7.一种废气再循环系统的管路堵塞程度检测装置，其特征在于，所述装置包括: 控制单元，用于按照预设的正弦或者余弦规律，控制E G R阀的开度； 采集单元，用于在控制E G R阀的开度时，采集进气压力信号； 计算单元，用于根据所采集的进气压力信号，计算固定频率的频域响应信号；所述固定频率为预设的正弦或者余弦规律的频率； 检测单元，用于根据预先标定的堵塞程度M A P图，查询与所计算的频域响应信号的振幅、转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算单元，包括: 第一变换子单元，用于对所采集的进气压力信号作实数形式离散傅里叶变换得到复数函数；所述实数形式离散傅里叶变换采用固定频率； 第二变换子单元，用于对所述复数函数进行极坐标变换得到所述固定频率的频域响应信号。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算单元，包括: 第一计算子单元，用于采用信号相关性算法计算所述实数形式离散傅里叶变换产生的实部和虚部；所述信号相关性算法采用固定频率； 第二计算子单元，用于根据所述实部和虚部计算所述固定频率的频域响应信号。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述检测单元，包括: 获取子单元，用于利用传感器分别获取发动机转速和油量； 查询子单元，用于在预先标定的堵塞程度MA P图中查询与所计算的频域响应信号的振幅、所获取的转速、油量对应的E G R管路堵塞程度。
11.根据权利要求6~10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括: 设定单元，用于利用法兰盘设定不同的管道堵塞程度； 测试单元，用于在每一种管道堵塞程度下，按照预设的幅度变化控制E G R阀的开度，并采集进气压力信号；计算所述进气压力信号的频域响应信号的振幅；所述预设的幅度变化为正弦变化或者余弦变化；记录转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度； 绘制单元，用于根据所记录的转速、油量和所述振幅以及对应的管道堵塞程度，绘制堵塞程度M A P图。
12.根据权利要求6~10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 告警单元，用于当所查询的管道堵塞程度大于阈值时，向系统发出告警信息。
【文档编号】G01M13/00GK104005885SQ201410225909
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】江楠, 许帅, 武玉臣, 张苗苗, 仝玉华 申请人:潍柴动力股份有限公司