本发明专利技术公开一种航空活塞二冲程增压发动机的控制系统和故障诊断方法，属于二冲程航空活塞增压发动机领域。该故障诊断方法包括：获取发动机运行参数，对传感器信号进行初步诊断；建立发动机进气量计算模型并计算发动机进气量；确定喷油脉宽，采用前馈加反馈的闭环燃油喷射控制方法对喷油脉宽进行控制，并执行喷油动作；根据点火提前角产生点火正时信号，执行点火动作；进行排气系统故障诊断，定位故障原因并报警。该方法建立了发动机进气量模型，根据进气量以及空燃比数据通过前馈加反馈的控制方式使发动机始终工作在最佳空燃比范围内，系统自诊断功能针对发动机工作环境及增压发动机易损坏点进行故障诊断。发动机易损坏点进行故障诊断。发动机易损坏点进行故障诊断。
【技术实现步骤摘要】
航空活塞二冲程增压发动机的控制系统和故障诊断方法
[0001]本专利技术应用于二冲程航空活塞增压发动机领域，具体涉及一种航空活塞二冲程增压发动机控制系统及其故障诊断方法。
技术介绍
[0002]该技术应用于二冲程航空活塞增压发动机。不同于普通自然吸气二冲程发动机，航空活塞二冲程增压发动机需回收利用排气脉冲能量做功，排气具有较高的温度和一定的压力，因此系统需要承受更高的压力和冲击力。发动机控制策略不当会影响缸内燃烧效率及做功效率，恶化发动机系统震动冲击条件，造成结构损伤。要保护系统各部件寿命，相比自然吸气发动机对控制系统有更高的要求。
[0003]点火、喷油控制参数随多种因素变化，精确计算点火提前角和获得各种工况下的最佳空燃比，使发动机发挥最佳工作性能是控制系统的目标。航空发动机在变海拔多工况条件下工作，海拔高度、温度等条件直接影响发动机进气量，进而影响喷油量。现有的基于台架标定的脉谱控制方法无法根据执行器件以及相关传感器的特性差异和渐变特性进行调整，无法保证发动机处于最佳工作状态。另外，由于信号测量及传输的迟滞性，现有的基于氧传感器反馈控制的油路闭环控制在瞬态空燃比的调整中处于被动地位。为保证发动机能够在极端环境下仍能高效稳定输出目标扭矩，需要控制策略能够适应各种极端环境，保证发动机在极端环境下能够正常工作。
[0004]电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)对于发动机工作的控制基础是各类传感器的测量信号，信号的准确性是ECU正确控制的前提，传感器、信号以及结构故障会造成ECU对发动机状态误判，因此控制系统需要具备自诊断功能防止误判导致的错误控制。
技术实现思路
[0005]为了解决以上问题，本专利技术提供一种航空活塞二冲程增压发动机控制系统及其故障诊断方法，该方法的特征为建立发动机进气量模型，根据进气量以及空燃比数据通过前馈加反馈的控制方式使发动机始终工作在最佳空燃比范围内，系统自诊断功能针对发动机工作环境及增压发动机易损坏点进行故障诊断。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供航空活塞二冲程增压发动机的故障诊断方法，所述方法包括：
[0007]步骤1：通过传感器获取发动机运行参数，对传感器信号进行初步诊断；
[0008]步骤2：建立发动机进气量计算模型并计算进气量；
[0009]步骤3：根据发动机进气量、空燃比数据以及发动机工况参数确定喷油脉宽，采用前馈加反馈的闭环燃油喷射控制方法对喷油脉宽进行控制，并执行喷油动作；
[0010]步骤4：根据点火提前角产生点火正时信号，执行点火动作；
[0011]步骤5：进排气系统故障诊断，定位故障原因。
[0012]进一步的，所述步骤1中，所述初步诊断包括：
[0013]电器级诊断：通过短电源、短地、开路方法检测；
[0014]合理性诊断：通过台架试验判断收到的数据是否在发动机各工况下各传感器信号的合理范围内。
[0015]进一步的，所述步骤2中，利用斜率
‑
截距法提出发动机进气量计算模型，所述发动机进气量计算模型通过试验数据拟合出特定稳压腔进气温度、发动机转速及节气门开度下发动机进气量与稳压腔进气压力之间的函数关系，利用所述发动机进气量计算模型通过稳压腔进气压力确定发动机进气量。
[0016]进一步的，所述发动机进气量计算模型为：
[0017]R＝(P
manifold
‑
P
residualr
)*K；
[0018]其中，R为发动机进气量，P
manifold
为稳压腔进气压力，P
residualr
为曲轴箱内残余气体压力，与发动机转速及机械特性相关，K为稳压腔进气压力与相对充气量的转换因子，具体为：
[0019]K＝K
v
*K
t
*K
f
*K
p
；
[0020]其中，K
v
为气缸有效容积因子，无量纲参数，其值取决于发动机机械特性，K
p
为进气流动损失系数，与发动机转速及机械特性相关，K
t
为温度修正系数，与稳压腔进气温度相关，K
f
为进气效率曲线在全负荷工况下的非线性修正系数，与发动机转速、负荷及发动机机械特性相关。
[0021]进一步的，所述步骤2具体包括：
[0022]步骤21：发动机维持一定转速，调节节气门开度，维持稳压腔进气温度在一定范围内，通过空气流量计测量发动机进气量，通过温度压力传感器测量稳压腔内进气温度和稳压腔进气压力；
[0023]步骤22：通过回归分析方法进行数据拟合，计算当前稳压腔进气温度下的P
residualr
及K；
[0024]步骤23：维持当前稳压腔进气温度不变，改变发动机转速，按照步骤21和22计算不同发动机转速和节气门开度下的P
residualr
及K，形成当前稳压腔进气温度下节气门开度、发动机转速、P
residualr
以及节气门开度、发送机转速、K的三维表格，采集到当前的发动机转速和节气门开度，通过插值计算的方式得到P
residualr
和K，进而依据稳压腔进气压力得到发动机进气量；
[0025]步骤24：调整稳压腔进气温度，重复步骤21至23，得到不同稳压腔进气温度下的系数查表表格。
[0026]进一步的，所述步骤3中，根据台架测试数据利用发送机进气量采用自学习方法预设喷油脉宽，在运行过程中通过空燃比信号反馈对喷油脉宽再次修正，使空燃比稳定在目标值附近，并执行喷油动作。
[0027]进一步的，所述步骤3具体包括：
[0028]步骤31：通过台架标定试验所得基础喷油的喷油脉宽分布图谱(MAP图)以及缸温、大气压力、稳压腔进气温度的修正喷油脉宽分布图谱(MAP图)以表格形式存储，ECU根据实时发动机转速及节气门开度值查表插值计算第一喷油脉宽，并通过缸温、大气压力以及稳压腔进气温度进行修正；
[0029]步骤32：确定不同工况下的目标空燃比，利用发动机进气量计算模型计算所得的
发动机进气量及目标空燃比计算所需油量，再根据喷油器特性计算第二喷油脉宽；
[0030]步骤33：步骤31与步骤32所得第一、第二喷油脉宽进行加权平均得到预设喷油脉宽；
[0031]步骤34：根据当前空燃比信号与目标空燃比差值，采用比例积分微分(Proportional
‑
Integral
‑
Derivative，PID)控制算法对预设喷油脉宽进行修正得到最终喷油脉宽，并执行喷油动作。
[0032]进一步的，所述步骤5具体包括：
[0033]步骤51：通过多次试验测试，将发动机运行过程中典型故障类型汇总，并将异常数据与故障案例建立对应关系，形成数据表并存储至ECU；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种航空活塞二冲程增压发动机的故障诊断方法，其特征在于，所述故障诊断方法包括：步骤1：通过传感器获取发动机运行参数，对传感器信号进行初步诊断；步骤2：建立发动机进气量计算模型并计算发动机进气量；步骤3：根据发动机进气量、空燃比数据以及发动机工况参数确定喷油脉宽，采用前馈加反馈的闭环燃油喷射控制方法对喷油脉宽进行控制，并执行喷油动作；步骤4：根据点火提前角产生点火正时信号，执行点火动作；步骤5：进行排气系统故障诊断，定位故障原因并报警。2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中，所述初步诊断包括：电器级诊断：通过短电源、短地、开路方法检测；合理性诊断：通过台架试验判断收到的数据是否在发动机各工况下各传感器信号的合理范围内。3.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2中，利用斜率
‑
截距法建立发动机进气量计算模型，所述发动机进气量计算模型通过试验数据拟合出特定稳压腔进气温度、发动机转速及节气门开度下发动机进气量与稳压腔进气压力之间的函数关系，利用所述发动机进气量计算模型通过稳压腔进气压力确定发动机进气量。4.根据权利要求3所述的故障诊断方法，其特征在于，所述发动机进气量计算模型为：R＝(P
manifold
‑
P
residualr
)*K；其中，R为发动机进气量，P
manifold
为稳压腔进气压力，P
residualr
为曲轴箱内残余气体压力，与发动机转速及机械特性相关，K为稳压腔进气压力与相对充气量的转换因子，具体为：K＝K
v
*K
t
*K
f
*K
p
；其中，K
v
为气缸有效容积因子，无量纲参数，其值取决于发动机机械特性，K
p
为进气流动损失系数，与发动机转速及机械特性相关，K
t
为温度修正系数，与稳压腔进气温度相关，K
f
为进气效率曲线在全负荷工况下的非线性修正系数，与发动机转速、负荷及发动机机械特性相关。5.根据权利要求4所述的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤21：发动机维持一定转速，调节节气门开度，维持稳压腔进气温度在一定范围内，通过空气流量计测量发动机进气量，通过温度压力传感器测量稳压腔内进气温度和稳压腔进气压力；步骤22：通过回归分析方法进行数据拟合，计算当前稳压腔进气温度下的P
r...
【专利技术属性】
技术研发人员：董雪飞，姜梁，梁永胜，廉静，张永志，
申请(专利权)人：中国航天电子技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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