ETC试验工况回归分析算法影响因素的探讨

2009-06-01杨卫东李同强陈文杰

柴油机设计与制造 2009年1期

关键词：基准扭矩发动机

杨卫东，孙妙，李同强，陈文杰

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

ETC试验工况回归分析算法影响因素的探讨

杨卫东，孙妙，李同强，陈文杰

（上海柴油机股份有限公司，上海200438）

在GB17691－2005国Ⅲ标准中对ETC试验工况回归分析算法允差进行了定义，对各种可以影响因素进行了说明，但没有给出对评价结果的影响，通过一个实例从时间偏移和扭矩可删点两个方面试图说明其潜在影响的大小。

ETC试验回归分析算法影响因素

1 前言

不断降低发动机的排放和噪声污染，满足人们对环保的需求，并不断降低油耗，满足人们降低使用成本的目标，一直是发动机研究者和制造商们的追求。特别是随着国Ⅲ排放法规和限值的实施，研发人员除继续改进发动机排放性能外，对于其他影响发动机排放水平的诸多因素，也给予极大的关注，如测试环境条件和仪器的一致性等，今年我们与国内某检测机构就同一台发动机进行国Ⅲ颗粒测试后，对颗粒重、稀释排气质量流量（Gtotw）、功率、系统以及其它通过颗粒物取样过滤器的稀释排气质量（Wsam）影响因素进行贡献率分布的分析，结果如图1所示。ETC试验的影响因素也非常多，涉及测功器的PID控制参数，发动机的控制与响应，分析中所用的算法等等，本文就针对发动机污染物排放测试技术中，对ETC试验工况回归分析算法影响作一浅显的分析，以飨读者。

图1 影响颗粒测试结果的各因素贡献率

2 ETC试验程序介绍

ETC是European Transient Cycle的简写，对于采用先进的排气后处理技术（如降氮氧化物催化系统或颗粒捕集器）的重型车用柴油机以及气体燃料发动机要求通过ETC瞬态循环测定排放。整个循环历时1 800 s，并逐秒改变发动机扭矩和转速工况。该工况与卡车、公交车上的重载发动机预热后，与规定的道路驾驶模式下的工作状况接近。在试验循环开始之前要先绘制从最低曲线转速到最高曲线转速下的扭矩-转速曲线。

图2 ETC试验转速曲线

2.1 MAP图的确定

2.1.1 MAP图转速范围的测定

要在试验室进行ETC试验，试验之前必须对发动机的转速和扭矩进行MAP化，以确定转速和扭矩曲线，其中最小、最大MAP转速按下式决定：

最小MAP转速：怠速

最大MAP转速：1.02 nhi或最高空车转速，二者中取低值。

2.1.2 完成发动机功率MAP图

发动机暖机至最大功率，以使发动机运行参数稳定，这些参数可由发动机制造厂确定或发动机配套应用单位来确认。当发动机运行工况稳定后，发动机功率图根据如下步骤完成。

1）发动机在怠速运转；

2）发动机的高压油泵在最低MAP转速时将油门设到100%；

3）发动机以8±1 min-1/s的平均增速率从最低至最高MAP转速，发动机转速和扭矩运行点的记录频率至少1点/s。

2.1.3 绘制MAP图

用线性内插法：将2.1.2过程中记录的数据点连接起来，产生的扭矩曲线即是MAP曲线，它将发动机试验循环时的名义扭矩值转换成实际值。

2.1.4 替代MAP化

如果制造厂认为上述MAP技术不可靠或不能代表给定的发动机，则可用替代MAP技术，这些MAP技术必须满足专门MAP程序的需要，以便测定发动机在各转速下所能发出的最大有效扭矩。就其可靠性、代表性等方面而言，与上述规定的MAP技术之间的误差及其原因，应由专门机构认证并说明采用的理由。对涡轮增压和调速器控制发动机而言，没有必要用扫描式连续降低转速的方法。

2.1.5 重复试验

发动机试验循环之前，不必每次都进行MAP化，但若出现下列情况，试验之前要重新MAP化。

1）距最近一次MAP之后有一段非正常的时间，由工程评判来决定；

2）物理性变化或重新校正已经导致对发动机性能潜在的影响。

2.2 基准循环的产生

瞬态试验循环中扭矩、转速的额定值应变化为实际值，计算方法如下。

2.2.1 实际转速

用下列等式将转速非标准化

基准转速(nref)相当于标准中规定的100%转速值，由下式计算：

nref=nlo+95%（nhi-nlo）

2.2.2 实际扭矩

各个转速下最大扭矩是标准扭矩，基准循环的扭矩值应是非标准值，它采用按2.1.3测定的MAP曲线，如下：

由2.2.1测定的实际转速所对应的扭矩。

为生成基准循环，倒拖点（“m”）的负扭矩值应取非标准值，该非标准值可用下列任一方法：

1）在相关的转速下，可用正扭矩的40%即为负扭矩；

2）MAP化的负扭矩，要求能从最低到最高MAP转速倒拖发动机；

3）拖动发动机的负扭矩测定要在怠速、基准转速以及两转速之间按线性插值法决定的转速下进行。

2.3 试验循环参数

各参数的具体定义详见GB17691-2005“车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排气污染物排放限值及测量方法”，各参数相互之间的关系见下图3。

图3 发动机MAP

2.4 ETC主要统计指标定义

在GB17691-2005中，对ETC试验的转速、扭矩和功率采用最小二乘法进行线性回归分析，回归线的允差定义如表1。

试验循环的统计学验证方法具体描述为，反馈值对基准值的线性回归要在转速、扭矩、功率3个参数上进行，尤其是反馈值发生偏移后，用最小二乘法，其最适合的表达式为：

y=mx+b

式中，

y——发动机转速、扭矩或功率的反馈值（实际值）；

m——回归线的斜率；

x——发动机转速、扭矩或功率的基准值；

b——回归线y的截距。

3 影响回归分析算法的几个因素与分析

3.1 试验运行的确认

为了将因反馈与基准循环值之间时间滞后带来的偏差影响减至最小，所有发动机转速、扭矩反馈信号顺序在时间上可以提前或滞后于对应的基准转速、扭矩顺序。若反馈信号偏移，则扭矩、转速也应向同一方向偏移同一量值。

表1 回归线的允差

3.2 回归分析中允许删除的点

表2 回归分析删除条件

3.3 MAP化过程

为生成基准循环，倒拖点（“m”）的负扭矩值应取非标准值，该非标准值可用下列任一方法：

1）在相关的转速下，可用正扭矩的40%即为负扭矩；

2）MAP化的负扭矩，要求能从最低到最高MAP转速倒拖发动机；

3）拖动发动机的负扭矩测定要在怠速、基准转速以及这2个转速之间按线性插值法决定的转速下进行。

4 实例分析

以某中等缸径发动机的ETC试验数据为例进行分析，由于具体数据量较大，所以文中采用发动机的实际MAP图、发动机ETC实际转速曲线图和发动机ETC实际扭矩曲线图来表示，具体参见图4~图6。

图4 发动机实际MAP

图5 发动机实际ETC扭矩曲线

图6 发动机实际ETC转速曲线

我们利用EXCEL中统计函数的功能，对ETC数据进行了统计回归分析，具体结果如表3和表4所示。

表3 ETC转速回归分析结果

表4 ETC扭矩回归分析结果

根据上述结果，然后再进行比对计算，表5和表6是在相同时间偏移条件下对扭矩删除点的影响，表7和表8是在扭矩点相同条件下对时间偏移的影响。

Discussion on Affecting Factors of Regression Analysis in ETC Test

Yang Weidong,Sun Miao,Li Tongqiang,Chen Wenjie
(Shanghai Diesel Engine Company Limited,Shanghai 200438,China)

GB17691-2005,China standard on StageⅢemission regulation,defines deviation to regression analysis of ECT test and describes varied factors affecting regression analysis.But the standard does not show effects of factors on evaluation.Effects of time axis and torque deleting condition on evaluation are discussed through a practical example.

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