CN103967675A - 一种柴油机高压共轨喷油器综合采集*** - Google Patents

Abstract

本发明提出一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***。该***可以通过CAN通信实现上位机对***工作状态的实时控制；试验前采集***的标定；实验中对包括喷油背压、喷油次数、喷油脉宽、轨压等***工况控制与***工作特性数据采集。能够对采集信号进行电磁干扰滤波，实现信号的同步采集，实时显示采集的数据与图线，进行时域分析与频域分析。试验后对实验数据进行保存生成固定格式的测试报告。该***的开发攻克了在对喷油器工作特性无影响的条件下实现喷油器控制腔压力测试、准确的喷油器升程测试等国内在该领域的技术难题，可为优化柴油机高压共轨***设计、柴油机高压共轨***控制策略生成与优化提供支持，是从事柴油机高压共轨***研究的必备工具。

Description

一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***

技术领域

本发明涉及一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***，属于机电液测试技术领域，即应用了高压共轨技术、电子控制技术、测试技术的高压共轨***测试***。

背景技术

随着环境问题的日益严重，人们开始从以往的只关注经济性转为经济性和排放兼顾，对柴油机的燃油经济性和排放特性的要求日益增高。降低排放量、提高燃油经济性的关键在于柴油机燃烧过程的改善，而燃烧过程的好坏和发动机的综合性能由喷油***、进气***和燃烧室结构三者的匹配性能决定的。增大压缩比、改进燃烧室、采用废气涡轮增压、提高充气效率、降低泵气损失、降低冷却损失、提高机械效是目前改善柴油机经济性的有效途径。目前针对车用柴油机的排放主要三方面的技术：前处理净化（废气再循环、增压中冷等），机内处理净化（进气道优化、燃油供给***优化、燃烧室优化）和后处理净化（SCR催化还原技术、DPF颗粒捕集器技术、DOC氧化催化转化技术等）。NOx和碳烟颗粒排放成此消彼长关系，两者相互矛盾，因此各种技术在降低排放方面均有一定的作用，但是都有一定的局限性的。对柴油机来说，优化燃烧质量是核心任务，必然要着眼于燃烧***的改进。因此提高柴油机综合性能最有效的途径就是对柴油机的燃油喷射***进行改进优化。电控燃油喷射技术是众多重要发动机技术中对发动机综合性能改善最大的。电控燃油喷射***是结合机械、液压、电子控制技术于一身的新技术，经过过滤和增压后的燃油经过喷射***的控制，在准确的时刻按照所需的喷射速率喷射到发动机的每一个气缸中，以便适应发动机的不同工况。通过发动机ECU控制，发动机性能和排放特性达到最佳状态。

对柴油机高压共轨***进行台架试验，并获得***数据，使高压共轨***开发者能够根据测试的结果检验高压共轨***的结构设计是否合理、参数选择是否得当，并得出***特性为为进一步改进设计，最终确定其结构参数提供了依据；为提高喷油器控制精度提供依据，进而可以利用控制策略进行补偿，使得在不改变高压共轨***硬件执行器的基础上，完善喷射性能。可有效缩短研发周期，降低研发成本。但目前国内柴油机高压共轨试验台架大多是针对单一机械元件或者电子元件进行数据***的采集，而未能涉及完整的机电液***综合采集与控制的高压共轨***试验台架数据采集***的开发。据申请人了解国内现阶段的同类***大多只是采用压力传感器、流量传感器对***最容易采集的外部特性进行采集用示波器这样单一的数据显示仪器进行数据的读取，还没有比较***完善的能够实现对***机电液特性进行采集、分析、处理与存储的柴油机高压共轨喷油器综合采集***。因此对该***的研究具有重大意义。

发明内容：

针对上述内容，本发明提出了一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***。

本发明提出一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***。其中该***可以实现通过CAN通信实现对***工作状态的实时控制；试验前采集***的标定；实验中对电机轴（相当于发动机上的凸轮轴）转速采集与控制，共轨腔压力的采集、控制与PID调节，喷油脉宽控制，喷油次数与喷油提前角控制，喷油器驱动电流采集，喷油器入口压力采集，喷油器针阀升程采集，喷油器控制腔压力采集，喷油规律及喷油量采集，喷油背压设置，以及油箱燃油温度控制与采集。能够对采集信号进行电磁干扰滤波，并保证信号的同步采集，实时显示采集的数据图线，进行时域分析与频域分析。试验后可对实验数据进行保存生成固定格式的测试报告。

具体的说，本发明提供了一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***，用于对高压共轨试验台架数据的全面综合采集。其中柴油机高压共轨***试验台架包括：电磁阀、电机及其控制器、油泵、油管、油箱、进油计量阀、共轨管、喷油器、ECU、喷油规律测量仪、柴油加热与冷却装置。其中电机根据设定工况带动高压油泵与低压油泵从油箱向共轨管供油（相当于柴油机中凸轮轴带动油泵供油），喷油器根据设定工况向喷油规律测试仪中喷油，喷油规律测试仪还可以根据工况设定喷油背压用于模拟实际柴油机油缸中的压力，柴油加热与冷却装置可以控制油箱中燃油油温用于模拟不同气温下启动工况。数据采集***包括压力传感器，电流传感器，流量传感器，温度传感器，转速传感器，移传感器，PXI数据采集卡，数模转换模块，标定模块，同步模块，数据分析处理模块，测试报告生成模块，控制模块，CAN卡，打印机以及具有LABVIEW平台的工控机。上述传感器以及喷油规律测试仪完成对电机轴转速、共轨腔压力、喷油背压的采集并传给ECU完成对电机转速以及共轨压力的PID控制与数据采集；完成对喷油器驱动电流、喷油器入口压力、喷油器针阀升程、喷油器控制腔压力、喷油规律、以及油箱燃油温度等数据的采集，传给PXI数据采集卡，并经过滤波、放大、数模转换模块将采集到的模拟信号转换为数字信号最终传给LABVIEW平台。LABVIEW平台的标定模块进行线性标定消除传感器的零点漂移，同步模块设置多个采集通道的同步时钟保证数据采集的同步，数据分析处理模块可以对采集到的数据进行时域分析，频域分析以及实时显示及绘图，测试报告生成模块将数据分析处理模块和控制模块的数据进行保存并输出固定格式的测试报告。同时，控制模块可以通过CAN卡与ECU进行通信，完成对包括油箱燃油温度、喷油次数、喷油提前角、喷油脉宽、共轨压力、喷油背压、电机转速的设定与控制。以上各模块是通过LABVIEW界面由用户设置触发。

其中针阀位移测量是通过在喷油器针阀紧冒上针阀顶部处安装非接触式位移传感器；喷油器控制腔压力测量是在喷油器体靠近控制腔处打孔引出极少量控制腔中燃油至压力传感器；实现了对喷油器针阀位移以及控制腔压力的精准测量，台架试验表明，此方法对喷油器工作特性影响很小，仅有5%左右。

其中轨压控制是通过ECU根据上位机LABVIEW平台传来的目标值及轨压传感器测量的当前轨压通过PID算法控制共轨管的进油计量阀中电磁阀的占空比控制；喷油脉宽、喷油次数、喷油提前角是ECU根据上位机设定控制喷油器电磁阀驱动电路接通时间、时刻控制的；电机转速是ECU根据上位机设定值以及转速传感器测试的当前转速通过PID控制电机驱动电流占空比控制；喷油背压也是通过相同方法控制喷油规律测试仪油腔泄压电磁阀占空比控制。

与现有技术相比，本发明在对实际柴油机共轨***结构改动很小，工作特性影响很小的情况下完成对测量柴油机高压共轨***试验台架的机电液全方面工作特性，采集高压共轨***中控制腔压力、针阀升程等细节工作特性。并且可以实现上位机与ECU的实时通信，完成对***工况的实时控制，并对可数据进行时域分析、频域分析以及保存生成测试报告。

附图说明：

为了更清楚说明本发明的实施例中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需的附图做简要介绍。

图1为本发明的试验台结构简图；

图中：1-伺服电机；2-电机控制器；3-装***盘的电机轴；4-油泵以及计量阀集成模块；5-高压输油管；6-共轨管；7-回油管；8-喷油器；9-喷油规律测量仪（集成有电磁阀）；10-ECU；11-低压输油管；12-燃油冷却与加热装置；13集成有滤油器的油箱；14-压力传感器；15-电流传感器；16-位移传感器；17-温度传感器；18-码盘式转速传感器；19-CAN卡；20-集成有PXI总线接口，CAN总线接口以及数据处理模块的工控机；21-打印机；22-上位机界面。

图中，实线为传感器信号线路；虚线为ECU控制信号线路；双箭头实线为CAN总线交互线路。

图2为本发明的上位机数据采集与控制模块框图。

具体实施方案：

下面将结合本发明的实施实例，进行清楚完整的描述，本领域的普通技术人员在没有做出实质性的创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明保护的范围。

本发明中的试验台架结构简图如附图1所示，将实际车用高压共轨***或者设计构思的高压共轨***按实际结构搭建并安装固定于实验平台上，驱动油泵的动力源为可受ECU（10）控制的伺服电机（1），喷油器（8）安装于喷油规律测试仪上喷油嘴完全***到喷油规律测试仪（9）腔中，油箱（13）上安装冷却装置与燃油加热装置（12）并在油箱出油口除安装温度传感器（17），在电机输出轴（3）上安装***盘以及码盘式转速传感器用于采集油泵转速，在共轨管（6）中部安装kistler公司的压力传感器，高压油泵与低压油泵（4）之间安装有流量计量阀，ECU通过CAN卡（19）实现与上位机（20）通信，ECU可以通过采集到的轨压以及轨压设定值控制流量计量阀开度以控制轨压，喷油器入口处高压油管上安装另一个压力传感器采集喷油器入口压力信号，喷油器驱动电路串联一电流传感器（15）电路采集驱动电流信号，喷油器体控制腔处打有很小的孔用以安装压力传感器采集控制腔压力，针阀偶件固定冒及过渡块上的针阀顶部处开孔安装位移传感器（16）采集针阀升程，喷油器直接将燃油喷于喷油规律测试仪腔中用于采集喷油规律，控制喷油规律测试仪的腔泄油孔开度可以控制喷油背压。以上采集到的信号传给ADlink公司的PXI总线采集卡以及工控机经过滤波、放大、模数转换传给LABVIEW平台界面（22）。高压共轨***工作状态控制所需的信号同时也传给ECU。

本发明中的的上位机数据采集与控制模块框图如附图2所示。基于LABVIEW平台的上位机具有实验前采集***标定，试验中***工况实时控制，对采集的信号进行时域分析与频域分析，同步采集控制，以及对采集信号实时显示、存储生成固定格式报告的功能。在本发明中的试验台架对高压共轨***进行试验前，需要通过上位机的标定模块对测试***进行在线标定，避免因为***的零点漂移对试验精度的影响。标定方程为：

y=kx+b

其中，y：拟合值；x：测量值；k：标定系数；b:标定常数。

并且：

K=（额定工况标定值-额定工况测量值）/（零工况标定值-零工况测量值）

b=零工况标定值-k*零工况测量值

试验开始时用户在上位机设定喷油次数、喷油提前角、喷油脉宽、目标轨压、电机转速、油箱油温、喷油背压这些工况参数，这些参数通过CAN卡按照CAN2.0协议传给ECU，这些参数可以在试验过程中实时更改，ECU根据这些目标值以及传感器采集的***当前值，对***工况进行实时PID控制。

采集***通过对驱动电流信号SSI中触发实现信号的同步采集，在触发点前采集500个数据点，触发点后采集4000个数据点。上位机的数据处理模块对经过滤波、放大、模数转换的同步信号进行时域分析与频域分析，用户可通过点击触发绘制或者显示想要的实时采集的信号，亦可对采集到的信号进行FFT变换以获得***的频域特性，对采集到的喷油规律进行数值积分并求20个喷油周期积分的平均值得到当前工况喷油量，对针阀位移数据进行数值微分可得出针阀的实时速度、加速度，在针阀开启关闭延迟时间计算中，用电流波形的上升过程中的开始时间减去喷油规律波形的上升过程中的开始时间就可以得到针阀开启延迟时间，用电流波形的下降过程中的结束时间减去喷油规律波形的下降过程中的结束时间的绝对值就可以得到针阀关闭延迟时间，在喷油持续期计算时，用喷油规律波形的上升过程中的开始时间减去喷油规律波形的下降过程中的结束时间就可以得到喷油持续期。数据存储与报告生成模块，可以通过ActiveX使得LABVIEW可以调用word程序，生成包括***工况与采集数据及数据处理的固定格式测试报告，并可进行打印。

以上内容是结合具体实施实例对本发明的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施仅仅局限于这些说明。对于本发明所涉及技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的情况下，可以做出若干推演与替换，都应视为本发明由所提交权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种柴油机高压共轨喷油器综合采集***，能够实现喷油器综合参数的完整测试及数据采集,***包括：辅助***、喷油器、控制单元、喷油规律测量仪、针阀升程测量传感器、电流传感器、压力传感器、温度传感器、采集卡、采集计算机、打印机,可完成对高压共轨喷油***特别是喷油器试验数据的全面综合采集，包括油泵转速、共轨腔压力、喷油背压、喷油器驱动电流、喷油器入口压力、喷油器针阀升程、喷油器控制腔压力、喷油规律、以及油箱燃油温度等数据。

2.如权利要求1所述的柴油机高压共轨喷油器综合采集***，其特征在于上位机***中有CAN通信模块，在采集数据的同时，与高压共轨***控制单元通信，在测试过程中实现对油箱燃油温度、共轨腔压力、油泵转速、喷油脉宽、喷油次数、喷油提前角、喷油背压（模拟汽缸中压力）等工况参数的设定与控制，并可在实验过程中实时改变。

3.如权利要求1所述的柴油机高压共轨喷油器综合采集***，其特征在于实现多信息同步采集,在上位机***中有***同步模块，通过以喷油器驱动电流信号为基准在其上升沿实现SSI中触发，实现对采集***所有采集通道的同步采集。

4.如权利要求1所述的柴油机高压共轨喷油器综合采集***，其特征在于实现在同步采集的基础上，对采集数据进行实时显示、绘制特性曲线，上位机根据用户的设定触发对采集到的数据进行实时显示或者绘制曲线。

5.如权利要求1所述的柴油机高压共轨喷油器综合采集***，其特征在于实现对采集信号的特征提取,上位机的数据分析处理模块，对采集到的数据进行时域分析与频域分析处理提取***特性:根据同步采集到的喷油器驱动电流与针阀运动信号进行比较计算出针阀开启、关闭延时、喷油持续期；对针阀运动信号进行数值微分处理得出针阀运动速度加速度时域特性；对多次喷油规律进行数值积分并取平均值得出喷油量；对喷油器入口压力信号进行FFT变换提取***压力波动频域特性。