CN201096622Y - 柴油机燃烧压力动态采集*** - Google Patents

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李建纯
王军
王洪荣
张希伟
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Abstract

本实用新型是用于柴油机燃烧压力动态采集的采集***，主要应用于车载柴油机燃烧压力的动态采集及数据处理。整个采集***由燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机组成，如图1所示。本采集***采用局部区域采集方法，为数字信号处理器提供了合适的工作时序；小型化和集成化的光纤压力传感器输出电压量，简化采集辅助仪器；数字信号处理器的单通道ADC 200K采集精度和40兆条指令/S(MIPS)的指令执行速度，完成燃烧压力的采集和复杂数据处理运算。基于光纤压力传感器和数字信号处理器的动态采集方法，能够完成柴油机燃烧压力的车载在线采集和数据处理。微机通过通讯接口对柴油机的工作状况进行良好的监控。

Description

柴油机燃烧压力动态采集***
技术领域：
本发明涉及发动机测试技术领域，主要用于柴油机动态故障检测和柴油机电子控制技术中。
技术背景：
随着能源和环保要求的提高，各国对排放的要求日趋严格。欧洲已执行欧III排放法规，2008年将实行欧V排放法规，美国2004年已执行新的EPA排放法规，因此降低排放已成为柴油机研究中的首要任务。电控喷油***通过调节喷油定时和喷油量，降低NOx和PM，电控喷油***是柴油机各种先进技术(排放后处理技术、涡轮增压技术、EGR技术等)充分发挥功效的必要条件，也是提高柴油机动力性、经济性和降低排放的主要手段。
目前的柴油机电子控制是基于实验获得的脉谱(MAP)控制，对标定条件以外的状况，如：燃油质量变化、零件老化、制造差异等，不能给出最佳的控制，无法使柴油机运行在最佳状态。随着控制对象的增加，电控***越来越复杂，精确控制极为重要，闭环控制是实现精确控制的有效办法。缸内燃烧状况决定了柴油机的性能和排放，气缸压力包含了燃烧状况信息，将气缸压力反馈引入电控***，能提供柴油机燃烧过程实时标志，有助于实现柴油机燃烧过程闭环控制，对发动机进行燃烧状况监控和故障诊断。
常规的气缸压力采集是由采集卡和计算机共同完成的，包括压力采集和数据的离线分析，压力采集***由压电传感器、电荷放大器、采集卡和计算机组成，***附件多，干扰因素多，它在***体积和配置上难以满足发动机的动态要求。基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压力动态采集方法，简化采集***的配置，减小***体积，实现车载压力采集及显示，不仅对发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力反馈的柴油机电控技术奠定基础。
发明内容：
本发明的目的是填补车载柴油机燃烧压力动态采集的技术空白，完成压力动态采集和数据处理。
一种柴油机燃烧压力动态采集***，包括燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机，燃烧压力采集装置包括光纤压力传感器和光电编码器，信号处理电路包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、PWM输出脚和I/O引脚；光纤压力传感器经过信号处理电路中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器通过信号处理电路中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机通过信号处理电路中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。
整个采集***由燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机组成，燃烧压力采集装置主要由光纤压力传感器、光电编码器组成。光纤压力传感器采用美国Optrand公司的AutoPSI-TC(温度补偿型，适合发动机动态压力测试)，电压量0.5-4.8V输出。线性度±1％FSO，测量范围0-20MPa，温度-50-300℃；光电编码器为增量式编码器，重新设计了光栅盘，使其每旋转一周产生300个角度脉冲信号，产生信号脉冲附图3所示。信号Z为同步信号，输出信号A为每隔0.5度输出的曲轴转角信号。
信号处理电路选用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807作为***的微处理器，数字信号处理器是处理实时信号的专用微处理器，指令执行速度高可达到40兆条指令/S(MIPS)，能够进行定点、浮点计算。此外乘加运算是信号处理中常用计算，虽然通用微处理器也能进行乘加运算，但是时间较长，本发明中所使用的DSP微处理器，乘法指令可在单周期内完成，计算速度大幅度提高，特别适合有实时处理要求的场合。
单片机的数据空间远远小于计算机，数据文件的大小将直接影响到微处理器的处理速度。为了提高采集***的数据实时处理能力，在采集过程中采用局部区域采集方法，对柴油机工作过程的部分循环进行采集，比如仅对燃烧做功循环进行采集可减少70％数据量。
在高曲轴转角分辨率条件下采集得到的气缸压力数据比较多，选择合适的数据通讯方式比较重要。在气缸压力监控模式下，只传输压力曲线上一些特征点，如最大爆发压力及其转角，燃烧始点等参数，传输数据量小，采用串口通讯SCI方式能节省CPU时间；在气缸压力采集模式中，需要传送燃烧压力的全部数据，采用USB方式能高速传输数据。
有益效果：
基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压力动态采集***，简化采集***的配置，减小***体积，实现车载压力采集及显示，不仅对发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力反馈的柴油机电控技术奠定基础。
附图说明：
图1为柴油机燃烧压力动态采集***的***原理图
图2为柴油机燃烧压力动态采集***的工作时序图
图3为光电解码器产生的脉冲触发信号
图中的主要部分：光纤压力传感器1a、光电编码器1b、信号处理电路2、微机3
具体实施方式：
一种柴油机燃烧压力动态采集***，包括燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机，燃烧压力采集装置包括光纤压力传感器和光电编码器，信号处理电路包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、PWM输出脚和I/O引脚；光纤压力传感器经过信号处理电路中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器通过信号处理电路中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机通过信号处理电路中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。
柴油机燃烧压力动态采集***的***原理图附图1所示，利用光纤压力传感器可测量压力信号，经过光电转换之后直接转换为电压信号输出，送到信号处理电路的A/D端口进行转换，光电编码器产生的角标信号触发信号处理电路的A/D功能完成数据采集转换，主要的工作时序图附图3所示，A/D采集开始于上止点前50CA，结束于上止点后100CA，这就是所谓的局部区域采集原理，A/D采集结束之后利用信号处理电路完成均化处理和滤波处理，并完成特征点的计算。
信号处理电路要完成上述功能，就需要相应的控制软件，本发明的软件设计采用模块化设计方法，软件由初始化模块、中断模块和功能模块组成，初始化模块主要完成单片机***的初始化和操作功能初始化，中断模块主要完成信号触发、实施A/D采集以及通讯，功能模块完成通讯传送、数据处理和数据计算任务。信号处理结束之后，根据目前的工作模式确定采用的数据通讯方式并进行数据传输，在气缸压力监控模式中，只传送压力曲线上一些特征点，如最大爆发压力及其转角、燃烧始点等参数，传送数据量小，采用串口通讯(SCI)方式能节省CPU时间；在气缸压力采集模式中，要传送燃烧压力的全部数据，采用USB方式高速传输数据。选用了Cy7c68013集成功能芯片，它的16KB片上RAM(其中包括4KB FIFO)存储器和片内的USB收发器可以完成数据存储和高速发送，能完成燃烧压力数据的高速传输。

Claims (2)

1. 一种柴油机燃烧压力动态采集***，包括燃烧压力采集装置(1)、信号处理电路(2)和用于监控的微机(3)，燃烧压力采集装置(1)包括光纤压力传感器(1a)和光电编码器(1b)，信号处理电路(2)包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、PWM输出脚和I/O引脚；光纤压力传感器(1a)经过信号处理电路(2)中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器(1b)通过信号处理电路(2)中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机(3)通过信号处理电路(2)中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。
2. 如权利要求1所述的柴油机燃烧压力动态采集***，其特征在于数据通讯工作模式采用串口通讯SCI或高速传输USB连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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