CN100447393C - 电控高压共轨实验台架 - Google Patents

Abstract

本发明是电控高压共轨实验台架。该实验台架中，其被配置使得燃油经过低压泵、高压泵通过共轨提供到喷油器中进行高压喷射，流量计、温度传感器、压力传感器、安装在高压泵上的转速传感器、喷油量检测单元采集数据，基于单片机的控制中心进行分析处理，发控制信号对共轨实验台架进行控制，系统工作参数可以通过压力表、流量表、温度表进行显示，同时还可以通过PC终端显示、分析、存储，并连接打印机将特性曲线打印出来。

Description

电控高压共轨实验台架

技术领域：

本发明涉及发动机电子技术领域，即应用于共轨喷射技术和电子控制技术的电控高压共轨实验台架。

背景技术：

柴油机以其良好的经济性、动力性、排放性能在汽车上被广泛应用。近年来，能源和环境问题日益严峻，排放法规日益严格，柴油机数量迅速增加，降低微粒和氮氧化物排放，提高经济性成为柴油机研究中的首要任务。电控技术以其快速、灵活和准确等优点取代原来的机械控制系统，实现对柴油机各性能参数进行更加准确的控制，成为了提高控制精度的主要手段。电控高压共轨柴油机是为了满足更严格的排放法规而研制的，由于能够实现全工况稳定可控的高压喷射，具有灵活的多段喷射以及精确的喷油量、喷油定时控制等优势，已成为当代柴油机发展的热点之一。国外对共轨燃油喷射系统的研究比较早，已经形成比较完善的体系，国内对共轨技术的研究起步比较晚，虽然也取得了一定的成果，但是主要集中于部件的研究，研究比较分散，相互脱节。

发明内容：

本发明的目的是填补高压共轨整体研究的技术空白，为国内共轨技术的发展提供实验基础而设计的电控高压共轨实验台架。

本发明是通过模拟电控高压共轨柴油机的工作状态，实时测量各种重要参数并上传到PC终端及基于单片机的控制中心。本发明可以分为两部分：共轨喷射工作平台和远程操控台。工作平台可以实时改变燃油温度、压力、高压泵的转速等重要参数，并通过传感器实时采集各种重要的工作参数；采集得到的数据上传到远程操作台进行分析处理、显示输出；远程操控台内部集成了嵌入式电子控制单元、PC终端、打印机等设备，嵌入式电子控制单元可以对采集到的数据进行分析处理，发控制信号对共轨实验台架进行控制，PC终端可以实现数据实时监测和控制，并绘制技术参数曲线。

本发明在设计中引入了模块化概念，实验台分为机械液压单元，电子控制单元、信号采集输出单元，各单元可以独立运行调试。电控单元拥有一套国内先进水平的全自动监测控制系统，可以对诸如共轨喷射系统、高压泵、循环输油泵等进行控制，具有高集成度；安装了多种传感器针对燃油流量、压力、温度、喷射量、伺服电机转速、上止点等重要参数进行数据采集；此外非接触式智能油量测试系统也是本发明专利的技术核心之一，它集成了燃油承载装置、控制装置和称量传感器，其中使用了金属挠度形变感应称重传感器可以比较准确地检测小喷射量燃油，解决了小喷油量精确采集困难的难题。为了保证油温恒定，将回油箱和输油箱分开，通过恒温控制系统进行连接，根据检测到的燃油温度控制是否需要经过冷却器进行冷却。

附图说明：

图1为本发明电控高压共轨实验台架的外形图

图2为本发明电控高压共轨实验台架的结构简图；

图中：1-输油箱；2-低压机泵组；3-压力控制阀；4-燃油滤清器；5-伺服电机；6-高低压油管；7-流量计；8-压力传感器；9-温度传感器；10-装有转速和判缸传感器的高压油泵；10-①-电子调压阀；11-喷油量检测单元，11-①-蓄油桶；11-②-承重传感器；11-③-电磁阀；12-温控单元；13-变频器；14-PC终端；15-基于单片机的电子控制单元；16-显示器；17-打印机；18-压力表；19-流量表；20-转速表；21-温度表；22-喷油器；22-①-电磁阀；23-玻璃罩；24-T型导轨；25-高压油轨；26-上止点传感器；27-转速传感器；28-循环输油泵；29-加热器；30-冷却器；31-回油箱

具体实施方案：

电控高压共轨实验台架外形如图1所示，台架采用箱形结构，为各种机械设备、仪器、共轨系统提供充足的安装空间，综合考虑人因工程学的要求，提供了良好的工作环境。为了方便共轨和喷油器的安装，台架表面设计有T型导轨24，喷油器22通过安装架固定在T型导轨24上，实现了准确定位和锁定的可靠性，安装架可以装卡多种类型的共轨管和不同规格的喷油器。为了保证操作安全性，在台架上表面，共轨管和喷油器的周围罩了玻璃罩23。

电控高压共轨实验台架的结构图如图2所示，台架包括以下几个单元，机械液压单元，信号采集输出单元及控制单元。

机械液压单元是台架的重要组成部分，它为共轨喷油系统提供良好的液压实验环境。燃油利用低压机泵组2从输油箱1中泵入燃油滤请器4滤除铁屑、橡胶沫等杂质。低压机泵组2的出口有一个压力控制阀3，将压力严格控制在1MPa，以满足高压泵进口压力的要求。燃油经过高压油泵10加压后进入高压油轨25，基于单片机的电子控制单元15通过控制喷油器22的电磁阀22-①通断实现各缸喷油。高压泵10由变频器13通过伺服电机5拖动，通过改变变频器13的输出频率可以实时改变高压泵10的转速及出口压力以模拟实际工作状态。高压泵10的出口装有电子调压阀10-①，基于单片机的电子控制单元15通过驱动电路控制调压阀10-①的开度，精确控制进入共轨系统的燃油压力。燃油进入高压泵10前必须经过过滤，包括两个燃油滤清器4，过滤精度分别为3μm、10μm，3μm的过滤器采用德国internoman公司生产的MNL-40型滤油器，安装在高压泵入口，可以承受较大压力。

共轨系统对柴油温度要求比较苛刻，不准确的油温会改变柴油的比重从而影响共轨系统正常工作。本发明设计了一个油温控制系统，对柴油温度进行严格监测和控制，自动控制油箱内的燃油温度。台架将输油箱1和回油箱31分开，燃油在回油箱31沉淀之后，循环输油泵28将其泵入精度为20μm的燃油滤清器4过滤，温控单元12根据温度传感器9检测到的油温信号进行分析处理并与预设值比较，决定是否加热(或冷却)，向驱动电路发出信号控制加热器29(冷却器30)工作。温度传感器9同温控单元12进行通信的同时也同远程控制台进行通信，以便数据采集及显示。

本发明的远程控制台拥有一套先进的电子控制系统，控制范围包括共轨喷射系统、高压泵转速和出口压力、循环油路及油温控制单元。基于单片机的电子控制单元15分析处理传感器7、8、9等采集的数据，向变频器13，电磁阀22-①等发控制信号，实现对伺服电机5、电磁阀22-①、调压阀10-①、循环输油泵28、温控单元12的控制。电子控制单元15与PC终端14通过RS232通讯协议进行通信，PC终端14拥有高级处理程序，可以实时地将接收到的数据绘制成参数特性曲线。

台架上安装了多种传感器进行数据采集，对台架的工作状态进行监控，同时传感器将数据上传到基于单片机的电子控制中心15进行数据分析，并由PC终端14实时绘制参数特性曲线。使用温度传感器9、压力传感器8、流量计7采集油箱中的温度、油路中的压力和流量等重要数据，对共轨的低压油路进行监控；直流伺服电机5与高压泵10的联轴器上安装了电机转速传感器27及上止点传感器26，以便对电机进行监控；高压共轨的压力和温度通过装在轨上的压力和温度传感器8、9进行数据采集，由超高压力表18和温度表21进行监控；为测量预喷射的微喷油量，台架上安装了一个高精度承重传感器11-②。传感器采集的数据通过仪表面板进行显示，压力表18显示低压压力和轨中的高压，流量表19显示低压流量、喷射流量、回油流量，高压油泵的转速通过转速表20进行显示，温度表21监控了共轨中的温度。

电控高压共轨实验台架以共轨台架为基础，采用先进的数据采集技术及控制技术，建立完整的监控平台，实现系统工作台和控制台之间的远程通信，采用高级语言编写软件界面，实现数据的在线显示、实时分析、存储及打印。这项发明填补了国内车用高压共轨实验台架的空白，为国内车用柴油机共轨技术发展提供了实验基础。

Claims (3)

1.一种电控高压共轨实验台架，包括共轨喷射工作平台和远程控制台，采用模块化设计，所述电控高压共轨实验台架包括机械液压单元、控制信号采集输出单元、电子控制单元，各单元独立运行调试；其特征在于输油箱和回油箱分别设置，回油箱内的燃油通过恒温控制单元回到输油箱。

2.如权利要求1所述的电控高压共轨实验台架，其特征在于基于单片机的远程控制台集共轨系统控制、高压油泵控制、恒温控制于一体，实验台架中装有燃油流量传感器、压力传感器、温度传感器、承重传感器。

3.如权利要求2所述的电控高压共轨实验台架，其特征在于控制信号采集输出单元采用非接触式智能油量测量技术，承重传感器为金属挠度形变感应传感器。

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