CN103670862A - 一种基于at89c52单片机的柴油机喷油定时检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法。该方法采用夹持式压力传感器夹持在高压油管上，通过检测安装到曲轴自由端的光电编码器的输出信号，经过算法计算获得柴油机曲柄相位角信号；通过检测高压油管压力并依据开发的算法判断油压起升点发生的时刻，并依此信号读取对应的曲轴转角信号，作为柴油机喷油定时输出显示。本发明测得的发动机喷油定时排除了油管的弹性、燃料的压缩性等因素，与传统喷油定时测量方法相比，具有喷油定时检测实时、准确，不受机器工作状态限制的特点。

Description

一种基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法

（一）技术领域

本发明属于内燃机自动控制与检测领域。涉及一种基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法，该方法借助单片机技术实现油管压力的自动检测，借助自动化理论和算法完成喷油始点位置即喷油定时的识别。

（二）背景技术

依据柴油机工作原理，柴油机燃烧质量是影响柴油机经济性和排放特性的主要因素。而柴油喷射定时是影响混合气形成和燃烧质量的主要因素，因此不论是实验室的理论研究还是工程现场，对柴油机喷油定时的检测都是实现柴油机高效清洁燃烧的前提条件。

传统的柴油机测量喷油定时的方法包括拆卸油管观察油管液面变化的冒油法、拆卸进回油管后的照光法，观察高压油泵下部视窗的刻线法等，这些方法普遍存在以下问题：首先，都属于静态检测方法，即要求柴油机必须停车采用缓慢盘车方式进行检测。静态测量法由于受到油管弹性、燃料的可压缩性以及燃油系统内节流等不利因素的影响，实际喷油定时会出现滞后现象，造成测量精度低，误差大。

依据柴油机工作原理和喷油过程的研究理论，采用动态测量法是解决上述问题，提高测量精度的有效方法。

动态测量法是在柴油机运转状态下进行压力测量，测量前需要对喷油器进行加工，用来安装位置传感器以检测喷油器开始动作的信号，即喷油开始。此法虽然精度高，但是需要改动喷油器，故只能在实验室内使用，不适于工程环境应用。

（三）发明内容

本发明目的是解决动态测量法需要改动喷油器结构的问题，提供一种基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法。

本发明提供的基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法，是利用夹持式压力传感器检测高压油管压力及其变化，通过特定算法判断油管压力起升点的位置，并依据压力起升点找到对应的曲轴转角位置作为该缸喷油定时。该方法的具体步骤是：

第1、根据安装到曲轴自由端的光电编码器输出的发动机转速同步信号，采用夹持式压力传感器夹持在高压油管上，对应光电编码器输出的每一个脉冲上升沿信号，采集一个高压油管压力，以获得高压油管内的压力变化历程；

第2、设计针对高压油管内压力变化历程的信号调理电路，对获得的压力信号进行放大、过滤处理；

第3、油管压力起升点须同时满足两个条件：采集到的油管压力超过油管残余压力基准值且该点与其后相邻一点的压力升高率小于再后两点的压力升高率。

高压油管压力起升点具体识别方法如下：

第3.1首先，采集一个工作循环的所有曲轴转角对应的高压油管压力，针对喷油结束后的高压油管残余压力的波动，采用计算喷油结束后的100℃A范围内的压力，均化后作为残余压力基准值，当油管压力超过此基准值认为满足了判定油管压力起升点的第一个条件；

第3.2同时，对采集到的每个点的油管压力值，先假定某点为第一点，利用该点与其后相邻一点的油压数值，计算两点间的压力升高率，再对其后两点进行相同运算，比较得到的两个压力升高率，若后两点的压力升高率大于前两点的压力升高率且该点的油压数值超过油管压力基准值时，认为第一点处于压力上升拐点，即喷油始点，此时计算该点所对应的曲轴转角即为喷油定时。如该点不是上升拐点，将其后紧邻的一点作为第一点，继续上述运算，如此循环直至找到上升拐点。

本发明设计思路

本发明选择高精度和高采样频率的压力传感器，设计夹持装置，使其固定到高压油管，为提高测量精度，建议夹持的油管部位选择靠近喷油器侧。采用夹持式压力传感器获得高压油管内的压力变化历程。由于高压油管在正常供油过程中会出现油管内压力由低到高再由高到低的变化历程，并以压力波的形式向前传递。油管在此压力波的作用下会产生相应的弹性变形，由此通过夹持在油管外壁的压力传感器获得油管内的压力及变化情况。设计针对油管内压力变化特性的信号调理电路。对采集到的柴油机供油期间高压油管压力信号，设计专用电路对油压信号进行放大、过滤等处理。针对调理后的油管压力信号，设计专用算法，实现对油管压力起升点即喷油始点的压力识别。

本发明的优点和有益效果：

本项发明提出的“基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时在线检测方法”将会为工程和实验室理论研究提供精确的喷油定时检测结果，对工程上维护保养柴油机和实验室内研究柴油机工作过程提供重要依据。此法不仅适用于机械喷射的柴油机，同样适用于电控喷射的汽油机的燃料喷油定时检测，特别适用于天然气等气体燃料发动机由于无法使用传统喷射定时检测方法，因此本项发明的市场应用前景广阔。

（四）附图说明

图1基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测原理图。

图2调理电路图（二阶低通有源滤波电路），图中，R=R=40K欧，R1=Rf=100K欧，C=C=0.01uf，增益Au=2，截止频率取f=2000Hz。

图3主程序流程图。

图4压力传感器子程序流程图。

图5数据处理及起始点检测子程序流程图。

图6显示子程序流程图。

（五）具体实施方式

实施例1

1、根据安装到曲轴自由端的光电编码器输出的发动机转速同步信号，采用夹持式压力传感器夹持在高压油管上，对应光电编码器输出的每一个脉冲上升沿信号，采集一个高压油管压力，以获得高压油管内的压力变化历程；

压力传感器选择加持式TPM_YD1206油管压力传感器，并使之固定在高压油管靠近喷油器侧。

选择合适的光电编码器（型号：欧姆龙E6C2-CWZ6C）一只，安装到柴油机曲轴自由端，为满足喷油定时测量精度，光电编码器的规格要求每转输出360个或以上的转速同步信号。

2、设计针对高压油管内压力变化历程的信号调理电路，对获得的油压压力信号进行放大、过滤波处理；

开发单片机硬件系统，参见图1，通过AT89C52单片机的P2.3口采集光电编码器的上止点信号，利用此信号的上升沿产生溢出中断，进入中断程序；利用P2.4口采集光电编码器的转速同步信号，每采集到一个转速同步信号，则单片机内置的定时器1产生一次计数溢出中断，采集一次油管压力值，并存储。

3、开发油管压力起升点位置识别用算法：

油管压力起升点须同时满足两个条件：采集到的油管压力超过油管残余压力基准值且该点与其后相邻一点的压力升高率小于再后两点的压力升高率。

3.1、首先，采集一个工作循环的所有曲轴转角对应的高压油管压力，针对喷油结束后的高压油管残余压力的波动，采用读取对应曲轴上止点后120℃A到200℃A之间的各油管压力值，进行累加、平均，作为高压油管残余压力基准值。当油管压力超过此基准值认为满足了判定油管压力起升点的第一个条件。利用公式

计算S195柴油机的油管残余压力基准值为2.5MPa/℃A。

3.2、同时，对采集到的每个点的油管压力值，先假定某点为第一点，利用该点与其后相邻一点的油压数值，计算两点间的压力升高率，再对其后两点进行相同运算，比较得到的两个压力升高率，若后两点的压力升高率大于前两点的压力升高率且该点的油压数值超过油管压力基准值时，认为第一点处于压力上升拐点，即喷油始点，此时计算该点所对应的曲轴转角即为喷油定时。如该点不是上升拐点，将其后紧邻的一点作为第一点，继续上述运算，如此循环直至找到上升拐点。

利用公式：

$\frac{\mathrm{\Δp}2}{\mathrm{\Δ\φ}}-\frac{\mathrm{\Δp}1}{\mathrm{\Δ\φ}}>0$

对所测量的油管压力进行压力升高率计算，结果发现336℃A曲轴转角位置满足上述两个公式的成立条件，即喷油定时为上止点前360-336=24℃A。

测量结果与由测量的示功图分析所得喷油定时早2℃A，由此可见测量结果数值可信。与原机静态法测量喷油定时为上止点前30℃A，可见，比传统的静态测量法精度提高6℃A

4、设置按键及消抖电路用于喷油的复位启动，并利用LCD1602液晶进行数值显示。

本发明可用于柴油机和电喷汽油机的燃料喷射定时检测，特别适用于天然气等气体发动机燃料喷射定时检测。

Claims (1)

1.一种基于AT89C52单片机的柴油机喷油定时检测方法，其特征在于该方法包括：

第1、根据安装到曲轴自由端的光电编码器输出的发动机转速同步信号，采用夹持式压力传感器夹持在高压油管上，对应光电编码器输出的每一个脉冲上升沿信号，采集一个高压油管压力，以获得高压油管内的压力变化历程；

第2、设计针对高压油管内压力变化历程的信号调理电路，对获得的压力信号进行放大、过滤处理；

第3、油管压力起升点须同时满足两个条件：采集到的油管压力超过油管残余压力基准值且该点与其后相邻一点的压力升高率小于再后两点的压力升高率；

高压油管压力起升点具体识别方法如下：

第3.1  首先，采集一个工作循环的所有曲轴转角对应的高压油管压力，针对喷油结束后的高压油管残余压力的波动，采用计算喷油结束后的100℃A范围内的压力，均化后作为残余压力基准值，当油管压力超过此基准值认为满足了判定油管压力起升点的第一个条件；

第3.2  同时，对采集到的每个点的油管压力值，利用该点与其后相邻一点的油压数值，计算两点间的压力升高率，再对其后两点进行相同运算，比较得到的两个压力升高率，若后两点的压力升高率大于前两点的压力升高率且该点的油压数值超过油管压力基准值时，认为第一点处于压力上升拐点，即喷油始点，此时计算该点所对应的曲轴转角即为喷油定时。

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