CN105464871A - Pt泵喷油器燃油计量系统及其计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PT泵喷油器燃油计量系统及其计量方法,本发明提供出了两种PT泵喷油器燃油计量系统，第一个系统包括盛装待测油的容器和控制器，控制器连接至少一个用于检测容器中待测油量的设定上限高度阈值的上限液位检测装置，控制器还连接用于计量喷油器喷油次数的计数装置。第二个系统包括盛装待测油的容器和控制器，控制器连接用于计量设定喷油次数的计数装置，控制器还连接用于检测喷油器根据设定喷油次数所喷出到容器中的待测油的油量检测装置。第一种计量系统采用定量测次数的方式。第二种计量系统采用定次数测总量的方式，两个计量系统均可以实现对PT喷油器喷出燃油的定容高冲击、非连续微小流量的检测。

Description

PT泵喷油器燃油计量系统及其计量方法

技术领域

本发明涉及PT泵喷油器燃油计量系统及其计量方法，本发明属于燃油计量的技术领域。

背景技术

现代电子控制技术在发动机喷射系统中的应用大大改善了发动机性能。电喷发动机喷油器喷油量特性是决定喷油器性能的重要因素。因此对喷油器喷油量的高精度、高效率测量是喷油器技术性能评定的重要环节，同时也是对有故障的喷油器进行故障分析的依据。PT喷油器喷油量实验主要检测在不同的供油压力、不同转速、不同负载条件下的精确流量，冲击压力达1200大气压，每秒20次，流量只有每分钟几十毫升，属于高冲击、非连续微小流量检测，精确检测难度较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种PT泵喷油器燃油计量系统,解决了由于PT泵喷油器高冲击、非连续微小流量，难以对其进行精确检测和计量的技术问题。另外，本发明还提出了一种PT泵喷油器燃油计量系统，以及针对上述两种PT泵喷油器燃油计量系统分别提出了对应各计量系统的计量方法。

本发明是通过如下方案予以实现的：

一种PT泵喷油器燃油计量系统，该计量系统包括：盛装待测油的容器，所述容器设有用于连接喷油器的进油口；该计量系统还包括控制器，控制器连接至少一个用于检测容器中待测油量的设定上限高度阈值的上限液位检测装置，控制器还连接用于计量喷油器喷油次数的计数装置。

进一步的，该计量系统中还包括用于接收容器中排出待测油的油箱；所述容器设有用于排出待测油的排油口，排油口与该油箱之间设有排油阀。

进一步的，所述控制器还连接一个用于检测容器中待测油量的设定下限高度阈值的下限液位检测装置，所述上限液位检测装置和下限液位检测装置为光电液面传感器。

一种PT泵喷油器燃油的计量方法，喷油器喷油，开始测量，记录喷油器的喷油次数；当喷油器喷出的油量达到设定上限高度阈值时，结束测量，记录此时喷油器的喷油次数N1；根据设定上限高度阈值计算得到喷油器喷出的总油量M1；将该总油量M1除以记录的喷油次数N1即为喷油器单次喷油量。

进一步的，设定一个下限高度阈值，当喷油器喷出的油量达到下限高度阈值时，开始测量。

本发明还提出了一种PT泵喷油器燃油计量系统，该计量系统包括：盛装待测油的容器，所述容器设有用于连接喷油器的进油口；该计量系统还包括控制器，控制器连接用于计量设定喷油次数的计数装置，控制器还连接用于检测喷油器根据设定喷油次数所喷出到容器中的待测油的油量检测装置。

进一步的，该计量系统中还包括用于接收容器中排出待测油的油箱；所述容器设有用于排出待测油的排油口，排油口与该油箱之间设有排油阀。

进一步的，所述的油量检测装置为浮子液位计。

本发明还提出了一种PT泵喷油器燃油的计量方法，喷油器喷油，设定喷油器的喷油次数N2，开始测量，喷油器按照设定的喷油次数喷油，当喷油器达到设定的喷油次数时，测量喷油器喷出的总油量M2；将该总油量M2除以设定的喷油次数N2即为喷油器单次喷油量。

进一步的，设定一个下限高度阈值，当喷油器喷出的油量达到下限高度阈值时，开始测量。

本发明和现有技术相比的有益效果是：

本发明提出了一种PT泵喷油器燃油计量系统，该系统中包括：盛装待测油量的容器、控制器、用于检测容积中待测油量的设定上限高度阈值的液位检测装置、用于计量喷油器喷油次数的计数装置。容器设有用于连接喷油器的进油口。通过该喷油器燃油计量系统实现的计量方法为，在测量的过程中记录喷油器的喷油次数；当喷油器喷出的油量达到容器中设定上限高度阈值时，系统停止测量。通过上限高度阈值计算喷油器的喷油总量，并将该喷油总量除以喷油器的喷油次数即为喷油器单次喷油量。本发明实现了对PT喷油器喷出燃油的定容高冲击、非连续微小流量的检测。而且，所设定喷油器燃油计系统结构简单，计算速度快，是一种简捷、高效的测量PT泵喷油器喷油量的计量系统。

该PT泵喷油器计量系统中的液位检测装置为光电液面传感器，光电液面传感器具有结构简单、灵敏度高、耗电小、耐腐蚀等优点。通过光电液面传感器获取的油量高度值更为精确有效。

该PT泵喷油器计量系统在盛装待测油的容器中设定有下限高度阈值，当进入到容器的中油量达到设定下限高度阈值时，计量系统开始测量，这样可以避免由于无法计算管道中的油量而造成测量的误差，在实际应用中具有较强的应用价值。

本发明还提出了另外一种PT泵喷油器燃油计量系统,该系统包括：待测油的容器、控制器、用于检测喷油器根据设定喷油次数所喷出到容器中的待测油的油量检测装置、以及用于计量设定喷油器喷油次数的计数装置；容器设有用于连接喷油器的进油口。通过该喷油器计量系统实现的计量方法为：设定喷油器一定的喷油次数，然后，通过油量检测装置测量在设定次数内喷油的总量，用喷油的总量除以喷油的次数，最终同样可以获得喷油器的单次喷油量。这种设计的计量系统采用定次数测总量的方式，而设计的第一种计量系统采用定量测次数的方式。第二种PT泵喷油器计量系统同样可以实现对PT喷油器喷出燃油的定容高冲击、非连续微小流量的检测。

在第二种PT泵喷油器燃油计量系统中选取的油量检测装置为浮子液位计，浮子液位计可以随着容器中油量的变化实时监测容器中油量的液位高度，而且浮子液位计测量范围大，灵敏度高，适用于各种液体测量。

附图说明

图1是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1的燃油计量系统原理图；

图中：1、球阀，2、螺纹调节器，3、压力开关，4、多级缓压背压控制阀，5、ARM开发板，6、光电液面传感器，7、容器，8、电磁阀，9、油箱；

图2是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1的系统硬件结构图；

图3是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1中改进的燃油计量系统原理图；

图4是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1的流量计算程序流程图；

图5是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的整体程序流程图；

图6是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的电源模块5V转1.8V电路图；

图7是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的电源模块5V转3.3V电路图；

图8是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的电源去耦合电路；

图9是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的脉冲信号处理电路；

图10是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的频率/电压转换曲线；

图11是本发明PT泵喷油器燃油计量系统实施例1和2的光电隔离驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

PT泵喷油器燃油计量系统实施例1

如图1所示，该计量系统包括：盛装待测油量的容器7、控制器、与控制器连接的用于检测容器中待测油量的设定上限高度阈值的上限液位检测装置6、以及与控制器连接的用于计量喷油器喷油次数的计数装置；该容器通过管道连接至喷油器的出油口。

该计量系统中还包括一个油箱，进入容器中的燃油在完成测量之后，从容器的出油口通过排油管道排出到该油箱中，容器的排油出口可以安装在容器的下方，也可以安装于容器的侧面。在容器和油箱之间连接的排油管道上还安装有排油阀8，通过排油阀可以控制容器中的燃油是否需要排出。本实施例中选用的排油阀为电磁阀，电磁阀连接到所述的控制器上，控制器驱动排油阀的开关。作为其他实施方式，也可以采用手动排油阀。本实施例中选取的电磁阀型号为JZX-18F，其工作电压为12V，最大电流3A，具有体积小、动作迅速等特点。

所述的油箱可以放置的容器的正下方，将容器的排油口设置在正下方并在容器的正下方的排油口处安装一个排油阀，如此，容器的排油口就不需要连接排油管道，当排油阀打开时，容器中的燃油可以直接释放到排油箱中。

喷油器安装在该系统上的复合油缸柱塞端部的锥形头内，在头部形成密封腔。锥形头连接有球阀1，所喷出的油经过球阀可以模拟气缸中的背压，并且可以防止柱塞回程时已喷出的油流回到喷油器中去。通过锥形头背后的螺纹调节器2调整球阀所需的压力。该计量系统还包括压力开关3和多级缓压背压控制阀4，压力开关3和多级缓压背压控制阀4分别设置在喷油器和盛装待测燃油的容器7之间所连接的管道上，压力开关主要用于对管道中的压力实时监测，当管道中的压力超过或低于设定标准时，可发出报警或控制信号。多级缓压背压控制阀可用于调节油流经时管道中的压力，保证管道的稳定性。

本实施例中选用的上限液位检测装置为光电液位传感器，光电液位传感器主要用于测量容器中的油量是否达到设定上限高度阈值。光电液面传感器具有结构简单、灵敏度高、耗电小、耐腐蚀等优点，选取光电液位传感器仅为优选的实施方式，作为其他实施方式，还可以选用电容液位计、超声液位计等。

本实施例中选用的计数装置为速度传感器，速度传感器安装在喷油器中的PT泵的转轴处，转轴上贴有特定的材料，PT泵每转一圈喷油一次，速度传感器通过检测特定的材料来确定转轴的转速。

控制器是基于在ARM开发板上设计的。如图2所示，本实施例中的ARM开发板可以实现数据采集、控制电平输出控制，控制油脉冲变截面衰减与稳压、检测累积计量、以及对光电液面监测等技术。ARM开发板上主要包括控制器、以及分别与控制器连接的检测模块、驱动模块、电源模块、存储模块和显示模块。下面对这几个模块分别进行具体说明。

(1)控制器

本实施例中选用的主处理器型号为S3C6410芯片，该芯片的工作频率最大为667MHz；该芯片中主要包括：LCD显示屏接口、标准RS232串口、USBHost1.1接口、117个通用I/O、8路A/D通道、5路32BitPWM、1个内部时钟控制器和24路外部中断，该处理器具有功耗率、体积小和便于携带等优点，可以与外围设备实现无缝连接。

(2)检测模块

检测模块中设有运算放大电路和A/D采集板，图2中所述的接近传感器即为速度传感器。光电液面传感器和速度传感器将采集的数据依次通过A/D采集板、运算放大器发送给控制器进行数据分析。A/D采集板用于将传感器采集到的模拟信号转换成能够被处理器识别的数字信号。A/D采集板上的A/D转换器型号为ADC1038，转换精度为12Bit，该A/D转换器内部集成8通道模拟输入，输入电压为3.3V，具有片上采样保持功能，并支持掉电模式，最大工作时钟为5MHz，最大转换速率可达1Msps，能够快速捕获0-3.3V之间的模拟电压并将其转换为10/12位数字量。

在A/D采集板上还设有A/D前端处理电路，主要用于将传感器采集并转换得到的模拟电信号进行处理和换算，转换成A/D采集所需要的电压信号，。因此，本实施例中所设计的前端电路中采用AD650的频率-电压转换电路来实现频率与电压的转换。如图9所示，输入信号的频率f_IN经过由电容C₃、电阻R₃和二极管VD组成的微分电路变成负脉冲(正脉冲被VD短路)，进入AD650的输入端，用下降沿来触发单稳态电路进入一个新的测量周期T₁，转后成直流电压后从U₀端输出。在输出端U₀和IN_端之间还分别并联有电阻R_INT和电容C_INT，通过频率-电压转换输出的电压值与电阻R_INT、电容C_INT以及f_IN的乘积成正比。该前路电路中还设置有R₆和RP，分别用于满度校准和零度校准。

本实施例中为了验证频率/电压转换电路的有效性，设置C_INT＝1000ρ，C₃＝0.1μ，R_INT＝20KΩ，R₂＝R₃＝2KΩ，R₄＝500Ω，R₆＝250Ω。通过采集测试数据如表1所示，并且绘制频率-电压转换曲线(图10)。通过频率-电压转换曲线得出，在一定的频率范围内，频率与电压具有良好的线性度。

表1

频率/KHz	0.0508	0.1006	0.183	0.467	5.01	9.77	29.7	50.3
									电压/V	0.0067	0.0111	0.0181	0.043	0.0439	0.583	2.01	3.21
频率/KHz	70	79.5	90	110.6	130.4	150.5	159.2	180
									电压/V	4.2	4.75	5.36	6.31	7.23	8.26	8.61	8.75

(3)驱动模块：

本实施例中的控制模块包括：计量指示灯和光电驱动电路。控制器的GPIO端口输出电平用于控制计量指示灯和电磁阀的继电器开关。由于，GPIO端口输出电平无法直接驱动电磁阀的继电器，因此，在GPIO端口和电磁阀之间还接有光电隔离驱动电路。

考虑到继电器可能会出现反向电压的现象，因此，光电隔离驱动电路中选择三级管作为驱动元件。如图11所示，在光电隔离驱动电路中还包含光电耦合电路，以光为耦合媒介，通过光信号的传递实现输入与输出间电隔离的器件，可在电路或系统之间传递电信号，同时确保这些电路或系统之间的电隔绝。主处理器向GPHI口输入高电平时，光耦输入端会产生电流，此时发光二极光发光，光敏三极管导通，继电器线圈得电，触电闭合。当主处理器向GPHI口输入低电平时，触电断开，继电器的反向电势可通过二极管DI放电，起到续流的作用，从而实现对继电器线圈的保护。

(4)电源模块：

根据该系统各部分的正常工作电压，设计适合该系统工作的电源模块。其中，控制器的内核工作电压是1.8V，储存器、LCD触摸屏以及A/D转换通道接口工作电压均为3.3V，传感器接口电压是15V，其他外围电路使用5V电源。

该系统的电源模块采用数字电源和模拟电源相隔离的方式，分别对数字器件和模拟器件进行独立供电，从而可以避免模拟信号和数字信号之间相互耦合干扰。由于所述的系统采用充电电池供电方式，电池的最高电压为24V。该电源模块主要中包括：DC-DC电源单元、LDO单元、若干个电解电容和电源去耦电容电路

电源模块中的DC-DC电源单元转换成5V和15V电压，为系统的外围电路和传感器进行供电。

如图6和图7所示，电压模块中的LDO单元设置有LDO低压直流稳压芯片LM1117-3.3和LM1117-1.8，分别用于将通过DC-DC电源单元转换得到的5V的直流供电电源转换为1.8V和3.3V。LDO芯片具有电流限制和热保护功能，输出电流最高可达800mA，输出电压的精度在±1％以内。在LDO芯片的+5V输入端口连接有10uF电解电容和104uF的普通电容，用于对+5V输入电压进行电容滤波，以减少高频干扰，使输入的直流电压更加稳定。在LDO芯片的输出端口接有10uF的电解电容，用于保持输出电压的稳定性。

为了使电源的工作性能更加稳定，如图8所示，电源模块中还设置有去耦电容电路。采用典型的去耦电容值为0.1μF，该去耦电容的分布电感值为5μH，并行共振频率约为7MHz。通过在电源模块中加入去耦电容电路能有有效避免电路相互间的耦合干扰，减小PCB上的噪声，消除低频和较高频的干扰信号。

(5)显示模块：

本实施例的显示模块采用LCD显示屏。采用LCD显示屏仅为优选的实施方式，并不是对本发明的限制。作为其他实施方式，也可以采用触摸式、LED形式等其他形式的显示模块。

该燃油计量系统的软件部分采用WindowsCE操作系统，该系统为开放式、可升级的32为嵌入式系统，具有模块化、结构化等特点，本系统的应用程序在EVC++4.0环境下编译，程序流程图如图5所示。

基于上述的PT泵喷油器燃油计量系统，该计量系统实现的具体工作方式为：

为了避免在检测容器中燃油量时忽略了由于管道中可能还存在部分残余油量而造成的误差，在开始计量之前，喷油管路内已经存有燃油。

喷油器喷出燃油，按下计量系统启动钮，控制器的GPIO端口输出开关控制量通过继电器控制电磁阀8断电，此时，容器中的燃油无法从排油口排出。控制器给速度传感器发出驱动信号，速度传感器开始记录喷油器喷油的次数。喷油器喷出的燃油经锥形头、球阀。通过管道进入容器中。

当进入到容器中的燃油达到设定上限高度阈值时，光电液面传感器将检测到的信号发送值控制器，速度传感器记录此时燃油喷出次数，并将采集的燃油喷射的总次数N1发送至控制器。控制器根据设定上限高度阈值计算得出喷油器喷出的油总量M1，利用公式：即可得到喷油器每次的喷油量。并将计算的标准结果显示在AMR实验板的LCD显示屏上。

然后，GPH1端口控制电磁阀通电，容积式流量计中的燃油释放到油箱中。延时一定时间后，计量启动指示灯熄灭，完成一次计量。

考虑到PT泵喷油器喷出的燃油量有大有小，为了实现该计量系统不受到喷油量的限制以及对油量的检测更加准确，对该实施例的喷油器燃油计量系统进行了改进，在容器中设置一个下限高度阈值，同时，在容器中不同的高度分别设置多个设定上限高度阈值。在下限高度阈值和各个上限高度阈值处分别安装有光电液面传感器。如图3所示。设置有一个下限高度阈值和两个上限高度阈值，这需要在容器中设有三个光电液面传感器，3个光电液面传感器从低到高依次接入到A/D采集通道1、2和3。计量测量系统开始测量后，当容器中的油量达到下限高度阈值时，连接1通道的光电液面传感器采集到信号并输入给通道1，此时，启动速度传感器开始计数喷油器喷油次数，当容器中的油量高度达到任何一个所需的上限高度阈值时，即可停止测量，读取速度传感器记录的喷油次数，并计算下限高度阈值和该上限高度阈值之间的油量△M，为从而得到喷油器单次喷油次数，表达式为：

对于上述之所以设置下限高度阈值，即当容器中的燃油量达到设定高度时开始计量，设置下限高度阈值的优点在于，在测量前，管道中是否存在燃油都无所谓，无需考虑管道中的残余油量或者容器中可能会存在部分残余燃油的问题，而且还提高测量的准确程度。

PT泵喷油器燃油计量系统实施例2

本发明还设计了另外一种PT泵喷油器燃油计量系统，该计量系统和上述实施例1中所述的PT泵喷油器燃油计量系统的区别仅在于，将实施例1中的计量系统中的液位检测装置替换为一种可以跟随容器中燃油液位变化，实时检测容器中油量的油量检测装置。该油量检测装置与控制器连接用于检测在喷油器在设定喷油次数所喷出到容器中的燃油量。

本实施例中的油量检测装置为浮子液位计，浮子液位计可以随着容器中油量的变化实时监测容器中油量的液位高度，而且浮子液位计测量范围大，灵敏度高，适用于各种液体测量。本实施例中可以根据浮子液位计测量的油量高度即可计算得到容器中的燃油总量。

通过本实施例的PT泵喷油器燃油计量系统，该计量系统实现的具体工作方式为：

当喷油器开始喷油时，按下计量系统启动钮，控制器的GPIO端口输出开关控制量通过继电器控制电磁阀8断电，此时，容器中的燃油无法从排油口排出。控制器设定一定喷油次数N2作为计数信号，并将该计数信号发送至速度传感器，喷油器开始喷油，喷油器喷出的燃油经锥形头、球阀。通过管道进入容器中。当速度传感器检测到喷油器达到设定的喷油次数时，利用浮子液位传感器测量此时容器中油的液位高度，控制器根据该液位高度计算得出喷油器喷出的油总量M2，利用公式：即可得到喷油器每次的喷油量。并将计算的标准结果显示在AMR实验板的LCD显示屏上。

然后，GPH1端口控制电磁阀通电，容积式流量计中的燃油释放到油箱中。延时一定时间后，计量启动指示灯熄灭，完成一次计量。

上述测量时，计量系统在开始测量时，容器是空的，即从喷油器开始喷油时开始计次数。作为其他实施方式，在容器中设定一个下限高度阈值，也可以喷油器在喷油时，当容器中的油量达到设定的下限阈值时，再开始计量喷油次数，同样起到可以忽略在测量前管道中是否含有残余油量或者容器中可能会存在部分残余燃油的问题，而且通过设定下限高度阈值更能提高测量的准确程度。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，该计量系统包括：盛装待测油的容器，所述容器设有用于连接喷油器的进油口；该计量系统还包括控制器，控制器连接至少一个用于检测容器中待测油量的设定上限高度阈值的上限液位检测装置，控制器还连接用于计量喷油器喷油次数的计数装置。

2.根据权利要求1所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，该计量系统中还包括用于接收容器中排出待测油的油箱；所述容器设有用于排出待测油的排油口，排油口与该油箱之间设有排油阀。

3.根据权利要求1所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，所述控制器还连接一个用于检测容器中待测油量的设定下限高度阈值的下限液位检测装置，所述上限液位检测装置和下限液位检测装置为光电液面传感器。

4.基于权利要求1所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统的计量方法，其特征在于，喷油器喷油，开始测量，记录喷油器的喷油次数；当喷油器喷出的油量达到设定上限高度阈值时，结束测量，记录此时喷油器的喷油次数N1；根据设定上限高度阈值计算得到喷油器喷出的总油量M1；将该总油量M1除以记录的喷油次数N1即为喷油器单次喷油量。

5.根据权利要求4所述的计量方法，其特征在于，设定一个下限高度阈值，当喷油器喷出的油量达到下限高度阈值时，开始测量。

6.一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，该计量系统包括：盛装待测油的容器，所述容器设有用于连接喷油器的进油口；该计量系统还包括控制器，控制器连接用于计量设定喷油次数的计数装置，控制器还连接用于检测喷油器根据设定喷油次数所喷出到容器中的待测油的油量检测装置。

7.根据权利要求6所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，该计量系统中还包括用于接收容器中排出待测油的油箱；所述容器设有用于排出待测油的排油口，排油口与该油箱之间设有排油阀。

8.根据权利要求6所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统，其特征在于，所述的油量检测装置为浮子液位计。

9.基于权利要求6所述的一种PT泵喷油器燃油计量系统的计量方法，其特征在于，喷油器喷油，设定喷油器的喷油次数N2，开始测量，喷油器按照设定的喷油次数喷油，当喷油器达到设定的喷油次数时，测量喷油器喷出的总油量M2；将该总油量M2除以设定的喷油次数N2即为喷油器单次喷油量。

10.根据权利要求9所述的计量方法，其特征在于，设定一个下限高度阈值，当喷油器喷出的油量达到下限高度阈值时，开始测量。