CN201554584U - 一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种对喷油规律测量的测量与控制系统，公开了一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置，包括喷油规律检测仪和电路系统，喷油规律检测仪包括燃油喷射管道、喷油器和密闭腔体，燃油喷射管道通过喷油器与密闭腔体连通，燃油喷射管道上安装有第一喷油压力传感器，喷油器上安装有针阀升程传感器；密闭腔体上安装有第二喷油压力传感器，密闭腔体还上安装有温度传感器；电路系统包括主控系统，还包括数据采集控制器，还包括脉冲信号检测器。本实用新型实现了对柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器喷油规律(含单次喷油规律)、燃油温度测量的电子自动化控制；能够对柴油机电子控制燃油喷射系统喷油器的喷油规律进行数据采集及存储。

Description

一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种对喷油规律测量的测量与控制系统，具体应用于柴油机喷油器喷油规律测量仪器的自动化控制。

背景技术

柴油机燃油喷射及电子控制化技术，是当前柴油机研制中的一个重要课题。其中，喷油器是电子控制燃油喷射系统的一个关键部件，直接影响到柴油机的整体性能。燃料在柴油机机的气缸内燃烧放热规律取决于喷油器喷油规律(喷油规律是指喷油器的喷油量随时间而变化的喷油量，即单位时间的喷油量)。最佳喷油规律可以改善柴油机的经济性、提高可靠性和寿命，以及动力性、降低污染物排放。

目前，柴油机燃油喷射系统的喷油器的喷油规律测量方法多以蜂孔盘法、动量法、压力升程法等机械式直接测量法和间接电测法；测量系统没有配置辅助的电子控制系统，喷油规律测量的实际操作与使用极为繁琐及耗时。

国内研究机构曾经运用微型计算机技术移植到博世长管法测量装置，实现了喷射器的喷油规律测量自动化，但是，存在系统繁琐，操作不便等缺点。

国外出品的一些喷油器喷油规律测量仪器，自动化程度高，但是，其测试的喷油器型号对象固定，且电子控制系统造价昂贵、系统复杂，难以满足国内市场需求。

因此，喷油规律研究中，实现系统操作便利，高度自动化程度、造价较低的喷油器喷油规律测量仪器存在市场需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置，其具有将嵌入式系统电子控制技术运用到喷油器喷油规律的测量仪器中，实现对柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器喷油规律、单次喷油规律、燃油温度测量的电子自动化控制，并通过主控系统对柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器的喷油规律进行数据测量及存储的特点。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置，其特征在于，包括喷油规律检测仪和电路系统，

所述喷油规律检测仪包括燃油喷射管道、喷油器和密闭腔体，所述燃油喷射管道通过喷油器与密闭腔体连通，燃油喷射管道上安装有第一喷油压力传感器，所述喷油器上安装有针阀升程传感器；所述密闭腔体上安装有第二喷油压力传感器，密闭腔体上还安装有温度传感器；

所述电路系统包括主控系统，主控系统控制所述燃油喷射管道向所述密闭腔体喷油；还包括数据采集控制器，所述主控系统通过数据总线连接数据采集控制器接收采集信号，所述数据采集控制器包括三路模拟量数据采集A/D转换通道，第一A/D转换通道与燃油喷射管道上的第一喷油压力传感器连接，第二A/D转换通道与密闭腔体上的第二喷油压力传感器连接，第三A/D转换通道与密闭腔体上的温度传感器连接；还包括脉冲信号检测器，所述脉冲信号检测器与喷油器上的针阀升程传感器相连接。

对上述基础结构的改进方案为，还包括换向阀和阀驱动器，所述换向阀与密闭腔体连接，所述电路系统还包括一路D/A输出模拟电信号电路，该路输出模拟电信号电路与所述阀驱动器相连接，阀驱动器与所述换向阀相连接，使所述主控系统对所述换向阀进行控制。

对上述结构进一步改进的方案为，所述密闭腔体上设置有溢流阀。

本实用新型的优点在于：

1.本实用新型提供了一种柴油机燃油系统中电子控制燃油喷射系统的喷油器喷油规律测量的自动化控制装置，应用于柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器的喷油规律测量仪器的电子自动化控制。针对目前国外喷油器喷油规律测量系统造价昂贵、系统复杂，而国内研究喷油器喷油规律过程中广泛运用的测量系统没有配置辅助的电子控制系统，给实际使用带来不便的问题，解决了柴油机燃油系统中电控燃油喷射系统喷油器喷油规律的测量研究的需求。

2.通过在密闭腔体上连接换向阀，通过主控系统对换向阀进行控制，使得本实用新型在能够实现对电子控制燃油喷射系统的喷油器喷油规律测量进行自动化控制的基础上，还能够通过换向阀将测试后的密闭腔体中的燃油导出，实现循环检测。

3.通过在密闭腔体上连接溢流阀，增加了本实用新型的安全性能。

4.本实用新型将嵌入式系统电子控制技术运用到喷油器喷油规律的测量仪器中，使喷油规律测量能够在一个高度自动化的环境中完成，是嵌入式系统技术，融合机械结构优化设计技术、现代传感器技术、自动控制技术、信号处理与控制技术于一体的应用方式。

本实用新型所提供的一种柴油机喷油规律测量控制装置，能够为柴油机电控喷油系统喷油规律进行试验研究和理论分析提供高效率的测量与控制解决方案。实现了对柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器喷油规律、单次喷油规律、燃油温度测量的电子自动化控制；能够对柴油机电子控制燃油喷射系统的喷油器的喷油规律测量数据进行存储。本实用新型结构简单、制作方便、易于安装及操作、成本低、使用效果好。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型电路系统示意图。

其中，1-喷油器，2-燃油喷射管道，3-温度传感器信号，4-第一喷油压力传感器信号，5-压阻式压力压力传感器信号放大器，6-针阀升程传感器信号，7-脉冲信号检测器，8-主控系统，9-FPGA扩展卡，10-压电式压力传感器及电荷信号放大器，11-溢流阀，12-密闭腔体，13-阀驱动器，14-换向阀，15-数据存储介质CF卡。

具体实施方式

参照图1所示的本实用新型结构示意图，完成本实用新型各部件和电路系统的连接。首先进行对喷油规律检测仪的连接：喷油规律检测仪包括燃油喷射管道2、喷油器1和密闭腔体12，将燃油喷射管道2通过喷油器1与密闭腔体12连通，在密闭腔体12上连接溢流阀11，将换向阀14与密闭腔体12连通。分别在燃油喷射管道2、喷油器1和密闭腔体12上安装传感器：在燃油喷射管道2上安装第一喷油压力传感器，优选的采用电阻应变式压力传感器作为第一喷油压力传感器测量喷油管的喷油压力；喷油器1上安装针阀升程传感器，密闭腔体12上安装温度传感器和第二喷油压力传感器，优选的采用PT100型一体化温度变送器作为温度传感器，采用压电式压力传感器作为第二喷油压力传感器。

接下来，进行电路系统的连接。电路系统硬件基于ARM Xscale架构的PXA270为MCU，以PC104总线接入FPGA扩展卡9实现数据采集与控制的主控系统8，此系统实现一路模拟量输出控制、一路脉冲信号输入、三路模拟量数据采集，以及采集后数据分析、处理。其中，一路模拟量输出电路经阀驱动器13连接换向阀14；一路脉冲信号输入电路接喷油器1上安装针阀升程传感器；三路模拟量数据采集A/D转换通道分别为：一路A/D电路经压阻式压力压力传感器信号放大器5接燃油喷射管道2上作为第一喷油压力传感器的电阻应变式压力传感器，一路A/D电路接密闭腔体12上的温度传感器，还有一路A/D电路经压电式压力传感器电荷信号放大器接密闭腔体12上作为第二喷油压力传感器的压电式压力传感器。

选取电阻应变式压力传感器作为第一喷油压力传感器测量喷油管的喷油压力，当燃油喷射时，燃油进入喷油器1，喷油器储油腔体燃油压力产生变化，压力变化经压阻式压力传感器转换成电信号4，经压阻式压力压力传感器信号放大器5送入A/D转换电路，然后，由主控系统8的MCU运算，计算出压力传感器所测得的线性电压变化幅度，得到喷油压力P转换后的电信号数值数据；

喷油器1储油腔体燃油经电子控制的喷油阀，喷射进入图1所示的密闭腔体12，燃油的喷射使得在腔体内燃油压力产生冲击变化，采用压电式压力传感器作为第二喷油压力传感器测量得到压力变化跃变值，此变化值映射了喷油器1喷入密闭腔体12时，腔体内燃油的冲击压力变化趋势；配置与压电式压力传感器配套的电荷信号放大器10对信号进行放大，此放大信号经主控系统8的一路A/D转换接口电路，由主控系统8运算，转换的数据对等地反映压力信号的变化值。

测试的基础条件：通过与密闭腔体直通的溢流阀调节得到一定的密闭腔体内燃油压力，其模拟柴油机气缸在燃油喷射时背压状态压力幅度。

燃油喷射进入密闭腔体内，随着时间的递增，燃油不断地产生压缩与膨胀，燃油温度会不断上升，油温的变化会影响测量的精度。因此，选定PT100型一体化温度变送器，作为测量温度的传感器，主控系统在运算、处理密闭腔体内压力变化值时，参考温度变化，修正压力变化幅值。

A/D转换、D/A转换、脉冲检测电路见附图二所示，其工作原理如下阐述：

一A/D转换：

电阻应变式压力传感器、压电式压力传感器、PT100温度传感器分别生成的模拟量信号经调理电路，进行干扰滤除、限压、运算放大并整形之后。通过多路模拟开关器件MAX3580完成采集通道的切换，然后，信号由ISO124实现光电隔离传输，进入到LTC1606芯片的模拟信号输入脚，A/D(LTC1606)触发采集，输出信号经过限压、整形成为脉冲信号后，经光电隔离器，输出到FPGA的相应输入脚。FPGA输出时序信号控制LTC1606启动与关闭

经LTC1606的AD转换后输出的16位数据，速率和数据量都很大，直接接到FPGA的相应输入脚，控制起来相对比较复杂，此处，采用FPGA的RAM块实现FIFO数据缓冲；电路附加时序逻辑控制FIFO的运行，完成数据的缓冲存储功能，时序逻辑控制与数据存储实现无缝衔接。

为适应海量数据量的传输，在FPGA外部添加了CF外围存储器卡15，用于海量量数据的即时存储，主控系统通过一个控制信号来完成数据的转存至数据存储介质(例如：CF卡)。

二D/A转换：

主控系统通过PC104总线将D/A输出所需的的数据经FPGA的控制电路，由AD7801数模转换芯片经光电隔离芯片ISO124输出到主控系统的D/A电路端口，此端口连接控制换向阀的开启和关闭。

三脉冲检测

针阀升程传感器输出的脉冲信号(TTL)，经信号调理，光电隔离传输到FPGA的控制信号产生电路模块，触发主控系统启动运行。

四CF接口

数据存储见图一所示的接口，CF(CompactFlash)卡存储器15可存放海量数据，保存在系统运行时候的用户采样数据，主控系统8具有的CF接口以IDE方式运行，电路设计应用设计CF卡与MCU的接口协议，将PXA270的Memory总线扩展，数据线、控制线经过缓冲驱动芯片隔离接到CF座上，控制信号用FPGA实现。

本实用新型的运行的过程如下所述：

首先，电路系统的启动并完成初始化过程，然后向喷油规律测试平台发出握手信号，试验平台开始准备向测量腔体喷射燃油，当外界将燃油经柴油机电子控制燃油喷射系统喷油器喷入喷油规律仪器的一个密闭腔体12时，系统捕获喷油器配套安装的针阀升程传感器发出脉冲电信号(TTL)，并以此脉冲信号作为启动测量与控制的标志指令。

喷油管道中的燃油经过喷油器喷射到喷油量测量腔体内部后，由于液体的不可压缩性质，容积腔内的压力发生冲击变化，压力变化作用在压电式传感器测量面，传感器输出电荷信号经功率放大，提供给系统的A/D电路，A/D采集持续时间由电路系统MCU控制，直到MCU发出结束指令为止，该结束指令通过预设的测试周期进行设定。

A/D采集数据转换结束后，主控系统8启动电控驱动信号，信号经D/A电路通道，控制换向阀14导通，密闭腔体12内的燃油经换向阀14溢出，恢复腔体内部压力初始状态，直至到下一测量时刻。

A/D采集的数据，由主控系统8的MCU进行运算、分析采集数据，并将采集的数据以文件格式保存，供查询与使用。

至此，单次的测量周期结束，测量与控制电路等待下次运行指令。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种柴油机喷油器喷油规律测量控制装置，其特征在于，包括喷油规律检测仪和电路系统，

所述喷油规律检测仪包括燃油喷射管道、喷油器和密闭腔体，所述燃油喷射管道通过喷油器与密闭腔体连通，燃油喷射管道上安装有第一喷油压力传感器，所述喷油器上安装有针阀升程传感器；所述密闭腔体上安装有第二喷油压力传感器，密闭腔体上还安装有温度传感器；

所述电路系统包括主控系统，主控系统控制所述燃油喷射管道向所述密闭腔体喷油；还包括数据采集控制器，所述主控系统通过数据总线连接数据采集控制器接收采集信号，所述数据采集控制器包括三路模拟量数据采集A/D转换通道，第一A/D转换通道与燃油喷射管道上的第一喷油压力传感器连接，第二A/D转换通道与密闭腔体上的第二喷油压力传感器连接，第三A/D转换通道与密闭腔体上的温度传感器连接；还包括脉冲信号检测器，所述脉冲信号检测器与喷油器上的针阀升程传感器相连接。

2.如权利要求1所述的一种柴油机喷油器喷油规律测量控制系统，其特征在于，还包括换向阀和阀驱动器，所述换向阀与密闭腔体连接，所述电路系统还包括一路D/A输出模拟电信号电路，该路输出模拟电信号电路与所述阀驱动器相连接，阀驱动器与所述换向阀相连接，使所述主控系统对所述换向阀进行控制。

3.如权利要求1或2所述的一种柴油机喷油器喷油规律测量控制系统，其特征在于，所述密闭腔体上设置有溢流阀。

Images