CN204572301U - 缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统。本实用新型提供了一种简便、快捷的GDI喷油器高速电磁阀响应监测系统。缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，包括：燃油供给系统、喷油器、喷油控制器；喷油器电流测量装置；喷油器入口压力测量装置；数据采集卡；同步控制器；电流信号处理装置；数据存储装置。本实用新型的优点是：不需要对原始喷油器物理结构、驱动电路等进行任何改造，保证喷油器工作在原始状态，不引入外部干扰，测量结果真实可靠。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种缸内直喷汽油机高速电磁阀喷油器，具体来说涉及一种缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统。
背景技术：
缸内直喷(简称GDI)技术为内燃机降低排放，提高燃油效率提供了灵活、精确的优化方案。随着日益严格的NOx和CO2排放法规要求，缸内直喷汽油机一个循环内的喷射次数达到了2-3次，这些发展趋势要求高速电磁喷油器具有更快、更精确的动态响应特性。因为电磁阀喷油器是感应元件，在开启和关闭过程中的响应延迟是不可避免的，电磁阀的开启和关闭往往滞后于喷油脉宽信号。电磁阀的动态响应特性决定了燃油喷入缸内的精确曲轴转角和实际喷油持续期，对混合气的形成和喷油规律有显著影响。因此，深入了解GDI电控喷油器的动态响应特性并对其进行精确测量，对缸内直喷发动机发动机工作过程的性能改善以及控制策略的优化具有重要意义。
GDI喷油器本质上是一种强力高速电磁阀，其结构模型如图1所示，主要由衔铁、铁芯、轭铁、轭铁环、线圈、导向管、阀杆、阀座、喷孔等组成。当电磁线圈接收到喷油信号后，衔铁组件(由衔铁、导向环、阀杆、钢球组成)在电磁吸力的作用下克服液压力、弹簧力、摩擦力及自身重力，向铁芯方向运动，钢球离开阀座，燃油从阀座上的喷孔喷出并形成喷雾；当喷油信号结束后，衔铁组件在液压力、弹簧力和自身重力的作用下，向阀座方向运动，钢球落座，喷油结束，至此完成一次喷油周期。
GDI电控喷油器的控制方式与进气道喷射汽油机控制方式不同，一般采用PWM对喷油器进行控制，通过瞬间高电压形成大电流来迅速开启喷油器，通过低电压形成保持电流维持喷油器的开启，通过控制保持电流的大小来提高喷油器关闭速度和避免喷油器过热烧坏。
在现有技术的喷油器响应时间的测量装置中,通常在喷油器中设置阀针升程传感器,检测阀针的移动,这种方法对喷油器改造较大，且改变了阀针部件原有的结构，检测精度不高，另外电磁喷油器空间布置日益紧凑，传统式的电感位移传感器已无法安装在喷油器内，且容易受到喷油器自身磁路的影响，已无法满足测量的要求；基于激光传感器的阀针升程非接触式测量方法，此方法需要在喷油器体打孔，并引入激光位移传感器，操作相对复杂，成本较高；基于在喷油器电路中引入取样电阻，并向喷油器发出一系列加压指令，反复验算对比，确定开启响应时刻的方法同样破坏了原始喷油器的正常条件，且操作复杂，需要针对每个喷油器单独改造，不具备通用性，且不能确定阀针开启过程，误差较大。另一方面，这些方法只能在实验台架上完成测试，不能在发动机正常工作中实时监测反馈。
因此，在不破坏喷油器结构的情况下，提供一种简便、快捷的缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统具有借鉴意义。
发明内容：
本实用新型所要解决的技术问题是在不破坏喷油器结构的情况下，提供一种简便、快捷的GDI喷油器高速电磁阀响应监测系统及测量方法。
本实用新型的技术方案如下：
缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，包括：燃油供给系统3、喷油器1、喷油控制器6；还包括：
喷油器电流测量装置5；喷油器入口压力测量装置2；
数据采集卡4，与喷油器电流测量装置测量的电流大小、车用ECU单元传来的脉宽信号信息以及喷油器入口压力大小；
同步控制器7，与车用ECU单元、数据采集卡相连，确保燃油喷射和数据采集同步触发；
电流信号处理装置9，数据存储装置8。
作为优选方案之一，所述喷油器电流测量装置为霍尔电流传感器；作为优选方案之二，所述喷油控制器为车用ECU单元。
在上述测量系统上实现的缸内直喷喷油器动态响应时间测量方法，包括以下步骤：
准备工作：调整燃油供给系统，使供油压力稳定到所需的喷油压力；设定喷油器控制器的喷油参数，试喷，排空燃油供给系统和喷油器之间管道和喷油器内的空气，使喷油器进入正常工作预备状态；打开电流测量系统，使喷油器供电线路中的一根线路穿过电流测量系统；
测量过程：启动喷油器，电流测量装置测量喷油器工作过程中经过喷油器的电流大小并传送给数据存储装置；电流数据处理装置对测得的电流大小进行微分处理获得电流变化率并传给数据数据存储装置；与此同时，打开喷油器入口压力测量装置，测量喷油器工作过程中喷油器入口的压力变化，并传送给数据存储装置；
数据分析：获得tA、tD时刻，tA为电流开始增长到最大过程中，电流变化率最大的时间点，tD为喷油脉宽结束后电流曲线上对应的凸起。其中tA与喷油脉宽开始点之间的时间间隔为GDI喷油器开启响应延迟，tD与喷油脉宽结束点之间的时间间隔为GDI喷油器关闭响应延迟。在压力曲线图上，a点为压力线性下降的始点，b点为压力线性下降的终点，c点为压力线性上升的始点，d点为压力线性下降的终点，ab段对应的时间为针阀打开过程对应的时间，bc段对应的时间为针阀完全开启对应的时间，cd段对应的时间为针阀关闭过程对应的时间。
本实用新型的优点和积极效果是：
(一)本实用新型提出的测试系统和方法，不需要对原始喷油器物理结构、驱动电路等进行任何改造，保证喷油器工作在原始状态，不引入外部干扰，测量结果真实可靠。
(二)在实施方式中推荐的实施例中，利用高速摄像机同步拍摄喷雾过程，通过对比分析喷油器喷雾开始和关闭瞬间电流信号的特征变化以及喷油器入口压力的同步比对，印证了该测量系统与方法的可靠性。
(三)本测试系统和测试方法可综合考虑实时的喷油脉冲电压、燃油压力、燃油性质以及喷油器老化等问题，为精确控制喷油时刻、喷油量和控制策略优化提供理论支持。
附图说明:
图1是本实用新型实施例的缸内直喷喷油器针阀响应时间测量系统功能框图；1代表喷油器，2代表喷油器入口压力测量装置，3代表燃油供给系统，4代表数据采集卡，5代表喷油器电流测量装置，6代表喷油控制器，7代表同步控制器，8代表数据存储装置，9代表电流信号处理装置，10代表高速摄影系统。
图2是本实用新型实施例的喷嘴工作过程中，喷嘴控制器对喷嘴施加的脉宽信号和在此过程中电流测量系统测量到通过喷油器电磁线圈的电流大小曲线。
图3是图2中电流曲线从起点到最高点阶段的微分曲线。
图4是本实用新型一个实施方式的喷嘴工作过程中，电流测量系统测量到通过喷油器电磁线圈的电流大小曲线和对应的喷油器入口压力变化曲线。
具体实施方式：
为详细说明本实用新型的技术内容、结构特征、所实现目的及效果，结合实施方式并配合附图给予详细说明。下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细说明。
缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，包括：燃油供给系统3、喷油器1、喷油控制器6；还包括：
喷油器电流测量装置5；喷油器入口压力测量装置2；数据采集卡4，与喷油器电流测量装置测量的电流大小、车用ECU单元传来的脉宽信号信息以及喷油器入口压力大小；同步控制器7，与车用ECU单元、数据采集卡相连，确保燃油喷射和数据采集同步触发；电流信号处理装置9，数据存储装置8。
所述喷油控制器优选车用ECU单元；所述喷油器电流测量装置优选霍尔电流传感器；所述的数据采集卡采集霍尔电流传感器测量的电流大小、车用ECU单元传来的脉宽信号信息以及喷油器入口压力大小；所述的同步控制器，与车用ECU单元、数据采集卡相连，确保燃油喷射和数据采集同步触发。
为了验证本系统的有效性，额外附加了：高速摄影系统10，对喷油器的喷射液体状态进行拍摄，通过同步控制器，确保其与车用ECU单元、数据采集卡同步触发。
在上述测量系统上实现的缸内直喷喷油器动态响应时间测量方法，包括以下步骤：
准备工作：调整燃油供给系统，使供油压力稳定到所需的喷油压力；设定喷油器控制器适当的喷油参数，试喷，排空燃油供给系统和喷油器之间管道和喷油器内的空气，使喷油器进入正常工作预备状态；打开电流测量系统，使GDI电磁喷油器供电线路中的一根穿过电流测量系统；打开喷油器入口压力测量装置；设置高速摄像机合适的拍摄帧速以及合适的图像分辨率，对焦喷油器喷嘴位置；设置数据采集卡的采样频率和高速摄像机采集频率保持一致；在车用ECU单元中设置目标脉宽和喷油频率。
过程：启动喷油器，霍尔电流传感器测量喷油器工作过程中经过喷油器的电流大小并传送给数据采集卡，车用ECU单元也把喷油脉宽信号传送给数据采集卡，数据采集卡再将数据传送给存储装置；同时，高速也将数据传送给存储装置。电流信号处理装置将对采集到电流曲线进行分段识别，并经行微分处理，并把处理的结果传送给存储装置。
数据分析：获得tA、tD时刻，tA为电流开始增长到最大过程中，电流变化率最大的时间点，tD为喷油脉宽结束后电流曲线上对应的凸起。其中tA与喷油脉宽开始点之间的时间间隔为GDI喷油器开启响应延迟，tD与喷油脉宽结束点之间的时间间隔为GDI喷油器关闭响应延迟。在压力曲线图上，a点为压力线性下降的始点，b点为压力线性下降的终点，c点为压力线性上升的始点，d点为压力线性下降的终点，ab段对应的时间为针阀打开过程对应的时间，bc段对应的时间为针阀完全开启对应的时间，cd段对应的时间为针阀关闭过程对应的时间。
通过调取tA、tD时刻对应的高速摄影机图像，当脉宽控制电压加载后，电流开始增长到最大过程中，电流变化率最大的时间点tA，GDI喷油器开始打开，喷油脉宽结束后电流曲线上对应的凸起位置TD,GDI喷油器关闭。
通过高速摄像机的实际拍摄，A、D两个位置分别为同步高速摄像同步拍摄到的喷雾开始和关闭瞬间的对应电流曲线位置；A、D两个位置喷油器的喷雾图像有明显的差别；很好地印证了本实用新型技术方案的有效性。
本实用新型并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本实用新型涉及的技术方案。基于本实用新型启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本实用新型的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本实用新型的最佳实施方法,以使得本领域的普通技术人员能够应用本实用新型的多种实施方式以及多种替代方式来达到本实用新型的目的。
Claims (3)
1.缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，包括：燃油供给系统(3)、喷油器(1)、喷油控制器(6)；其特征在于，还包括：
喷油器电流测量装置(5)；喷油器入口压力测量装置(2)；
数据采集卡(4)，与喷油器电流测量装置测量的电流大小、车用ECU单元传来的脉宽信号信息以及喷油器入口压力大小；
同步控制器(7)，与车用ECU单元、数据采集卡相连，确保燃油喷射和数据采集同步触发；
电流信号处理装置(9)，数据存储装置(8)。
2.根据权利要求1所述缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，其特征在于，所述喷油器电流测量装置为霍尔电流传感器。
3.根据权利要求1所述缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统，其特征在于，所述喷油控制器为车用ECU单元。
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| CN104806409A (zh) * | 2015-03-27 | 2015-07-29 | 天津大学 | 缸内直喷喷油器动态响应时间测量系统及方法 |
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