一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法。本發(fā)明提供一種簡便、快捷的噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法。測量系統(tǒng)包括:燃油供給系統(tǒng)(11)、噴油器(21)、噴油控制器(14);還包括:噴油器電流測量裝置(15),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(13)。本發(fā)明提出的測試系統(tǒng)和方法,不需要對(duì)原始噴油器物理結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路等進(jìn)行任何改造,保證噴油器工作在原始狀態(tài),不引入外部干擾,測量結(jié)果真實(shí)可靠。
【專利說明】一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種電磁噴油器,具體來說涉及一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]電磁噴油器是燃油噴射系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,其作用是接收控制器發(fā)出的噴油信號(hào)來精確計(jì)量燃油并形成噴霧,以達(dá)到日益嚴(yán)格的排放法規(guī)和降低CO2排放的的要求。
[0003]通常,電磁噴油器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示,主要由電磁線圈1、噴油器殼體2、銜鐵
3、針閥4、彈簧5、噴孔6、擋塊7、接線柱8、軛鐵9等幾部分組成。噴油器頭部的針閥與銜鐵連為一體,針閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和銜鐵保持一致。當(dāng)噴油器電磁線圈接收到噴油器脈沖電壓后,產(chǎn)生電磁力,銜鐵被吸起,針閥打開,燃油通過噴孔噴出。當(dāng)噴油脈沖終止時(shí),電磁力逐漸變小,針閥在彈簧作用下,返回閥座,噴油結(jié)束,電磁噴油器完成一次噴油是電路系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。針閥在開啟和落座的過程中,噴油器流量呈明顯的非線性,因此針閥響應(yīng)時(shí)間制約著噴油量和噴油規(guī)律的精確控制,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的改進(jìn)以及數(shù)值模擬計(jì)算準(zhǔn)確性的提高具有重大意義。
[0004]在噴油器實(shí)際工作過程中,脈沖控制電壓、燃油噴射壓力、燃油電導(dǎo)率等均在一定程度上決定了噴油開啟和關(guān)閉時(shí)間。另外,噴油器在發(fā)動(dòng)機(jī)上長時(shí)間工作后,噴油器線圈阻抗、彈簧的彈性系數(shù)、系統(tǒng)摩擦等均會(huì)發(fā)生變化,針閥響應(yīng)時(shí)間也會(huì)隨之發(fā)生變化,因此方便快捷的找到噴油的開啟、關(guān)閉時(shí)間,對(duì)控制精確噴油和合理組織燃燒具有重要意義。
[0005]因?yàn)殡姶啪€圈自身電抗作用,其蓄能和釋能均需要一個(gè)過程,所以在實(shí)際噴油器工作過程中,針閥開啟的確切時(shí)間點(diǎn)不同于噴油器電磁閥接收到脈沖電壓信號(hào)的時(shí)間點(diǎn),而存在一定的滯后;同理,針閥的關(guān)閉時(shí)刻通常也晚于脈沖電壓信號(hào)結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。而噴油器的開啟響應(yīng)時(shí)間是指噴油器控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)上升到噴油器針閥離開閥座所需的時(shí)間;噴油器的關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間是指噴油器控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)結(jié)束下降到噴油器針閥完全關(guān)閉所需的時(shí)間,它們是評(píng)價(jià)噴油器響應(yīng)特性的重要參數(shù)之一。根據(jù)噴油器的針閥響應(yīng)時(shí)間可以更好地制定噴油器噴油的控制策略,更好地控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況。但是,在現(xiàn)有的技術(shù)研究中,存在以下不足:
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)的噴油器響應(yīng)時(shí)間的測量裝置及測量方法中,通常在噴油器中設(shè)置針閥升程傳感器,檢測針閥的移動(dòng),這種方法對(duì)噴油器改造較大,且改變了針閥部件原有的結(jié)構(gòu),檢測精度不高,另外電磁噴油器空間布置日益緊湊,傳統(tǒng)式的電感位移傳感器已無法安裝在噴油器內(nèi),且容易受到噴油器自身磁路的影響,已無法滿足測量的要求;基于激光傳感器的針閥升程非接觸式測量方法,此方法需要在噴油器體打孔,并引入激光位移傳感器,操作相對(duì)復(fù)雜,成本較高;基于在噴油器電路中引入取樣電阻,并向噴油器發(fā)出一系列加壓指令,反復(fù)驗(yàn)算對(duì)比,確定開啟響應(yīng)時(shí)刻的方法同樣破壞了原始噴油器的正常條件,且操作復(fù)雜,需要針對(duì)每個(gè)噴油器單獨(dú)改造,不具備通用性,且不能確定針閥開啟過程,誤差較大。
[0007]因此,在保證噴油器原生態(tài)地正常工作,且無需對(duì)噴油器進(jìn)行任何改造的前提下,設(shè)計(jì)一套電磁噴油器針閥開啟及落座滯后時(shí)間的測試系統(tǒng)和測試方法,這對(duì)于實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)控制電磁噴油器噴油具有借鑒意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在不破壞噴油器結(jié)構(gòu)的情況下,提供一種簡便、快捷的噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)及測量方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng),包括:燃油供給系統(tǒng)11、噴油器21、噴油控制器14 ;還包括:噴油器電流測量裝置15,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置13。
[0011]所述噴油器電流測量裝置優(yōu)選霍爾電流傳感器;所述噴油控制器優(yōu)選車用ECU單
J Li ο
[0012]在上述測量系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量方法,包括以下步驟:
[0013]準(zhǔn)備工作:調(diào)整燃油供給系統(tǒng),使供油壓力穩(wěn)定到所需的噴油壓力;設(shè)定噴油器控制器的噴油參數(shù),試噴,排空燃油供給系統(tǒng)和噴油器之間管道和噴油器內(nèi)的空氣,使噴油器進(jìn)入正常工作預(yù)備狀態(tài);打開電流測量系統(tǒng),使噴油器供電線路中的一根線路穿過電流測量系統(tǒng);在噴油器控制器中設(shè)置目標(biāo)脈寬和噴油頻率;
[0014]測量過程:啟動(dòng)噴油器,電流測量裝置測量噴油器工作過程中經(jīng)過噴油器的電流大小并傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置;
[0015]數(shù)據(jù)分析:獲得tA、tB、tc、tD、tE、tF時(shí)刻,tA為電流開始增長對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tB為自tA時(shí)刻電流連續(xù)增長到第一個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),t。為自tB時(shí)刻電流連續(xù)下降到第一個(gè)極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tD為自t。時(shí)刻電流連續(xù)增長到第二極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tE為自tD時(shí)刻電流連續(xù)下降到第二極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tF為自tE時(shí)刻電流連續(xù)增長到第三極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn);AB段代表針閥自施加電壓但仍處于靜止的階段,BC段代表針閥開始運(yùn)動(dòng)到完全開啟的時(shí)段,CD段代表有電壓且針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,DE段代表無電壓但針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,EF段代表無電壓且針閥開始閉合到完全閉合的時(shí)段。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0017](一 )本發(fā)明提出的測試系統(tǒng)和方法,不需要對(duì)原始噴油器物理結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路等進(jìn)行任何改造,保證噴油器工作在原始狀態(tài),不引入外部干擾,測量結(jié)果真實(shí)可靠。
[0018]( 二)在實(shí)施方式中推薦的實(shí)施例中,利用高速攝像機(jī)同步拍攝噴霧過程,通過影像和電流信號(hào)的同步比對(duì),印證了該測量系統(tǒng)與方法的可靠性。
[0019](三)本測試系統(tǒng)和測試方法可綜合考慮實(shí)時(shí)的噴油脈沖電壓、燃油壓力、燃油性質(zhì)以及噴油器老化等問題,得出某一狀態(tài)下噴油器的具體響應(yīng)特性,為評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油器的開啟、關(guān)閉響應(yīng)時(shí)間參數(shù)并為發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元精確噴油提供依據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0020]圖1是噴油器的基本物理結(jié)構(gòu)剖面圖;圖中,I代表電磁線圈,2代表噴油器殼體,3代表銜鐵,4代表針閥,5代表彈簧,6代表噴孔,7代表擋塊,8代表接線柱,9代表軛鐵。
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施方式中推薦的實(shí)施例的噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng)功能框圖;圖中,11代表燃油供給系統(tǒng),12代表高速攝像機(jī),13代表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置,14代表噴油控制器,15代表噴油器電流測量裝置,16代表數(shù)據(jù)采集卡,21代表噴油器。
[0022]圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的噴嘴工作過程中,噴嘴控制器對(duì)噴嘴施加的脈沖控制電壓信號(hào)和在此過程中電流測量系統(tǒng)測量到通過噴油器電磁線圈的電流大小曲線;圖中,上部曲線代表脈沖控制電壓,下部曲線代表線圈電流,橫坐標(biāo)代表時(shí)間。
[0023]圖4是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器針閥未打開狀態(tài)的示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器針閥開啟狀態(tài)的示意圖,對(duì)應(yīng)于圖3中tB時(shí)刻噴油器針閥狀態(tài)示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器針閥開啟過程狀態(tài)的示意圖。
[0026]圖7是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器針閥完全開啟狀態(tài)的示意圖,對(duì)應(yīng)于圖3中t。時(shí)刻噴油器針閥狀態(tài)示意圖。
[0027]圖8是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器噴出的液體在針閥開始關(guān)閉時(shí)刻的狀態(tài)的不意圖,對(duì)應(yīng)于圖3中tE時(shí)刻噴油器噴出的液體狀態(tài)不意圖。
[0028]圖9是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器噴出的液體在針閥關(guān)閉過程中的狀態(tài)的示意圖。
[0029]圖10是本發(fā)明推薦實(shí)施例中,高速攝像機(jī)拍攝到的噴油器噴出的液體在針閥完全關(guān)閉時(shí)刻的狀態(tài)的示意圖,對(duì)應(yīng)于圖3中tF時(shí)刻噴油器噴出的液體狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0030]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果,結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖給予詳細(xì)說明。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031]一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng),包括:燃油供給系統(tǒng)11、噴油器21、噴油控制器14 ;還包括:噴油器電流測量裝置15,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置13 ;所述噴油器電流測量裝置為霍爾電流傳感器;所述噴油控制器為車用ECU單元。
[0032]為了驗(yàn)證本系統(tǒng)的有效性,額外附加了:高速攝像機(jī)12,對(duì)噴油器的噴射液體狀態(tài)進(jìn)行拍攝;數(shù)據(jù)采集卡16,采集霍爾電流傳感器測量的電流大小和車用ECU單元傳來的脈寬信號(hào)信息;同步控制器,與高速攝像機(jī)、車用ECU單元、數(shù)據(jù)采集卡相連,確保三者同步觸發(fā)。
[0033]在上述測量系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量方法,包括以下步驟:
[0034]準(zhǔn)備工作:調(diào)整燃油供給系統(tǒng),使供油壓力穩(wěn)定到所需的噴油壓力;設(shè)定噴油器控制器的噴油參數(shù),試噴,排空燃油供給系統(tǒng)和噴油器之間管道和噴油器內(nèi)的空氣,使噴油器進(jìn)入正常工作預(yù)備狀態(tài);打開電流測量系統(tǒng),使噴油器供電線路中的一根線路穿過電流測量系統(tǒng);設(shè)置高速攝像機(jī)合適的拍攝幀速以及合適的圖像分辨率,對(duì)焦噴油器噴嘴位置;設(shè)置數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率和高速攝像機(jī)采集頻率保持一致;在車用ECU單元中設(shè)置目標(biāo)脈寬和噴油頻率。
[0035]過程:啟動(dòng)噴油器,霍爾電流傳感器測量噴油器工作過程中經(jīng)過噴油器的電流大小并傳送給數(shù)據(jù)采集卡,車用ECU單元也把噴油脈寬信號(hào)傳送給數(shù)據(jù)采集卡,數(shù)據(jù)采集卡再將數(shù)據(jù)傳送給存儲(chǔ)裝置;同時(shí),高速也將數(shù)據(jù)傳送給存儲(chǔ)裝置。[0036]數(shù)據(jù)分析:獲得tA、tB、tc、tD、tE、tF時(shí)刻,tA為電流開始增長對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tB為自tA時(shí)刻電流連續(xù)增長到第一個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),t。為自tB時(shí)刻電流連續(xù)下降到第一個(gè)極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tD為自t。時(shí)刻電流連續(xù)增長到第二極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tE為自tD時(shí)刻電流連續(xù)下降到第二極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tF為自tE時(shí)刻電流連續(xù)增長到第三極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn);AB段代表針閥自施加電壓但仍處于靜止的階段,BC段代表針閥開始運(yùn)動(dòng)到完全開啟的時(shí)段,CD段代表有電壓且針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,DE段代表無電壓但針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,EF段代表無電壓且針閥開始閉合到完全閉合的時(shí)段。
[0037]通過調(diào)取tA、tB、tc、tD、tE、tF時(shí)刻對(duì)應(yīng)的高速攝影機(jī)圖像,當(dāng)脈寬控制電壓加載后,
[0038]靜止階段,即tA_tB時(shí)間段,針閥線圈電流逐漸變大,電磁吸力逐漸變大,此階段電磁吸力不足以驅(qū)使針閥運(yùn)動(dòng),針閥保持靜止?fàn)顟B(tài);在B點(diǎn)時(shí),電磁吸力與彈簧預(yù)緊力、壓力、針閥重力之和相等,針閥開始運(yùn)動(dòng),A點(diǎn)與B點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度稱之為針閥開啟延遲時(shí)間,以U1表示。
[0039]開啟階段,即tB_t。時(shí)間段,針閥開啟過程中,工作氣隙減小,銜鐵伸入線圈長度增加,線圈電感增大,電磁吸力轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)吸力,線圈耗能,電流變小,在C點(diǎn)時(shí),針閥完全打開點(diǎn)與C點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的時(shí)間長度稱之為針閥開啟過程的時(shí)間,以U2表示,與U2之和稱之為針閥完全開啟延遲時(shí)間
[0040]保持階段,即tc_tE時(shí)間段,電磁吸力足以保持針閥在最大升程位置,針閥保持全開位置時(shí)間段,在當(dāng)前控制電壓下,鐵芯蓄能逐漸增大,并趨于飽和^tD-tE時(shí)間段,控制脈寬結(jié)束,控制電壓變?yōu)榱?,鐵芯的儲(chǔ)能也一步步被消耗,到達(dá)E點(diǎn)時(shí),電磁吸力不足以保持針閥靜止?fàn)顟B(tài),針閥開始回位;從控制脈寬結(jié)束到針閥開始回位這段時(shí)間,稱之為針閥關(guān)閉延遲,以tedl表示。
[0041]關(guān)閉階段,即tE_tF時(shí)間段,針閥開始回位,磁路中磁通變小,線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,阻礙線圈電流進(jìn)一步變小,因自感電動(dòng)勢作用,線圈中電流有回升趨勢,F(xiàn)點(diǎn)時(shí),針閥完全關(guān)閉,噴油結(jié)束。針閥關(guān)閉過程的時(shí)間以表示,&(11與億(12之和稱之為針閥完全關(guān)閉延遲時(shí)間tcd。
[0042]從圖4中可以看到,噴油器針閥在未打開狀態(tài)下,噴孔中部無任何液體;從圖5中可以看到,在開啟點(diǎn)tB時(shí)刻,噴油器針閥打開后,噴孔中間有圓柱形液體噴出;從圖6中可以看到,隨著針閥升程逐漸開大變大,液體圓柱的直徑逐漸增大;從圖7中可以看到,在完全開啟點(diǎn)t。時(shí)刻,液體圓柱的直徑增加到最大,并保持一段時(shí)間。
[0043]從圖8中可以看到,在開始關(guān)閉點(diǎn)tE時(shí)刻,噴出的液體仍然與噴孔相連;從圖9中可以看到,在關(guān)閉過程中,由于液體失去后續(xù)推力降低,貫穿距開始變短;從圖10中可以看到,在完全關(guān)閉點(diǎn)tF時(shí)刻,噴出的液體與噴孔已經(jīng)斷開。
[0044]圖4-圖10,通過高速攝像機(jī)的實(shí)際拍攝,很好地印證了本發(fā)明技術(shù)方案的有效性。
[0045]本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對(duì)【具體實(shí)施方式】的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案?;诒景l(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的【具體實(shí)施方式】用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法,以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng),包括:燃油供給系統(tǒng)(11)、噴油器(21)、噴油控制器(14);其特征在于,還包括:噴油器電流測量裝置(15),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng),其特征在于,所述噴油器電流測量裝置為霍爾電流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量系統(tǒng),其特征在于,所述噴油控制器為車用E⑶單元。
4.在權(quán)利要求1所述測量系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的一種噴油器針閥響應(yīng)時(shí)間測量方法,其特征在于,包括以下步驟: 準(zhǔn)備工作:調(diào)整燃油供給系統(tǒng),使供油壓力穩(wěn)定到所需的噴油壓力;設(shè)定噴油器控制器的噴油參數(shù),試噴,排空燃油供給系統(tǒng)和噴油器之間管道和噴油器內(nèi)的空氣,使噴油器進(jìn)入正常工作預(yù)備狀態(tài);打開電流測量系統(tǒng),使噴油器供電線路中的一根線路穿過電流測量系統(tǒng);在噴油器控制器中設(shè)置目標(biāo)脈寬和噴油頻率; 測量過程:啟動(dòng)噴油器,電流測量裝置測量噴油器工作過程中經(jīng)過噴油器的電流大小并傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置; 數(shù)據(jù)分析:獲得V V tc、tD、tE、tF時(shí)刻,tA為電流開始增長對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tB為自tA時(shí)刻電流連續(xù)增長到第一個(gè)極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),t。為自tB時(shí)刻電流連續(xù)下降到第一個(gè)極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tD為自t。時(shí)刻電流連續(xù)增長到第二極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tE為自tD時(shí)刻電流連續(xù)下降到第二極小值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn),tF為自tE時(shí)刻電流連續(xù)增長到第三極大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn);AB段代表針閥自施加電壓但仍處于靜止的階段,BC段代表針閥開始運(yùn)動(dòng)到完全開啟的時(shí)段,CD段代表有電壓且針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,DE段代表無電壓但針閥處于完全開啟狀態(tài)的時(shí)段,EF段代表無電壓且針閥開始閉合到完全閉合的時(shí)段。
【文檔編號(hào)】F02M65/00GK103994006SQ201410265198
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】姚春德, 銀增輝, 陳志方, 耿培林, 竇站成 申請(qǐng)人:天津大學(xué)