电控喷油器流量特性测试通讯与参数整定系统设计.docx

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1、第一章绪论汽油机喷油器的喷油特性对汽油机的动力性，经济性，排放性能指标有很大的影响。在电控汽油机中通过单片机对喷油器的各个喷油特性指标测量和控制使喷油器的性能得到更大程度的优化。此设计是通过串口通讯将单片机采集到的各个喷油器参数传送到上位机，上位机通过Labview对所接收的到的数据进行分析处理，达到对喷油器参数和功能的更加精确的控制。近年来，我国的摩托车行业得到了快速发展，我国摩托车产销量跃居世界第一，出口跃居世界第二，摩托车已成为我国最具有全球化特征的机电产品之一，但随着国民环保意识的不断增强和对摩托车排放污染严重性的认识不断提高，以及全球的能源恐慌，各国对摩托车的排放和经济性都提出了更高

2、的要求。近年来，我国的摩托车排放标准如下：2003年1月1日起执行欧I标准；2004年1月1日起新定型的摩托车产品污染物的排放达到相当于欧II排放控制水平；2005年1月1日起新定型的轻便摩托车产品污染物的排放应当达到相当于欧H的排放控制水平；2006年前后我国所有新定型的摩托车产品污染物的排放应达到国际先进排放控制水平；2008年我国将实施等同于针对摩托车欧IH排放标准的第3阶段标准。由此可见，我国的摩托车排放标准加严进程在不断加快，这对我国摩托车行业来讲，将是一个重大的考验。排放问题解决的好坏将直接关系到我国摩托车行业今后的可持续发展。在汽油机普遍采用电控技术，发动机性能普遍得到较大提高的

3、今天，稀薄燃烧技术为汽油机性能的进一步提高提供了广阔的前景。火花点火发动机采用稀薄燃烧技术不仅可以提高其燃油经济性，而且可以改善火花点火发动机对大气的污染。对发动机排放方面，随着空燃比的增加，由于采用稀的混合气使燃烧温度降低，NOx的排放明显减少，同时燃烧产物中的氧成分有利于IIC和C0的氧化，因此,HC和C0的排放也减小，然而，随着空燃比增加到一定程度,由于燃烧速度的降低可能会使燃烧不完全，HC的排放会迅速增加。如果能合理地设计紧凑的燃烧室，并组织好空气运动使燃烧在短时间内完成，那么三种排放都可以大大减少。汽油机的排放问题在汽车方面已得到有效的解决：方案一 采用三效转化器，该方案是目前在汽车

4、领域运用的最成功的方法，可使CO、HC和NOx等排放物减少80%90%.方案二 采用稀燃技术，该方案不仅可以较大幅度的降低汽油机的排放,还可以降低汽油机的油耗，提高其经济性。因此该方案是各研究单位研究和开发的热点。比较上述两方案，第一方案成本过高，不适合摩托车行业；只有采用第二种方案，才能有效的解决目前摩托车行业遇到的困难。实现稀燃技术，需解决的问题很多，实现摩托车汽油机的电控是解决该问题的关键。电控汽油机的内容很多，其中喷油系统就是最重要的内容之一。它必须精确地计量燃油并形成喷雾，当发动机作高速运转时，在个喷油周期内从开启、喷油到回位仅几个毫秒，为了使喷油器在如此短的过程中有足够的喷油量，就

5、要求其具有很高的频响特性1。另外，它的流量特性对汽油机与电控系统的匹配有很大影响。因此，通过建立数学模型研究其喷射过程具有重要实用意义，有助于了解各种参数对喷油器性能的影晌程度.可为喷油器的开发设计和改进提供条新的有效手段。在电喷发动机的电控系统中，电控单元通过控制喷油器的喷油脉宽来控制喷油量，从而适应发动机各种工况的需要。喷油量的精确性将直接影响发动机的动力性、经济性及排放性能等，因此，有必要对喷油器的一个极为重要的特性一一流量特性进行试验和研究。流量特性是指喷油器单次喷油量与喷油脉宽的关系曲线。此软件的设计为这些数值的测量提供了很大的帮助。第二章喷油器流量测试意义及设计2.1 喷油器流量特

6、性测试的意义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。电控喷油器作为电控喷射系统的一个关键部件，其工作特性对汽油机与电喷系统的改善是一个关键部件，其工作特性对汽油机与电喷系统的匹配和燃油的计量精度都有很大的影响。在电喷发动机的电控系统中，电控单元通过调节喷油器的喷油脉宽来控制喷油量，从而适应发动机各种工况的需要。喷油量的精确性将直接影响发动机的动力性，经济性及排放性等。因此，对喷油器喷油量的高精度和高效率测量是喷油器及发动机生产企业重要的质量保证手段。由于每个循环的喷油量和在稳定工况下的平均燃油流量很小，因此需要研制专门的喷油器参数测量控制仪。下面我以喷油脉宽的测量为例说明

7、开发此系统的必要性。喷油器的喷油脉宽由电控单元精确控制，以保证缸内混和气的空燃比符合发动机各工况的要求。喷油器的流量和精度直接影响着发动机的动力性、经济性及排放等。在安装喷油器之前，要对喷油器的流量特性进行标定，以检查所选用的喷油器是否满足流量和精度的要求。喷油器的流量特性，是指喷油器的实际喷油量随喷油脉宽的变化规律，理想喷油器的开关是瞬时的，且在脉宽从零到最大的范围内都能获得线性喷油量。而实际喷油器在喷射脉冲始点（或终点）与喷油器针阀升起（或落座）之间有一定的滞后时间，因此喷油器的流量特性在较小与较大的脉宽段是非线性的。为了保证发动机电控单元能精确地控制喷油量，从而达到精确控制空燃比的目的，

8、喷油器的脉宽与其喷油量必须具有线性关系。在发动机正常工作喷油量范围内，不仅要求流量特性具有较好的线性度，而且其低端也要好，以保证喷油器在低速、小负荷工况下工作稳定，并有足够的流量精度。为此我所设计的软件就是用于此测量系统的测试和控制部分，有上位机和下位机组成。下位机采集喷油器的各种参数，上位机处理，同时上位机将各个控制参数下传到下位机进行控制喷油器各个参数，对于汽油机喷油系统的优化有很大作用，从而控制汽油机整体排放，动力等指标，以达到现在国家的各种排放，动力标准。2.2 喷油器特性参数测试方案设计电控喷油器参数测试是在专门的试验台上进行，试验台上配有一套电控测量系统，能够精确测量出流量等参数，

9、快速处理试验数据。如图37所示，喷油器流量检测试验台主要由燃料供给系统和电控系统组成。油箱电动燃油泵（置于油箱内）燃油滤清器 _燃油压力脉动阻尼器燃油总管1/燃油压力调节阀驱动电路电控喷油器C8051F020单片机图27燃油供给系统框图燃料供给系统主要由燃油箱、燃油泵、燃油滤清器、油压脉动阻尼器、燃油压力调节器、燃油总管、喷油器等组成。燃油从燃油箱中被燃油泵吸出,先由燃油滤清器将杂志滤除后再通过输油管送到各个喷油器。喷油器则根据ECU发出的指令，将燃油喷出。油压调节器的作用是将喷油压力控制在一定范围内，将多余的燃油从调压器经回油管送回油箱。油压脉动阻尼器的作用是为了消除燃油泵泵油是或喷油器喷油

10、时引起的油压脉动，吸收管路中油压波动时的能量，提高喷油精度。一、燃油泵燃油泵的作用是向燃油系统提供足够流量和规定压力的燃油，目前大多数EEI系统广泛采用内置式电动燃油泵。电动燃油泵主要由油泵、永磁电动机、安全阀（卸压阀）、单向阀和外壳等组成电动机通电时即可带动泵体转动，燃油经滤网过滤从吸油口吸入，流经电动燃油泵内部，压开单向阀从出油口流出，向燃油系统供油。同时，燃油流经电动燃油泵的内部，可对永磁电动机的电枢部分进行冷却，故此种燃油泵又称为湿式燃油泵。单向阀的作用是在燃油泵停止工作时防止燃油倒流，并可保持管路残余压力，防止温度高时油路产生气阻现象，影响发动机热起动性能。若喷油泵输出压力达到400

11、ZPa以上时，安全阀会自动打开，高压燃油流回至油泵的进油室，并在油泵和电动机内循环，避免由于油路堵塞、引起管路油压过高而造成管路破裂或燃油泵损坏。二、燃油压力调节阀当EFI系统工作时，喷油器的燃油喷射量与喷油器的喷油压力和喷油器的开启时间有关，因此必须对喷油压力加以限制。否则，同样的通电时间，喷油压力高，则喷油多；喷油压力低，则喷油量少。只有喷油压力一定时，才能使燃油喷射量与喷油器的开启有关。喷油器的喷油压力是指燃油总管绝对压力与进气歧管压力之差。燃油压力调节器的作用是根据进气歧管绝对压力的变化来调节系统油压（燃油总管的绝对压力），使喷油器的喷油压力保持恒定，因此喷油器的燃油喷射量唯一取决于喷

12、油器的开启时间。ECU只须通过控制喷油器的开启时间就可以精确控制喷油器的喷油量。三、电控喷油器电控喷油器的作用是根据ECU发出的喷油脉冲信号，精确计量燃油喷射量，并将燃油喷射后雾化，以形成混合气。喷油器是一种加工精度非常高的精密仪器，对它的工作要求是：动态流量范围大，雾化性能好，抗堵塞能力强。峰值电流到达时间和单次喷油时间是控制喷油器工作的两个重要参数。四、燃油压力脉动阻尼器当电动喷油泵泵油或喷油器喷油的时、在燃油输入管道内会产生燃油压力脉动，因此影响喷油器的喷油精度。通常采用燃油压力脉动阻尼器来减弱燃油总管中的压力脉动波，可有效提高喷油器的喷油精度及降低噪声。五、C5051F单片机1、C80

13、51F系列单片机是美国Silabs公司的产品，把80C51系列单片机从MCU (微控制器)时代推向SOC (片上系统)时代，使得以8051为内核的单片机上了一个新的台阶。C8051F系列单片机与80C51系列单片机的主要相同点是指令系统完全一样。主要进步如下：(1)指令运行速度比一般的80C51系列单片机提高了大约10倍；(2) I/O端口的配置由固定方式，转变为软件设定方式；(3)时钟系统更加完善，有多个时钟源，且时钟振荡器可编程等；(4)可实现通过JTAG接口的在系统调试(5)增加了模数和数模转换模块(6)增加了 SPI、I2C和CAN等串行接口；(7)有多种复位方式；(8)进一步降低了系

14、统功耗。2、C8051F系列单片机的微控制器内核称为CIP-51,它是Intel公司标准8位8051单片机的组织结果和功能的基础上加以改进和提高形成的。CIP-51内核特点：(1)主要功能部件及组成与8051相同；与MCS-51指令完全兼容；(3)时钟频率为025MHz,执行速度一般可达25兆指令/秒；(4)增加了流水线结构，70%指令的执行时间安为1个或2个系统时钟周期；(5)模/数、数字外设有关的SFR移到核外，通过SFR接口与CPU交换信息；(6)中断系统扩展为可处理22个中断源；(7)复位与时钟电路不包括在核内；(8)具有程序和数据存储安全管理功能。由于整体的设计还处在测试阶段，所以此

15、设计采用的是8051作为本系统的测试，实验。第三章喷油器流量特性分析及软件整体设计概况1.1 喷油器流量特性分析电磁喷油器的流量特性是指喷油量与喷油脉冲（电磁线圈通电时间）的变化规律。通常，喷油器的流量特性可用静态流量。，和动态流量学来表示。如图4-2所示：XE、QstQs：静态流量，是指电磁喷油器在规定压力下，使针阀保持在最大升程位置时，在单位时间内的燃油喷射量（cmVmin）;q：动态流量，一个喷油脉冲宽度7；的燃油喷射量（mn?/pluse）；理论上电磁喷油器的动态理论与喷油脉宽之间呈线性关系，但是在实际的动态喷射中，喷油器的脉冲信号和电磁线圈所产生的电磁力及针阀运动三者直接案有一定的滞后时间，造成喷油器的动态理论特性图中其较短的喷油脉宽（略小于开启时间4）或较长的喷油脉宽（接近脉冲周期（）区域内的实际动态理论特性呈非线性。1.2 喷油器测试系统控制参数分析在整个测试系统中，控制的参数有喷油脉宽时间，喷油间隔时间，喷油脉宽增量