1、共軌柴油噴射多次噴射速率的測量摘要基于W.Zeuch原理設計的多次噴射儀已得到改進，來滿足共軌柴油多次噴射速率測量精度的標準。一個高精度的壓力傳感器用來測量提前噴射和后噴射的壓力變化大小。與此同時，一個高精度的流量計被安裝在泄油管用于獲得提及模型彈性的一個修正因子。因此它可以實現對于大于40mm3/沖程，精度為±0.2mm3/沖程。前言對于柴油發動機，共軌和電控單元被用于其噴射系統上。共軌噴射系統通過改變驅動條件使得噴射壓力和噴射速率模式的任意改變成為可能。共軌噴射系統中提前噴射的增加對于減少機器噪音和震動是行之有效的辦法，同時還能減少油煙和氮氧化合物的排放。后噴射在主噴射之后被用于

2、將排放氮氧化合物的氧還原。為研究提前噴射和后噴射對于燃料的燃燒和排放的影響，高精度的多次噴射測量裝置是有必要的。然而，提前噴射和后噴射僅是主噴射的20%左右，因此用傳統的基于例如測量活塞和風箱的體積測量法實現與多次噴射量的同步是很困難的。因為傳統的測量法有頻率響應和范圍的限制。為了測量多次噴射量，我們團隊已經研發了一種新的基于W.Zeuch原理的測量系統。并將此系統應用到先前我們團隊研制的噴射儀上。此配置有一個用于測量噴射速率的壓力傳感器的噴射儀在1988年就面向市場了。另外，新的測量系統有兩個壓力傳感器用于測量多次噴射的大范圍壓力。它同樣包括了一個實時計算系統來計算測量參數，這對于將測量的信

3、號轉換為噴射量是有必要的。此精度為±0.5%。這篇文章首次介紹了這種實現方法的原理及系統所包含的硬件和軟件，并且介紹了此方法數據的獲得與分析。同時討論了實時計算系統的應用。下面的測量結果表明了所描述系統的可靠性。測量原理 基于W.Zeuch原理，燃料噴射到一個充滿燃料的固定體積封閉室，如下圖： 隨著燃料的噴入，封閉室的壓力會增加，根據壓力的變化我們可以求出相應的噴射量。假設壓力的增加為p，當V體積的燃料噴入體積為V的封閉室中，根據下面的等式： P=kVV (1)K為燃料的膨脹系數。燃料的噴射速率dV/dt可以用下面的公式計算： dVdt=VkdPdt (2)t為噴射時間。測量系統如圖

4、2所示: 系統包括一個帶有各式傳感器的壓力室、信號放大單元、信號處理單元、數據處理單元、燃料排放驅動、和一個體積流量計。 兩個壓電壓力傳感器p1和p2安裝在壓力室壁上一個用來測量大范圍的壓力，另外一個用來測量小范圍的壓力。傳感器P2是測量小范圍壓力的信號，經放大器2以高于壓力傳感器p1的放大倍數進行放大。這些傳感器測量由于主噴射和后噴射引起的壓力升高。此時，高范圍壓力傳感器也用來測量后噴射的壓力變化。盡管小范圍壓力傳感器在主噴射期間將超出測量范圍，當壓力通過泄壓閥變小來進行新的循環測量之后，它將快速的恢復到正常輸出。因為壓電傳感器當超過最大測量范圍的10倍以內其測量精度不會受到影響。一個半導體

5、壓力傳感器p3，用來測量背壓。一個溫度傳感器T1，用來測量燃料的溫度。同時有一個泄壓閥，燃料排出，以此來維持背壓。傳感器的每個信號轉化為相應的電壓信號并通過放大器放大輸出，信號處理單元將相應的電壓信號通過AD轉換、微分、數字濾波等進行處理。都由DSP（數字信號處理器）進行處理。電壓信號經過DA轉換輸出。測量耗時同樣由信號處理單元控制。數據處理單元用來計算和顯示各數據。泄壓閥驅動單元為泄壓閥提供驅動。驅動時間由信號處理單元給出。同時還有一個體積流量計，FP-213，用來測量從壓力室排出的燃料體積和實時的噴入壓力室的燃料。圖3所示為系統中固定體積壓力室的形狀模型。圖4所示為左邊帶有噴油器，上方帶有

6、泄流裝置的壓力室的外觀。噴油泵和噴嘴的特別之處在表1中給出。 提前噴射的測量如果壓力室的體積相對于噴入的燃料來說太大，會使壓力的變化很小，那樣壓力的信噪比將會使噪聲的影響更大。因此根據噴射量引起的壓力升高來確定壓力室的體積是有必要的。對于每沖程最大噴入100、200、300、400mm3，為了獲得最高的壓力上升（3MPa），其對應的壓力室的體積為50、100、150、和200cm3。即使壓力室的體積是合適的。但是由于提前噴射的噴射量很小，引起的壓力變化也很小。壓力的信噪比由高精度的測量提前噴射小范圍壓力變化的傳感器P1固定。P1必須具有很小的非線性，以及很好的線性關系和較高的精度。由以上原因我

7、們選擇壓電傳感器。噴射量的獲得由壓力的升高即為p，然后根據(1)求的。提前噴射量的獲得由壓力傳感器P1獲得，同時主噴射、后噴射、及總的噴射量由壓力傳感器P2獲得。如圖5所示： 噴射時間的確定噴射速率的獲得由(2)中給出的關系，由壓力和噴射量對時間的微分求的。提前噴射的時間t1，噴射間隔t2，和主噴射的時間t3可以從噴射速率曲線上獲得。要確定噴射的起始時刻，我們需要設置兩個參考電壓Vuh和Vul。如圖6所示。設置參考電壓Vdh和Vdl作為結束時刻。提前噴射的起始時刻的確定如下圖所示。P1點和P2點是噴射速率開始上升時與參考電壓Vuh和Vul交點。經過p1點和p2點與參考線相交的點為提前噴射的起始

8、點。結束時間的確定用上面同樣的方法，那就是，經過p3點和p4點與參考線Vdh和Vdl相交的點為噴射結束時刻。對于主噴射和后噴射，我們用同樣的參考電壓Vuh和Vul，Vdh和Vdl分別作為起始時刻和結束時刻。燃料的提前噴射時間t1和主噴射時間t3，后噴射時間t5，和它們之間的時間間隔t2和t4可以由開始時刻和結束時刻獲得。如圖6所示： 噴射量的實時計算燃料的體積彈性模型與壓力室的壓力和溫度有關，因此有必要根據壓力室的測量的壓力和溫度來修正燃料的體積系數模型。這就需要測量壓力室的背壓和燃料的溫度。我們用一個半導體壓力傳感器測量背壓和一個溫度傳感器測量溫度。這樣我們對于每次噴射進行模型修正。此外，燃

9、料組成的變化將隨著時間導致燃料模型的體積發生微小的變化。因此，僅根據壓力室的壓力和溫度修正系數模型是不完全可靠的。燃料的體積彈性模型由一個安裝在壓力室外面高精度的體積流量計（FP-213 ONO SOKKI 精度為±0.5%）測量噴入量來實時修正。而不是由噴入流量計修正。噴射量精度為±0.5%可以由基于單次噴射的壓力和溫度以及高精度的體積流量計達到。測量的時序表表7表明了測量的時序表。參考時序在由安裝在噴油泵凸輪軸和驅動發電機之間的編碼器產生的信號確定的角度之后產生。提前噴射量可以由壓力的變化曲線得到，由公式(2)進行計算。參考上面的時序到圖6中的P4點。同樣的方法，主噴射

10、量由兩個參考壓力值參考時序到圖6中的P8點。如圖所示，當這些壓力變化都被測量之后泄壓閥打開使得壓力室中的壓力降至背壓。 結果與討論共軌燃油噴射系統的噴射量用一種新型的儀器測得。圖8所示為隨著提前噴射量的時間從0.530ms變化到0.744ms時噴射量和噴射速度的變化波形。這是基于主噴射時間固定為2ms、泵的轉速為500轉/分、噴射壓力為80Mpa。每個泵的平均噴射量為500次。因此我們發現主噴射隨噴提前噴射的噴射時間變化而變化。 圖8 當主噴射時間和噴射間隔固定，不同提前噴射下的噴射速率波形圖9所示為隨著噴射間隔從0.2ms變化到1ms時噴油量和噴射速率的變化波形。這是基于提前噴射時間固定為0

11、.7ms、主噴射時間固定為2ms、每個泵的平均噴射量為500次。結論是提起噴射量將增加當噴射間隔設置在0.4ms左右。主噴射量也隨著噴射間隔的減小而增加。 圖9 當提前噴射和主噴射時間固定不同噴射間隔下噴射速率的波形圖10所示為主噴射時間從900us變化到4000us時，提前噴射量、主噴射量、和總噴射量都發生變化。這是基于泵的轉速為1000轉/分、噴射壓力為120MPa、提前噴射時間固定為0.5ms、噴射間隔為1.0ms。圖10表明了當主噴射時間大于等于1000us時主噴射量隨著噴射時間的增加而增加。當主噴射時間小于1000us時，沒有噴射量。當主噴射時間為4000us時，噴射速率為400mm3/沖程。 圖11所示為一個實時監視界面，此為4缸循環噴射的條形圖，圖示表明了噴射的每個階段各缸是連續的而沒有漏掉的循環。 圖11 4缸循環的多次噴射實時監視界面圖12和圖13所示為在主噴射之后帶有后噴射的多次噴射實例。壓力的升高變化由壓力傳感器P2測量。噴射速率的獲得是對壓力的微分得到。噴射起始點和結束點由前面介紹的圖6介紹的方法判斷。 圖12 主噴射之后帶有微小后噴射的噴射速率波形 圖13 主噴射之后帶有大量后噴射的噴射速率波形結論一種新型的高精度的共軌燃油多次噴射系統已經研發出來。下面是用此儀器得到的實驗結果。1 利用小范圍和大范圍壓力傳感器，主噴射量、提前噴射量、后噴