柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)噴油量和噴油規(guī)律測(cè)量方法概述

1、第36卷第2期拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車Vol . 36No . 22009年4月Tract or &Far m Trans porter Ap r . , 2009柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)噴油量和噴油規(guī)律測(cè)量方法概述張彬, 劉建新, 杜慧勇, 王站成(河南科技大學(xué)車輛與動(dòng)力工程學(xué)院, 河南洛陽(yáng)471003摘要:對(duì)目前幾種常用的測(cè)量柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)噴油量和噴油規(guī)律的方法、原理和裝置進(jìn)行了介紹與分析。關(guān)鍵詞:柴油機(jī); 高壓共軌; 噴油規(guī)律; 噴油量中圖分類號(hào):TK421+.42; U464. 136文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-0006(2009 02-0006-02Su mmar i ze

2、of M ea surem en t of Fuel I n jecti on Quan tity andFuel D eli very Law for H i gh 2pressure Co mm on Ra il I n jecti on SystemZHAN G B in, L IU J ian 2xin, DU Hui 2yong, WAN G Zhan 2cheng(Vehicle &Motive Power Engineering College, Henan University of Science &Technol ogy, Luoyang China Ab

3、s tra c t:Several methods and theories and equi pments f or in commonuse, are analysed and evaluated in this paper .p delivery la w; Fuel injecti on quantity Key wo rd s:D iesel engine; H igh 2, 機(jī)上。、歐排放法規(guī)的逐步實(shí)施, 來(lái)越廣泛的應(yīng)用。高壓共軌噴油方式可以在高噴射壓力下進(jìn)行并形成由預(yù)噴射、主噴射和后噴射等組成的多段噴射。預(yù)噴射可縮短主噴射的著火延遲時(shí)間, 能減少燃燒噪音和NO x 的排放量。預(yù)噴

4、射量對(duì)柴油機(jī)NO x 排放及燃油消耗有重要影響1。燃油消耗隨預(yù)噴射量的增加呈上升趨勢(shì), 但不存在線性關(guān)系。而對(duì)于NO x 排放, 當(dāng)預(yù)噴射量由少增多時(shí), NO x 的排放是先減少然后又升高, 即對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)工況存在一個(gè)最佳預(yù)噴射量。柴油機(jī)燃燒過(guò)程的質(zhì)量在很大程度上取決于噴油規(guī)律2, 根據(jù)柴油機(jī)不同工況選擇不同形式的噴油規(guī)律(先緩后急型和先急后緩型 曲線和噴射策略, 可以在改善柴油機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí), 在降低排放、振動(dòng)和噪聲等之間獲得最佳折中。為使電控高壓共軌噴油系統(tǒng)能提供發(fā)動(dòng)機(jī)所需的噴油量和噴油規(guī)律, 就必須具備相應(yīng)的測(cè)試手段以進(jìn)行每循環(huán)預(yù)噴油量、主噴油量和噴油規(guī)律等參數(shù)的精確測(cè)量,

5、本文就相關(guān)測(cè)量方法與測(cè)試裝置介紹如下。的單次噴油量; 測(cè)量精度較低, 通過(guò)增大測(cè)量容積雖可提高測(cè)量精度, 但會(huì)使工作效率降低; 檢測(cè)電路與燃油之間的玻璃板易受測(cè)量油液污染, 光電流量傳感器容易產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào), 導(dǎo)致測(cè)量設(shè)備不能正常工作; 脈沖式噴油所引起的油面波動(dòng)容易引起測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等。1. 2Ze uch 法其工作原理3是當(dāng)燃油噴入充滿燃油的剛體密封容器內(nèi)時(shí), 利用壓力與噴油量成比例上升的原理測(cè)量噴油量。向容積為V 0的密封容器內(nèi)噴射體積為V 的燃油時(shí), 燃油的體積彈性系數(shù)為k , 容器內(nèi)的壓力上升p 如式(1 所示。p =k V 0(1在測(cè)量預(yù)噴射油量時(shí), 因噴油量相對(duì)于密封剛體容器的容積

6、來(lái)說(shuō)顯得非常小, 所引起的壓力變化就很小, 則容易使壓力傳感器的信噪比過(guò)小, 以致于噪聲淹沒(méi)測(cè)量信號(hào)而無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。為了獲得最大的壓力變化(約為30MPa , 針對(duì)不同噴射量應(yīng)采用不同的剛體容積, 其可分為50, 100, 150和200cm 34種情況, 依次對(duì)應(yīng)的最大噴射量為100, 200, 300和400mm 3/循環(huán)。圖1為日本小野公司生產(chǎn)的FJ -0600A 型噴油量傳感器的工作1噴油量的測(cè)量方法和原理目前柴油機(jī)噴油量的常用測(cè)量方法有容積法、位移法和Zeuch 法。1. 1容積法該法工作原理是將噴出的燃油通過(guò)穩(wěn)壓裝置聚集在一個(gè)有確定容積的容器內(nèi), 通過(guò)測(cè)量充滿該容積所經(jīng)歷的噴油次數(shù)

7、計(jì)算出每循環(huán)的平均噴油量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器結(jié)構(gòu)和檢測(cè)電路簡(jiǎn)單, 電路抗干擾能力強(qiáng), 測(cè)量方便等。其缺點(diǎn)是:只能測(cè)量平均噴油量, 無(wú)法測(cè)取每循環(huán)圖1FJ -0600A 型噴油量傳感器F i g . 1Se n so r f o r FJ -0600A Fue l I n j e c ti o n Q ua n tity收稿日期:2008-01-24; 收修改稿日期:2008-04-02基金項(xiàng)目:河南省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(2006470001 ; 河南省教育廳自然科學(xué)研究項(xiàng)目(2004922034 ; 河南科技大學(xué)科研基金項(xiàng)目(2003ZY05 ; 河南科技大學(xué)科研基金項(xiàng)目(2004ZY0

8、21張彬等:柴油機(jī)高壓共軌系統(tǒng)噴油量和噴油規(guī)律測(cè)量方法概述示意圖4。在噴射量檢測(cè)部分, 除噴油器外, 還裝有在定容容器中測(cè)定噴射時(shí)容器內(nèi)壓力上升的壓電式壓力傳感器、用于測(cè)定燃油溫度的溫度傳感器、為排出所噴射燃油的燃油排出閥。在噴射量檢測(cè)部分的排出閥下游安裝了容積式流量計(jì)(FP-213 , 從而可測(cè)量噴射量的累計(jì)值。比較從噴射量檢測(cè)部分得到的每次噴射量的累計(jì)值和與其對(duì)應(yīng)的流量計(jì)輸出結(jié)果, 可以對(duì)噴射量檢測(cè)部分所得出的噴射量的絕對(duì)值進(jìn)行校正。該方法的特點(diǎn)是:對(duì)剛性體的密封性要求高; 要求高速排出閥具有很高的響應(yīng)能力, 否則將影響下一次噴油量的測(cè)量; 測(cè)量量程大(0300mm 3/升程 ; 高精度的

9、多段噴油量測(cè)量(讀數(shù)值的±0. 5% ;電壓量傳輸給控制儀, 并通過(guò)溫度傳感器傳輸給控制儀的數(shù)據(jù)對(duì)電壓量補(bǔ)償修正后, 予以測(cè)錄。利用其他測(cè)量設(shè)備所測(cè)得的單次噴油量對(duì)修正后的電壓量進(jìn)行標(biāo)定, 從而得到單次噴射的噴油規(guī)律。該方法的特點(diǎn)是:可迅速而準(zhǔn)確的直接測(cè)出單次噴射的噴油規(guī)律波形, 無(wú)須任何計(jì)算, 可將表征噴射過(guò)程的各種參數(shù)與噴油規(guī)律波形同時(shí)測(cè)錄下來(lái), 便于分析比較, 這是其它測(cè)量方法所不及的; 管式噴油規(guī)律儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 成本低廉, 制作方便, 使用可靠; 測(cè)試曲線平滑, 測(cè)量精確; 對(duì)壓力波形的標(biāo)定還需要另外的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行單次噴油量的測(cè)量。2. 2Ze uch 法最高可測(cè)量到10段噴

10、射; 連續(xù)測(cè)量每次噴射(0. 650Hz 。1. 3位移法在Zeuch 法中, 由于非接觸式的位移傳感器具有精度高、良好的微分線性特性等, 可通過(guò)式(1 對(duì)時(shí)間取微分得到式(3 。由式(3 可知, 噴射速率d V /dt 與壓力變化率d p /dt 成正比。V =d t k d t其工作原理是將待測(cè)燃油噴進(jìn)一個(gè)帶有柱塞的缸體內(nèi), 缸體的開閉由一個(gè)電磁閥控制, 缸體中柱塞與一個(gè)高精度的電子位移測(cè)量系統(tǒng)相連。在燃油壓力下柱塞產(chǎn)生移動(dòng), 噴油量通過(guò)測(cè)量柱塞的位移和柱塞的橫截面積從而計(jì)算出來(lái)。柱塞與柱塞套筒之間的滑動(dòng)部分如果泄露會(huì)使測(cè)量精度降低, 若過(guò)度減小滑動(dòng)部分之間的間隙則會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)油膜破裂而使滑

11、動(dòng)部分卡死而不能正常工作。為解決這個(gè)問(wèn)題, 在實(shí)際應(yīng)用中可采用膜片或者膜盒來(lái)代替柱塞。由于膜片或者膜盒的壁厚很薄, 慣性可以做的非常小, 并且不是滑動(dòng)運(yùn)動(dòng), 而是采用彈性變形實(shí)現(xiàn)體積-的轉(zhuǎn)換, 所以內(nèi)部泄露為零。圖2為日本小野公司生產(chǎn)的FJ-圖4, 它采用體積-, 位置。 , (3在式(1 對(duì)時(shí)間取微分時(shí), 數(shù)在一點(diǎn)處的斜率, 感。在實(shí)際測(cè)量中, , 即p 函數(shù)曲線會(huì)產(chǎn), , 導(dǎo)致出, 在進(jìn)行式(1 對(duì)時(shí)間微, p (最小二乘曲線擬合或者三次樣 3位移法在位移法中, 由柱塞速率對(duì)時(shí)間取微分也可得到噴油規(guī)律, 圖3為利用法國(guó)EFS 公司的E M I 2瞬時(shí)噴油量測(cè)量?jī)x5所測(cè)量的噴油規(guī)律曲線示意圖

12、。由圖3可知, 實(shí)測(cè)噴油規(guī)律曲線產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象, 易導(dǎo)致所測(cè)量的數(shù)據(jù)失真。這是由該方法中的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)所引起的。但是對(duì)這種振動(dòng)過(guò)程加以阻尼是不行的, 因?yàn)榇_定燃油噴射過(guò)程噴油規(guī)律和噴油量的先決條件是測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。為了解決由于彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的慣性而使實(shí)際噴油規(guī)律曲線產(chǎn)生振動(dòng)的現(xiàn)象, 應(yīng)采用壁厚很薄、剛性強(qiáng)度大和材質(zhì)輕的空心柱塞, 因?yàn)橹|(zhì)量小, 慣性及振動(dòng)就小 , 對(duì)噴油規(guī)律曲線的測(cè)試影響便小。圖2FJ -030型噴油量傳感器F i g . 2Se n so r f o r FJ -030Fue l I n j e c ti o n Q ua n tity該方法的特點(diǎn)

13、是:柱塞加工精度高, 柱塞與柱塞套筒配合間隙要求高, 即密封性好, 但加工難度大; 測(cè)量精確, 最小可檢測(cè)到0. 6mm 3; 測(cè)量范圍廣, 0600mm 3; 分辨率高, 在測(cè)量范圍為099. 9mm 時(shí), 可達(dá)到0. 02mm /次噴射。33圖3位移法所測(cè)量的噴油規(guī)律曲線示意圖F i g . 3D raw i ng o f Fue lD e li ve ry Law w ith D isp l a cem e n tM e tho d2噴油規(guī)律的測(cè)量方法和原理目前柴油機(jī)噴油規(guī)律的常用測(cè)量方法有以下3種。2. 1Bo sch 長(zhǎng)管法Bosch 長(zhǎng)管法是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多、設(shè)備制作簡(jiǎn)單而又較為

14、精3復(fù)合式(同時(shí)測(cè)量噴油規(guī)律和噴油量 測(cè)量裝置圖46為德國(guó)I A V 公司生產(chǎn)的噴射分析儀的主要測(cè)量部分, 其中測(cè)量噴油規(guī)律部分采用Bosch 長(zhǎng)管法的原理, 測(cè)量噴油量部分(活塞 采用位移法的原理。該噴射分析儀綜合了上述兩方法的優(yōu)點(diǎn), 將兩種檢測(cè)(噴射規(guī)律測(cè)定和噴油量測(cè)定 功能集成在一個(gè)儀器上, 活塞頂部空間充入恒壓氮?dú)庖孕纬杀硥? 用于模擬發(fā)動(dòng)機(jī)的缸內(nèi)壓力。(2確的一種測(cè)量噴油規(guī)律的方法。噴油器噴油進(jìn)入Bosch 細(xì)長(zhǎng)管內(nèi), 噴油速率d V b /dt 與一元壓力波p (t 的關(guān)系為d V =F p (t d t c f該方法的特點(diǎn)如下:體積小、成本低; 在測(cè)量單次噴油量的同時(shí), 可以對(duì)壓

15、力傳感器測(cè)量的壓力波形進(jìn)行標(biāo)定, 得出精確的噴油規(guī)律波形; 兩種檢測(cè)儀整合在同一緊湊的結(jié)構(gòu)中, 環(huán)境溫度變化一致, 可以使得測(cè)量精度進(jìn)一步得到提高; 檢測(cè)精度高, 可達(dá)到±0. 2mg/升程; 最小測(cè)量間隔為30s; 最多可檢測(cè)到每循環(huán)7段噴射; 測(cè)式中, F 為細(xì)長(zhǎng)管截面積; c 為聲速; f 為燃油密度。在測(cè)量過(guò)程中, 式(2 中c, f 和F 的變化量很小, 可以近似為恒量, 即d V b /dt 與p (t 成正比關(guān)系, 通過(guò)單次噴油量來(lái)對(duì)p (t 進(jìn)行標(biāo)定后, 就可以得出噴油規(guī)律。其工作原理是, 被測(cè)噴油系統(tǒng)的噴油率通過(guò)壓力傳感器轉(zhuǎn)換為量范圍為0. 3150mg/升程。(下

16、轉(zhuǎn)第9頁(yè)苑全紅:淺析輪式拖拉機(jī)試車跑道1高附著路面跑道根據(jù)不同功率段輪式拖拉機(jī)加速和制動(dòng)距離, 按試驗(yàn)的最長(zhǎng)最寬線路確定該跑道的長(zhǎng)度和寬度; 該路面技術(shù)要求很高, 路面附著系數(shù)要大于0. 8, 路面結(jié)構(gòu)為:土基壓實(shí)+20c m 石灰土+15cm 二灰碎石+24cm C30水泥混凝土+3cm 磨耗層。各結(jié)構(gòu)層厚度誤差小于3mm, 面層平整度±3mm (3m 直尺檢測(cè) , 表面磨耗層厚度大于3cm, 誤差±5%, 跑道承載能力為單軸20t, 建設(shè)驗(yàn)收3年內(nèi), 跑道地操縱性、舒適性以及外部條件對(duì)輪式拖拉機(jī)的破壞性。路面結(jié)構(gòu)為:土基壓實(shí)+20c m 石灰土+15c m 二灰碎石+2

17、4c m 鋼筋混凝土+鋼纖維混凝土塊(跑道條 (現(xiàn)澆或預(yù)制 。路面參數(shù)為:粗糙振動(dòng)跑道長(zhǎng)35m, 寬2. 4m (左跑道 +0. 3m (排水溝 +2. 4m (右跑道 。跑道條寬度80mm /160mm, 厚度80mm, 相對(duì)于水平基座升高量按農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)和田間作業(yè)機(jī)械駕駛員全身振動(dòng)的測(cè)量(G B /T10910-2004 執(zhí)行; 其材料和施工工藝要求和平滑振動(dòng)跑道相同?；孪萋市∮?. 5%, 跑道任何方向的坡度(除彎道外 不大于0. 5%。以上技術(shù)數(shù)據(jù)表明, 其技術(shù)要求比之汽車試驗(yàn)跑道的要求有4噪聲試驗(yàn)場(chǎng)主要測(cè)量輪式拖拉機(jī)在工作過(guò)程中產(chǎn)生噪聲在一定的距離內(nèi)的大小, 作為檢測(cè)輪式拖拉機(jī)噪

18、聲是否達(dá)標(biāo)的一項(xiàng)依據(jù)。按標(biāo)準(zhǔn)要求, 噪聲試驗(yàn)場(chǎng)中心點(diǎn)方圓50m 范圍內(nèi)無(wú)障礙物及吸聲材料堆場(chǎng)2, 噪聲測(cè)量區(qū)域高于其他路面至少3c m, 否則將會(huì)影響噪聲測(cè)量的準(zhǔn)確性。噪聲試驗(yàn)場(chǎng)分兩部分:一為噪聲試驗(yàn)廣場(chǎng), 其路面結(jié)構(gòu)為:土基壓實(shí)+30c m 石灰土+31cm 二灰碎石+5粗粒式瀝青混凝土+4c m 細(xì)粒式瀝青混凝土; , 其路面結(jié)構(gòu)過(guò)之而無(wú)不及。由于該路面是整個(gè)試驗(yàn)跑道要求最高, 所以其施工難度也最大, 對(duì)材料的選用也最為挑剔; 為保證路面的高附著系數(shù), 在其它基礎(chǔ)層施工完成很好的情況下, 磨耗層的材料選用和施工工藝的重要性也更為突出。磨耗層要采用基性巖或超基性巖細(xì)石做混凝土骨料, 具有很強(qiáng)

19、的抗磨耗性和耐酸堿腐蝕性能, 在施工時(shí), 磨耗層和下面的混凝土層分兩層澆筑, 但兩層之間的澆筑時(shí)間間隔需嚴(yán)格控制, 下層混凝土用振動(dòng)棒+平板振動(dòng)器振密, 磨耗層用平板振動(dòng)器振密, 用鋁合金刮尺刮平, 使兩層間不存在施工縫, 另外在磨耗層初凝后終凝前采用特殊的水涮工藝, 將基性巖骨料露出0. 40. 5mm 。為:土基壓實(shí)+20c m +24c m C30水泥混( , V c 8%, 吸聲系數(shù)a 0. M 0. 4mm 2, 路表各處應(yīng)盡可能均勻。2平滑振動(dòng)跑道, 性、舒適性。+石灰土+15c m 24c m +(跑道條 (現(xiàn)澆或預(yù)制 :100m, 寬2. 4m(左跑道 +0. 3m ( +2.

20、 4m (右跑道 。跑道條寬度80mm /160mm, 厚度80mm, 相對(duì)于水平基座升高量按農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)和(G B /T10910-2004 執(zhí)行; 跑田間作業(yè)機(jī)械駕駛員全身振動(dòng)的測(cè)量主要檢測(cè)輪式拖拉機(jī)在工作過(guò)程中轉(zhuǎn)向時(shí)駕駛員的視野的開闊程度。其路面沒(méi)特殊要求, 為普通路面, 但要按最大試驗(yàn)輪式拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑確定試驗(yàn)場(chǎng)的寬度。路面結(jié)構(gòu)為:土基壓實(shí)+20c m 石灰土+15cm 二灰碎石+24c m C30水泥混凝土。附著系數(shù)不小于0. 7, 其它同高附著路面3。參考文獻(xiàn):1G B /T10910-2004, 農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)和田間作業(yè)機(jī)械駕駛員全身振動(dòng)的道條鋼纖維含量60kg/m3情況下才

21、能滿足拖拉機(jī)對(duì)平滑振動(dòng)跑道的使用要求1。其材料為細(xì)石混凝土骨料, 鋼制跑道條采用預(yù)制安裝工藝, 安裝時(shí)采用座漿+灌縫工藝, 以保證其強(qiáng)度、韌性和穩(wěn)固。測(cè)量S .2G B 1495-2002, 汽車加速行駛車外噪聲的測(cè)量方法S .3CJJ 37-90, 城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范S .(編輯姜洪君3粗糙振動(dòng)跑道主要測(cè)試輪式拖拉機(jī)在較為顛簸的田間、山間作業(yè)時(shí), 拖拉機(jī)的(上接第7頁(yè) 量噴油規(guī)律和噴油量 則綜合了上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn), 在解決噴油量和噴油規(guī)律測(cè)試的兩大問(wèn)題(盡可能小的總測(cè)量誤差和盡可能高的動(dòng)態(tài)性能 方面提出了一種思路, 有著良好的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn):1劉雄, 紀(jì)麗偉. 預(yù)噴射對(duì)柴油機(jī)NO x 排放生成的影響J .現(xiàn)代車用動(dòng)力, 2005(3 :1821.2顧萌君, 唐鵬元. 電控系統(tǒng)噴射特性對(duì)柴油機(jī)性能影響的仿真研究J .中國(guó)科技信息, 2006(6