一种喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法。本发明提供一种简便、快捷的喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法。测量系统包括：燃油供给系统(11)、喷油器(21)、喷油控制器(14)；还包括：喷油器电流测量装置(15)，数据存储装置(13)。本发明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。
【专利说明】一种喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种电磁喷油器，具体来说涉及一种喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法。
【背景技术】:
[0002]电磁喷油器是燃油喷射系统的关键部件，其作用是接收控制器发出的喷油信号来精确计量燃油并形成喷雾，以达到日益严格的排放法规和降低CO2排放的的要求。
[0003]通常，电磁喷油器的结构简图如图1所示，主要由电磁线圈1、喷油器壳体2、衔铁
3、针阀4、弹簧5、喷孔6、挡块7、接线柱8、轭铁9等几部分组成。喷油器头部的针阀与衔铁连为一体，针阀的运动规律和衔铁保持一致。当喷油器电磁线圈接收到喷油器脉冲电压后，产生电磁力，衔铁被吸起，针阀打开，燃油通过喷孔喷出。当喷油脉冲终止时，电磁力逐渐变小，针阀在弹簧作用下，返回阀座，喷油结束，电磁喷油器完成一次喷油是电路系统、磁路系统、机械运动系统共同作用的结果。针阀在开启和落座的过程中，喷油器流量呈明显的非线性，因此针阀响应时间制约着喷油量和喷油规律的精确控制，对发动机性能的改进以及数值模拟计算准确性的提高具有重大意义。
[0004]在喷油器实际工作过程中，脉冲控制电压、燃油喷射压力、燃油电导率等均在一定程度上决定了喷油开启和关闭时间。另外，喷油器在发动机上长时间工作后，喷油器线圈阻抗、弹簧的弹性系数、系统摩擦等均会发生变化，针阀响应时间也会随之发生变化，因此方便快捷的找到喷油的开启、关闭时间，对控制精确喷油和合理组织燃烧具有重要意义。
[0005]因为电磁线圈自身电抗作用，其蓄能和释能均需要一个过程，所以在实际喷油器工作过程中，针阀开启的确切时间点不同于喷油器电磁阀接收到脉冲电压信号的时间点，而存在一定的滞后；同理，针阀的关闭时刻通常也晚于脉冲电压信号结束时间点。而喷油器的开启响应时间是指喷油器控制系统发出的脉冲信号上升到喷油器针阀离开阀座所需的时间；喷油器的关闭响应时间是指喷油器控制系统发出的脉冲信号结束下降到喷油器针阀完全关闭所需的时间，它们是评价喷油器响应特性的重要参数之一。根据喷油器的针阀响应时间可以更好地制定喷油器喷油的控制策略，更好地控制发动机的工作状况。但是，在现有的技术研究中，存在以下不足:
[0006]在现有技术的喷油器响应时间的测量装置及测量方法中，通常在喷油器中设置针阀升程传感器，检测针阀的移动，这种方法对喷油器改造较大，且改变了针阀部件原有的结构，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；基于激光传感器的针阀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，且不能确定针阀开启过程，误差较大。
[0007]因此，在保证喷油器原生态地正常工作，且无需对喷油器进行任何改造的前提下，设计一套电磁喷油器针阀开启及落座滞后时间的测试系统和测试方法，这对于实时、精准控制电磁喷油器喷油具有借鉴意义。
【发明内容】
:
[0008]本发明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、快捷的喷油器针阀响应时间测量系统及测量方法。
[0009]本发明的技术方案如下:
[0010]一种喷油器针阀响应时间测量系统，包括:燃油供给系统11、喷油器21、喷油控制器14 ;还包括:喷油器电流测量装置15，数据存储装置13。
[0011]所述喷油器电流测量装置优选霍尔电流传感器；所述喷油控制器优选车用ECU单
J Li ο
[0012]在上述测量系统上实现的一种喷油器针阀响应时间测量方法，包括以下步骤:
[0013]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；在喷油器控制器中设置目标脉宽和喷油频率；
[0014]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；
[0015]数据分析:获得tA、tB、tc、tD、tE、tF时刻，tA为电流开始增长对应的时间点，tB为自tA时刻电流连续增长到第一个极大值对应的时间点，t。为自tB时刻电流连续下降到第一个极小值对应的时间点，tD为自t。时刻电流连续增长到第二极大值对应的时间点，tE为自tD时刻电流连续下降到第二极小值对应的时间点，tF为自tE时刻电流连续增长到第三极大值对应的时间点；AB段代表针阀自施加电压但仍处于静止的阶段，BC段代表针阀开始运动到完全开启的时段，CD段代表有电压且针阀处于完全开启状态的时段，DE段代表无电压但针阀处于完全开启状态的时段，EF段代表无电压且针阀开始闭合到完全闭合的时段。
[0016]本发明的优点和积极效果是:
[0017](一 )本发明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。
[0018]( 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，通过影像和电流信号的同步比对，印证了该测量系统与方法的可靠性。
[0019](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，得出某一状态下喷油器的具体响应特性，为评价发动机喷油器的开启、关闭响应时间参数并为发动机电控单元精确喷油提供依据。
【专利附图】
【附图说明】:
[0020]图1是喷油器的基本物理结构剖面图；图中，I代表电磁线圈，2代表喷油器壳体，3代表衔铁，4代表针阀，5代表弹簧，6代表喷孔，7代表挡块，8代表接线柱，9代表轭铁。
[0021]图2是本发明实施方式中推荐的实施例的喷油器针阀响应时间测量系统功能框图；图中，11代表燃油供给系统，12代表高速摄像机，13代表数据存储装置，14代表喷油控制器，15代表喷油器电流测量装置，16代表数据采集卡，21代表喷油器。
[0022]图3是本发明一个实施方式的喷嘴工作过程中，喷嘴控制器对喷嘴施加的脉冲控制电压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；图中，上部曲线代表脉冲控制电压，下部曲线代表线圈电流，横坐标代表时间。
[0023]图4是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器针阀未打开状态的示意图。
[0024]图5是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器针阀开启状态的示意图，对应于图3中tB时刻喷油器针阀状态示意图。
[0025]图6是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器针阀开启过程状态的示意图。
[0026]图7是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器针阀完全开启状态的示意图，对应于图3中t。时刻喷油器针阀状态示意图。
[0027]图8是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器喷出的液体在针阀开始关闭时刻的状态的不意图，对应于图3中tE时刻喷油器喷出的液体状态不意图。
[0028]图9是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器喷出的液体在针阀关闭过程中的状态的示意图。
[0029]图10是本发明推荐实施例中，高速摄像机拍摄到的喷油器喷出的液体在针阀完全关闭时刻的状态的示意图，对应于图3中tF时刻喷油器喷出的液体状态示意图。
【具体实施方式】:
[0030]为详细说明本发明的技术内容、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发明做进一步详细说明。
[0031]一种喷油器针阀响应时间测量系统，包括:燃油供给系统11、喷油器21、喷油控制器14 ;还包括:喷油器电流测量装置15，数据存储装置13 ;所述喷油器电流测量装置为霍尔电流传感器；所述喷油控制器为车用ECU单元。
[0032]为了验证本系统的有效性，额外附加了:高速摄像机12，对喷油器的喷射液体状态进行拍摄；数据采集卡16，采集霍尔电流传感器测量的电流大小和车用ECU单元传来的脉宽信号信息；同步控制器，与高速摄像机、车用ECU单元、数据采集卡相连，确保三者同步触发。
[0033]在上述测量系统上实现的一种喷油器针阀响应时间测量方法，包括以下步骤:
[0034]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；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。
[0035]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。[0036]数据分析:获得tA、tB、tc、tD、tE、tF时刻，tA为电流开始增长对应的时间点，tB为自tA时刻电流连续增长到第一个极大值对应的时间点，t。为自tB时刻电流连续下降到第一个极小值对应的时间点，tD为自t。时刻电流连续增长到第二极大值对应的时间点，tE为自tD时刻电流连续下降到第二极小值对应的时间点，tF为自tE时刻电流连续增长到第三极大值对应的时间点；AB段代表针阀自施加电压但仍处于静止的阶段，BC段代表针阀开始运动到完全开启的时段，CD段代表有电压且针阀处于完全开启状态的时段，DE段代表无电压但针阀处于完全开启状态的时段，EF段代表无电压且针阀开始闭合到完全闭合的时段。
[0037]通过调取tA、tB、tc、tD、tE、tF时刻对应的高速摄影机图像，当脉宽控制电压加载后，
[0038]静止阶段，即tA_tB时间段，针阀线圈电流逐渐变大，电磁吸力逐渐变大，此阶段电磁吸力不足以驱使针阀运动，针阀保持静止状态；在B点时，电磁吸力与弹簧预紧力、压力、针阀重力之和相等，针阀开始运动，A点与B点之间对应的时间长度称之为针阀开启延迟时间，以U1表示。
[0039]开启阶段，即tB_t。时间段，针阀开启过程中，工作气隙减小，衔铁伸入线圈长度增加，线圈电感增大，电磁吸力转换为动态吸力，线圈耗能，电流变小，在C点时，针阀完全打开点与C点之间对应的时间长度称之为针阀开启过程的时间，以U2表示，与U2之和称之为针阀完全开启延迟时间
[0040]保持阶段，即tc_tE时间段，电磁吸力足以保持针阀在最大升程位置，针阀保持全开位置时间段，在当前控制电压下，铁芯蓄能逐渐增大，并趋于饱和^tD-tE时间段，控制脉宽结束，控制电压变为零，铁芯的储能也一步步被消耗，到达E点时，电磁吸力不足以保持针阀静止状态，针阀开始回位；从控制脉宽结束到针阀开始回位这段时间，称之为针阀关闭延迟，以tedl表示。
[0041]关闭阶段，即tE_tF时间段，针阀开始回位，磁路中磁通变小，线圈中产生感应电动势，阻碍线圈电流进一步变小，因自感电动势作用，线圈中电流有回升趋势，F点时，针阀完全关闭，喷油结束。针阀关闭过程的时间以表示，&(11与亿(12之和称之为针阀完全关闭延迟时间tcd。
[0042]从图4中可以看到，喷油器针阀在未打开状态下，喷孔中部无任何液体；从图5中可以看到，在开启点tB时刻，喷油器针阀打开后，喷孔中间有圆柱形液体喷出；从图6中可以看到，随着针阀升程逐渐开大变大，液体圆柱的直径逐渐增大；从图7中可以看到，在完全开启点t。时刻，液体圆柱的直径增加到最大，并保持一段时间。
[0043]从图8中可以看到，在开始关闭点tE时刻，喷出的液体仍然与喷孔相连；从图9中可以看到，在关闭过程中，由于液体失去后续推力降低，贯穿距开始变短；从图10中可以看到，在完全关闭点tF时刻，喷出的液体与喷孔已经断开。
[0044]图4-图10，通过高速摄像机的实际拍摄，很好地印证了本发明技术方案的有效性。
[0045]本发明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发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的【具体实施方式】用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。
【权利要求】
1.一种喷油器针阀响应时间测量系统，包括:燃油供给系统(11)、喷油器(21)、喷油控制器(14);其特征在于，还包括:喷油器电流测量装置(15)，数据存储装置(13)。
2.根据权利要求1所述一种喷油器针阀响应时间测量系统，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所述一种喷油器针阀响应时间测量系统，其特征在于，所述喷油控制器为车用E⑶单元。
4.在权利要求1所述测量系统上实现的一种喷油器针阀响应时间测量方法，其特征在于，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；在喷油器控制器中设置目标脉宽和喷油频率； 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； 数据分析:获得V V tc、tD、tE、tF时刻，tA为电流开始增长对应的时间点，tB为自tA时刻电流连续增长到第一个极大值对应的时间点，t。为自tB时刻电流连续下降到第一个极小值对应的时间点，tD为自t。时刻电流连续增长到第二极大值对应的时间点，tE为自tD时刻电流连续下降到第二极小值对应的时间点，tF为自tE时刻电流连续增长到第三极大值对应的时间点；AB段代表针阀自施加电压但仍处于静止的阶段，BC段代表针阀开始运动到完全开启的时段，CD段代表有电压且针阀处于完全开启状态的时段，DE段代表无电压但针阀处于完全开启状态的时段，EF段代表无电压且针阀开始闭合到完全闭合的时段。
【文档编号】F02M65/00GK103994006SQ201410265198
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】姚春德, 银增辉, 陈志方, 耿培林, 窦站成 申请人:天津大学