高压共轨柴油机瞬时转速的测试与分析

论文摘要

发动机是汽车的心脏,发动机各缸工作均匀性的差异对汽车的动力性、经济性、排放和噪声等指标有很大的影响。对电控发动机来说,转速的精确测量是高性能电控系统的必要条件之一。如曲轴的瞬时转速用于电控柴油机的燃油平衡控制（FBC）,柴油机电子调速器的开发等。同时发动机瞬时转速还包含了发动机工作过程的众多信息、。其中,内燃机瞬时转速的研究与应用在缸内气体压力相关的故障诊断、发动机动力性能检测及各缸工作均匀性的检测与控制等方面己成为国内外相关研究的热点。然而,只有获得高质量的瞬时转速信号,瞬时转速才能在上述诸多方面得到深入、广泛的应用。因此,对瞬时转速的测试技术及瞬时转速的变化规律进行深入的研究具有重要意义。在深入研究国内外现有发动机瞬时转速测量方法的基础上,提出了发动机瞬时转速测量所面临的挑战有：瞬时转速测量方法只能在特定的硬件中执行,测量系统很难被改进；大部分瞬时转速测量系统是针对单通道等。针对YN30CR柴油机,构建了基于NI-PXI-6259的瞬时转速测量硬件系统,编制了基于LabVIEW的虚拟仪器系统软件,建立了直接模数转换法、周期取反法和分频法三种瞬时转速测量系统。这三种测量系统结构简单、测量精度高,且都带有利用LabVIEW编写的信号调理、数字滤波和数据保存等功能。其中的直接模数转换法是从模拟信号中提取瞬时转速的,因此该方法能很好的抑制信号噪声,不需要高端的信号调理设备,一块多通道A/D采集卡能实现多通道瞬时转速的同步测量。将开发设计的高压共轨柴油机瞬时转速测量系统应用于YN30CR高压共轨柴油机台架实验,实验表明设计的三种瞬时转速测量系统的原理是正确的。在实测YN30CR高压共轨柴油机瞬时转速的基础上结合内燃曲轴飞轮系统扭矩平衡方程,分析对比不同工况下的瞬时转速波形图得出影响柴油机瞬时转速的两个主要因素：一个是与柴油机平均转速相关的往复惯性力,另一个是与柴油机负荷相关的缸内气体压力。且当往复惯性力的作用超过缸内气体压力时一个周期的瞬时转速波形出现两个峰值,第一个峰值是由缸内气体压力矩引起的,第二个峰值是由往复惯性力矩引起。为了研究瞬时转速在发动机故障诊断中的应用定义了瞬时转速特征波形的参数。在设置了YN30CR高压共轨柴油机燃油系统故障的基础上,分析对比了故障状态和正常状态下的瞬时转速波形图及频谱图,实验表明将柴油机瞬时转速波形应用于柴油机缸内气体压力相关的故障诊断是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章:绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国外研究动态及现状
• 1.3 国内研究动态及现状
• 1.4 瞬时转速测量所面临的挑战
• 1.5 本论文所做的主要工作
• 1.6 本章小结
• 第2章:瞬时转速的测量方法
• 2.1 基于计时/计数器的方法
• 2.1.1 周期取反法
• 2.1.2 平均法
• 2.1.3 分频法
• 2.2 基于模数转换器的方法
• 2.2.1 基于频率/电压转换的方法
• 2.2.2 直接模数转换法
• 2.3 瞬时转速测量方法的对比及选择
• 2.4 理论测量精度的误差分析
• 2.4.1 计数误差
• 2.4.2 角度误差
• 2.5 实际测量精度的误差分析
• 2.6 本章小结
• 第3章:基于虚拟仪器的瞬时转速采集程序的编写
• 3.1 虚拟仪器的概述
• 3.1.1 虚拟仪器的基本概念
• 3.1.2 虚拟仪器的构成
• 3.2 直接模数转换法的实现过程
• 3.2.1 直接模数转换法系统的组成
• 3.2.2 曲轴转速信号调理电路的设计
• 3.2.3 曲轴转速信号的采集程序
• 3.2.4 信号调理程序
• 3.2.5 瞬时转速提取程序
• 3.2.6 数字滤波程序
• 3.2.7 数据保存程序
• 3.2.8 程序最终前面板
• 3.2.9 接线方式的选择
• 3.3 基于计时\计数器测瞬时转速的方法
• 3.3.1 基于计时\计数器测量系统的组成
• 3.3.2 分频法
• 3.3.3 周期取反法
• 3.4 三种瞬时转速测量系统的对比
• 3.5 本章小结
• 第4章:瞬时转速的测试与分析
• 4.1 影响高压共轨柴油机瞬时转速波形的因素
• 4.1.1 平均转速对瞬时转速的影响
• 4.1.2 负荷对瞬时转速波形的影响
• 4.1.3 大气压对瞬时转速的影响
• 4.1.4 不同燃油对瞬时转速的影响
• 4.2 瞬时转速在故障诊断中的应用
• 4.2.1 故障设置
• 4.2.2 瞬时转速特征参数的定义
• 4.2.3 基于瞬时转速时域波形的故障分析
• 4.2.4 基于瞬时转速频谱的故障分析
• 4.3 本章小结
• 第5章:结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 今后工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A （攻读硕士学位期间所发表的学术论文）
• 附录B （NI-PXI-6259接线槽）
• 附录C （NI-SCC-68接线盒）