[实用新型]柴油机燃烧压力动态采集系统

说明书

技术领域：

本发明涉及发动机测试技术领域，主要用于柴油机动态故障检测和柴油机电子控制技术中。

技术背景：

随着能源和环保要求的提高，各国对排放的要求日趋严格。欧洲已执行欧III排放法规，2008年将实行欧V排放法规，美国2004年已执行新的EPA排放法规，因此降低排放已成为柴油机研究中的首要任务。电控喷油系统通过调节喷油定时和喷油量，降低NOx和PM，电控喷油系统是柴油机各种先进技术(排放后处理技术、涡轮增压技术、EGR技术等)充分发挥功效的必要条件，也是提高柴油机动力性、经济性和降低排放的主要手段。

目前的柴油机电子控制是基于实验获得的脉谱(MAP)控制，对标定条件以外的状况，如：燃油质量变化、零件老化、制造差异等，不能给出最佳的控制，无法使柴油机运行在最佳状态。随着控制对象的增加，电控系统越来越复杂，精确控制极为重要，闭环控制是实现精确控制的有效办法。缸内燃烧状况决定了柴油机的性能和排放，气缸压力包含了燃烧状况信息，将气缸压力反馈引入电控系统，能提供柴油机燃烧过程实时标志，有助于实现柴油机燃烧过程闭环控制，对发动机进行燃烧状况监控和故障诊断。

常规的气缸压力采集是由采集卡和计算机共同完成的，包括压力采集和数据的离线分析，压力采集系统由压电传感器、电荷放大器、采集卡和计算机组成，系统附件多，干扰因素多，它在系统体积和配置上难以满足发动机的动态要求。基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压力动态采集方法，简化采集系统的配置，减小系统体积，实现车载压力采集及显示，不仅对发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力反馈的柴油机电控技术奠定基础。

发明内容：

本发明的目的是填补车载柴油机燃烧压力动态采集的技术空白，完成压力动态采集和数据处理。

一种柴油机燃烧压力动态采集系统，包括燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机，燃烧压力采集装置包括光纤压力传感器和光电编码器，信号处理电路包括信号处理器DSP56F807、电源模块、SCI或者USB插口、调试JTAG口、PWM输出脚和I/O引脚；光纤压力传感器经过信号处理电路中的A/D输入脚与信号处理器DSP56F807连接，光电编码器通过信号处理电路中的滤波电路、IC输入脚与信号处理器DSP56F807连接，用于监控的微机通过信号处理电路中的SCI或USB插口与信号处理器DSP56F807的通讯口连接。

整个采集系统由燃烧压力采集装置、信号处理电路和用于监控的微机组成，燃烧压力采集装置主要由光纤压力传感器、光电编码器组成。光纤压力传感器采用美国Optrand公司的AutoPSI-TC(温度补偿型，适合发动机动态压力测试)，电压量0.5-4.8V输出。线性度±1％FSO，测量范围0-20MPa，温度-50-300℃；光电编码器为增量式编码器，重新设计了光栅盘，使其每旋转一周产生300个角度脉冲信号，产生信号脉冲附图3所示。信号Z为同步信号，输出信号A为每隔0.5度输出的曲轴转角信号。

信号处理电路选用Motorola公司的数字信号处理器DSP56F807作为系统的微处理器，数字信号处理器是处理实时信号的专用微处理器，指令执行速度高可达到40兆条指令/S(MIPS)，能够进行定点、浮点计算。此外乘加运算是信号处理中常用计算，虽然通用微处理器也能进行乘加运算，但是时间较长，本发明中所使用的DSP微处理器，乘法指令可在单周期内完成，计算速度大幅度提高，特别适合有实时处理要求的场合。

单片机的数据空间远远小于计算机，数据文件的大小将直接影响到微处理器的处理速度。为了提高采集系统的数据实时处理能力，在采集过程中采用局部区域采集方法，对柴油机工作过程的部分循环进行采集，比如仅对燃烧做功循环进行采集可减少70％数据量。

在高曲轴转角分辨率条件下采集得到的气缸压力数据比较多，选择合适的数据通讯方式比较重要。在气缸压力监控模式下，只传输压力曲线上一些特征点，如最大爆发压力及其转角，燃烧始点等参数，传输数据量小，采用串口通讯SCI方式能节省CPU时间；在气缸压力采集模式中，需要传送燃烧压力的全部数据，采用USB方式能高速传输数据。

有益效果：

基于数字信号处理器(DSP)的燃烧压力动态采集系统，简化采集系统的配置，减小系统体积，实现车载压力采集及显示，不仅对发动机的车载故障检测有重要意义，而且为压力反馈的柴油机电控技术奠定基础。

附图说明：

图1为柴油机燃烧压力动态采集系统的系统原理图

图2为柴油机燃烧压力动态采集系统的工作时序图