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共轨柴油喷射多次喷射速率的测量 摘要 基于W.Zeuch原理设计的多次喷射仪已得到改进，来满足共轨柴油多次喷射速率测量精度的标准。一个高精度的压力传感器用来测量提前喷射和后喷射的压力变化大小。与此同时，一个高精度的流量计被安装在泄油管用于获得提及模型弹性的一个修正因子。因此它可以实现对于大于40/冲程，精度为/冲程。 前言 对于柴油发动机，共轨和电控单元被用于其喷射系统上。共轨喷射系统通过改变驱动条件使得喷射压力和喷射速率模式的任意改变成为可能。共轨喷射系统中提前喷射的增加对于减少机器噪音和震动是行之有效的办法，同时还能减少油烟和氮氧化合物的排放。后喷射在主喷射之后被用于将排放氮氧化合物的氧还原。 为研究提前喷射和后喷射对于燃料的燃烧和排放的影响，高精度的多次喷射测量装置是有必要的。然而，提前喷射和后喷射仅是主喷射的20%左右，因此用传统的基于例如测量活塞和风箱的体积测量法实现与多次喷射量的同步是很困难的。因为传统的测量法有频率响应和范围的限制。 为了测量多次喷射量，我们团队已经研发了一种新的基于W.Zeuch原理的测量系统。并将此系统应用到先前我们团队研制的喷射仪上。此配置有一个用于测量喷射速率的压力传感器的喷射仪在1988年就面向市场了。另外，新的测量系统有两个压力传感器用于测量多次喷射的大范围压力。它同样包括了一个实时计算系统来计算测量参数，这对于将测量的信号转换为喷射量是有必要的。此精度为。 这篇文章首次介绍了这种实现方法的原理及系统所包含的硬件和软件，并且介绍了此方法数据的获得与分析。同时讨论了实时计算系统的应用。下面的测量结果表明了所描述系统的可靠性。 测量原理 基于W.Zeuch原理，燃料喷射到一个充满燃料的固定体积封闭室，如下图： 随着燃料的喷入，封闭室的压力会增加，根据压力的变化我们可以求出相应的喷射量。假设压力的增加为，当体积的燃料喷入体积为V的封闭室中，根据下面的等式： (1) K为燃料的膨胀系数。 燃料的喷射速率dV/dt可以用下面的公式计算： (2) t为喷射时间。 测量系统 如图2所示: 系统包括一个带有各式传感器的压力室、信号放大单元、信号处理单元、数据处理单元、燃料排放驱动、和一个体积流量计。 两个压电压力传感器p1和p2安装在压力室壁上——一个用来测量大范围的压力，另外一个用来测量小范围的压力。传感器P2是测量小范围压力的信号，经放大器2以高于压力传感器p1的放大倍数进行放大。这些传感器测量由于主喷射和后喷射引起的压力升高。此时，高范围压力传感器也用来测量后喷射的压力变化。尽管小范围压力传感器在主喷射期间将超出测量范围，当压力通过泄压阀变小来进行新的循环测量之后，它将快速的恢复到正常输出。因为压电传感器当超过最大测量范围的10倍以内其测量精度不会受到影响。一个半导体压力传感器p3，用来测量背压。一个温度传感器T1，用来测量燃料的温度。同时有一个泄压阀，燃料排出，以此来维持背压。 传感器的每个信号转化为相应的电压信号并通过放大器放大输出，信号处理单元将相应的电压信号通过AD转换、微分、数字滤波等进行处理。都由DSP（数字信号处理器）进行处理。电压信号经过DA转换输出。测量耗时同样由信号处理单元控制。 数据处理单元用来计算和显示各数据。泄压阀驱动单元为泄压阀提供驱动。驱动时间由信号处理单元给出。 同时还有一个体积流量计，FP-213，用来测量从压力室排出的燃料体积和实时的喷入压力室的燃料。 图3所示为系统中固定体积压力室的形状模型。图4所示为左边带有喷油器，上方带有泄流装置的压力室的外观。喷油泵和喷嘴的特别之处在表1中给出。 提前喷射的测量 如果压力室的体积相对于喷入的燃料来说太大，会使压力的变化很小，那样压力的信噪比将会使噪声的影响更大。因此根据喷射量引起的压力升高来确定压力室的体积是有必要的。对于每冲程最大喷入100、200、300、400，为了获得最高的压力上升（3MPa），其对应的压力室的体积为50、100、150、和200。 即使压力室的体积是合适的。但是由于提前喷射的喷射量很小，引起的压力变化也很小。压力的信噪比由高精度的测量提前喷射小范围压力变化的传感器P1固定。P1必须具有很小的非线性，以及很好的线性关系和较高的精度。 由以上原因我们选择压电传感器。喷射量的获得由压力的升高即为，然后根据(1)求的。提前喷射量的获得由压力传感器P1获得，同时主喷射、后喷射、及总的喷射量由压力传感器P2获得。如图5所示