李宗立

（無錫偉博汽車科技有限公司，江蘇 無錫 214000）

一種基于NI采集卡的測量發(fā)動機(jī)同步信號的方法

李宗立

（無錫偉博汽車科技有限公司，江蘇 無錫 214000）

文章介紹了一種同時測量發(fā)動機(jī)曲軸信號、凸輪軸信號及1缸噴油器電磁閥電壓信號的實(shí)用方法，該方法以NI6210硬件為基礎(chǔ)，通過計算機(jī)運(yùn)行相關(guān)程序進(jìn)行測量、分析發(fā)動機(jī)的同步信號，可以用于發(fā)動機(jī)性能開發(fā)、制造，維修行業(yè)。

柴油機(jī)；同步信號；曲軸；凸輪軸；電磁閥

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.008

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-21-02

引言

曲軸信號和凸輪軸信號是發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)中最主要的輸入信號，是控制預(yù)噴和噴油時刻（噴油提前角）不可缺少的信號，在發(fā)動機(jī)制造、維修過程中，需要測量二者的信號進(jìn)行信號正時校正檢查；在發(fā)動機(jī)性能開發(fā)過程中，還需要結(jié)合1缸噴油器電磁閥的加電信號來計算曲軸缺齒后的第一個正常齒到系統(tǒng)0點(diǎn)的角度值，系統(tǒng)零點(diǎn)到凸輪軸段序始點(diǎn)的角度值，凸輪軸信號段序值，凸輪軸信號各段長度，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)信號測量都是使用示波器來完成的。

虛擬儀器自推出以來，以其應(yīng)用高效靈活、性價比高、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被工程師和科學(xué)家廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品后期的維修費(fèi)用。

本文介紹的同步信號的測量方法以NI6210為基礎(chǔ)硬件，通過計算機(jī)上的相關(guān)軟件程序測量、分析曲軸信號、凸輪軸信號，1缸噴油器電磁閥加電信號之間的關(guān)系。本方法可用于發(fā)動機(jī)開發(fā)、制造、維修行業(yè)，具有高效靈活、便攜性、低成本、可視性強(qiáng)、大數(shù)據(jù)存儲的優(yōu)勢，在發(fā)動機(jī)性能開發(fā)的過程中，已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期的效果。

1、曲軸和凸輪軸信號描述

曲軸是控制氣缸運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，用來將活塞和連桿傳來的動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩輸出，以驅(qū)動與其相連的動力裝置、相關(guān)機(jī)構(gòu)及各種附件，凸輪軸是控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門和排氣門開閉的轉(zhuǎn)軸。汽車上的電子控制單元（ECU）根據(jù)二者的傳感器信號確定氣缸的位置，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，預(yù)噴時刻和噴油提前角，二者信號同步是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的前提[1] 。

本測量過程基于曲軸信號（60-2）個齒、凸輪軸信號（凸輪軸信號盤上有一個缺齒）的發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速信號處理技術(shù)。根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作原理，曲軸轉(zhuǎn)2圈凸輪軸轉(zhuǎn)1圈，如圖1所示。

2、軟件框架

系統(tǒng)使用圖形化的語言編程[2]，初始化后，首先創(chuàng)建任務(wù)并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，程序運(yùn)行后進(jìn)入無限循環(huán)，依次讀取每個通道的信號值并記錄顯示，如圖2所示；隨后對采集的信號進(jìn)行分析計算參數(shù)值和判斷信號的質(zhì)量，如圖3所示。

3、測量信號的程序設(shè)計

本系統(tǒng)的方案采用 NI的采集卡采集信號，通過計算機(jī)輔助測量，程序如圖4所示。第一步，創(chuàng)建測量任務(wù)；第二步，配置信號的測量通道，結(jié)合所測信號的幅值范圍、單位、物理量的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行相關(guān)定義；第三步，對采集過程中的數(shù)據(jù)的記錄模式、采樣率、刷屏速率、數(shù)據(jù)頁的名稱、數(shù)據(jù)的存儲路徑進(jìn)行設(shè)置；第四步，對顯示界面進(jìn)行良好的可視化設(shè)置。

4、分析數(shù)據(jù)的程序設(shè)計

程序如圖5所示，首先加載測量文件，需要輸入正確的數(shù)據(jù)頁名稱；然后使用游標(biāo)工具結(jié)合對發(fā)動機(jī)工作過程的理解對波形圖進(jìn)行計算分析，在這個過程中要靈活使用圖形工具選板。采集的信號質(zhì)量好，則能夠準(zhǔn)確計算曲軸信號的周期，可以采用自動的方式來計算信號段的區(qū)間角度值；若采集的信號質(zhì)量一般或差（曲軸的單周期波動大），則只能通過人工計數(shù)的方式結(jié)合單周期的角度來計算區(qū)間角度值。

5、同步信號的測量和分析

空擋怠速時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速一般在800轉(zhuǎn)左右，曲軸信號的采樣率至少4000Hz，噴油器的最小加電時間約為1.5ms，為了精確測得1缸上止點(diǎn)，采樣率建議設(shè)為10000Hz。采集卡的電壓信號范圍一般為“-10～10v”，而曲軸信號的幅值最大可達(dá)50V，噴油器電磁閥上的電壓幅值可達(dá)72V，所以需要借助精密電阻對信號進(jìn)行縮放處理。測量通道的命名與實(shí)際的物理通道要相對應(yīng)。正確的參數(shù)設(shè)置和信號線的可靠連接是獲得高質(zhì)量信號的前提。

對信號的分析結(jié)果 1如圖 6所示，通過計算分析得到*_phiGap2Zero_C的值為75°。其它分析結(jié)果根據(jù)用戶的需求而定。

6、結(jié)論

目前，用戶還是通過示波器來測量發(fā)動機(jī)的同步信號。與本方法相比：1）示波器設(shè)備價格昂貴，利用率也不高；2）示波器體積龐大不便攜帶，對使用環(huán)境有要求；3）示波器屏幕有限，分析數(shù)據(jù)時不方便；4）示波器只能記錄當(dāng)前緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，且不方便保存。

而采用此測量方法后，用戶能感受到以下四個優(yōu)勢：

1）成本低廉，能夠?qū)崿F(xiàn)此功能的硬件NI采集卡也就千元左右；2）采集卡大小只相當(dāng)于一個大屏手機(jī)，便于攜帶，信號線根據(jù)需求自定；3）通過電腦屏幕來顯示測量數(shù)據(jù)，可以精細(xì)化觀察測量到的數(shù)據(jù)；4）數(shù)據(jù)的處理過程可以個性化自定義，直接展現(xiàn)給用戶最終的結(jié)果；5）記錄數(shù)據(jù)不受時間限制，可以長時間記錄測量數(shù)據(jù)，方便用戶分析計算并展現(xiàn)給客戶。

[1] 李鐵軍.柴油機(jī)電控技術(shù)實(shí)用教程[M] .北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.

[2] 陳樹學(xué).LabVIEW實(shí)用工具詳解[M] .北京:電子工業(yè)出版社, 2014.

A Method for Measuring Synchronous Signal of Engine Based on NI Acquisition Card

Li Zongli
（Wuxi Wei Bo Auto Technology Co., Ltd., Jiangsu Wuxi 214000）

A kind of practical method introduced to measure the engine crankshaft signal,camshaft signal and first cylinder injector solenoid valve voltage signal at the same time,the method based on the hardware NI6210, through computer operation procedures the engine synchronoussignal were measured and analyzed.The method can be used for engine performance development, manufacturing and maintenance industry.

diesel engine; synchronous signal; crankshaft; camshaft; solenoid valve

U464.9

A

1671-7988（2015）09-21-02

李宗立，就職于無錫偉博汽車科技有限公司，主要從事柴油機(jī)標(biāo)定工作。