一種基于NI采集卡的測量發(fā)動機同步信號的方法

李宗立

（無錫偉博汽車科技有限公司，江蘇 無錫 214000）

一種基于NI采集卡的測量發(fā)動機同步信號的方法

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)動機曲軸信號、凸輪軸信號及1缸噴油器電磁閥電壓信號的實用方法，該方法以NI6210硬件為基礎，通過計算機運行相關程序進行測量、分析發(fā)動機的同步信號，可以用于發(fā)動機性能開發(fā)、制造，維修行業(yè)。

柴油機；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)動機控制系統(tǒng)中最主要的輸入信號，是控制預噴和噴油時刻（噴油提前角）不可缺少的信號，在發(fā)動機制造、維修過程中，需要測量二者的信號進行信號正時校正檢查；在發(fā)動機性能開發(fā)過程中，還需要結合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點的角度值，系統(tǒng)零點到凸輪軸段序始點的角度值，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，以其應用高效靈活、性價比高、擴展性強等優(yōu)點被工程師和科學家廣泛應用于產品生命周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產品質量、縮短了產品投放市場的時間，并提高了產品開發(fā)和生產效率，降低了產品后期的維修費用。

本文介紹的同步信號的測量方法以NI6210為基礎硬件，通過計算機上的相關軟件程序測量、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系。本方法可用于發(fā)動機開發(fā)、制造、維修行業(yè)，具有高效靈活、便攜性、低成本、可視性強、大數(shù)據存儲的優(yōu)勢，在發(fā)動機性能開發(fā)的過程中，已經達到了預期的效果。

1、曲軸和凸輪軸信號描述

曲軸是控制氣缸運轉的轉軸，用來將活塞和連桿傳來的動能轉變?yōu)檗D矩輸出，以驅動與其相連的動力裝置、相關機構及各種附件，凸輪軸是控制發(fā)動機進氣門和排氣門開閉的轉軸。汽車上的電子控制單元（ECU）根據二者的傳感器信號確定氣缸的位置，發(fā)動機的轉速，預噴時刻和噴油提前角，二者信號同步是發(fā)動機運轉的前提[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)動機控制系統(tǒng)轉速信號處理技術。根據發(fā)動機的工作原理，曲軸轉2圈凸輪軸轉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)建任務并設置相關參數(shù)，程序運行后進入無限循環(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行分析計算參數(shù)值和判斷信號的質量，如圖3所示。

3、測量信號的程序設計

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

4、分析數(shù)據的程序設計

程序如圖5所示，首先加載測量文件，需要輸入正確的數(shù)據頁名稱；然后使用游標工具結合對發(fā)動機工作過程的理解對波形圖進行計算分析，在這個過程中要靈活使用圖形工具選板。采集的信號質量好，則能夠準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)動機轉速一般在800轉左右，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，采樣率建議設為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50V，噴油器電磁閥上的電壓幅值可達72V，所以需要借助精密電阻對信號進行縮放處理。測量通道的命名與實際的物理通道要相對應。正確的參數(shù)設置和信號線的可靠連接是獲得高質量信號的前提。

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

6、結論

目前，用戶還是通過示波器來測量發(fā)動機的同步信號。與本方法相比：1）示波器設備價格昂貴，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)據時不方便；4）示波器只能記錄當前緩沖區(qū)內的數(shù)據，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，能夠實現(xiàn)此功能的硬件NI采集卡也就千元左右；2）采集卡大小只相當于一個大屏手機，便于攜帶，信號線根據需求自定；3）通過電腦屏幕來顯示測量數(shù)據，可以精細化觀察測量到的數(shù)據；4）數(shù)據的處理過程可以個性化自定義，直接展現(xiàn)給用戶最終的結果；5）記錄數(shù)據不受時間限制，可以長時間記錄測量數(shù)據，方便用戶分析計算并展現(xiàn)給客戶。

[1] 李鐵軍.柴油機電控技術實用教程[M] .北京:機械工業(yè)出版社, 2009.

[2] 陳樹學.LabVIEW實用工具詳解[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，主要從事柴油機標定工作。