大流量電噴式柴油發(fā)動機(jī)油耗傳感器研發(fā)

彭玉華，孫朝偉

（煙臺海晨科技有限公司，山東 龍口 265701）

根據(jù)GB/T 12545．2-2001《商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)方法》，商用車輛燃料消耗量試驗(yàn)包括等速行駛?cè)剂舷牧吭囼?yàn)和多工況循環(huán)燃料消耗量試驗(yàn)，一般采用汽車性能綜合測試儀在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)道路上進(jìn)行測試，對裝有柴油發(fā)動機(jī)的車輛進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)時，發(fā)動機(jī)油路中需要接入油耗傳感器。為了滿足日益嚴(yán)格的國家排放法規(guī)的要求，柴油發(fā)動機(jī)已經(jīng)普遍采用了電子控制燃油噴射系統(tǒng)，最為常見的是高壓共軌電子噴射式供油系統(tǒng)。目前，市場上能夠測試高壓共軌發(fā)動機(jī)的油耗傳感器的量程一般為60L/h、120L/h，一些燃油流量超過120L/h的重型工程機(jī)械及軍用車輛無法進(jìn)行測試。因此，研發(fā)一款大流量的電噴式柴油發(fā)動機(jī)油耗傳感器很有必要。

1 研發(fā)目的

高壓共軌電子噴射式供油系統(tǒng)是建立在直噴技術(shù)、引燃噴射技術(shù)和電控技術(shù)基礎(chǔ)之上的一種新型供油系統(tǒng)，能有效地降低柴油機(jī)噪聲和油耗，并能將排放降到最低程度。系統(tǒng)由高壓油泵、公共供油管(油軌)、噴油器、電控單元(ECU)和一些管道壓力傳感器組成，見圖1。高壓共軌電子噴射系統(tǒng)燃油工作壓力為15MPa左右，回油沖擊壓力高達(dá)22MPa左右，且回油量約占進(jìn)油量的80%，回油管路中有大量氣泡產(chǎn)生，同時回油溫度也比較高，普通油耗傳感器根本無法進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)。近年來研發(fā)出帶有減壓閥及熱交換器的電噴式柴油機(jī)油耗傳感器，最大量程為120L/h，傳感器雖然能夠消除電噴柴油機(jī)回油沖擊壓力、回油管路氣泡及溫度對測量精度的影響，但是不能進(jìn)行大流量電噴柴油發(fā)動機(jī)油耗試驗(yàn)。

針對上述問題，我們研發(fā)了一款大流量電噴柴油發(fā)動機(jī)油耗傳感器（簡稱電噴傳感器），在電噴傳感器內(nèi)部用管路并聯(lián)兩個120L/h流量傳感器，使電噴傳感器最大量程達(dá)到240L/h，滿足了重型工程機(jī)械、軍用車輛的燃油消耗量試驗(yàn)要求。

圖1 柴油發(fā)動機(jī)共軌供油系統(tǒng)

2 油耗傳感器的結(jié)構(gòu)與工作原理

電噴傳感器由流量傳感器、安全閥、減壓閥、燃油泵、熱交換器等組成，見圖2。電噴傳感器創(chuàng)新地配置2個量程為120L/h的流量傳感器，最大流量可達(dá)240L/h。燃油泵將油箱中的油吸出來，分成了兩路，一路流入并聯(lián)的兩個流量傳感器（5、6）中，經(jīng)過減壓閥（9），噴射到發(fā)動機(jī)中進(jìn)行燃燒，未噴射的燃油會由回油口流入熱交換器（11），冷卻后再重新進(jìn)入高壓油泵，繼續(xù)噴射；另一路經(jīng)過安全閥（4），流入熱交換器（11），冷卻發(fā)動機(jī)回油及加熱油箱燃油溫度。流量傳感器為徑向四柱塞液壓馬達(dá)，具有一定壓力的柴油經(jīng)過濾器，通過配液孔、推動活塞、連桿、曲柄，使帶有磁鋼的回轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，由磁場力作用帶動編碼器轉(zhuǎn)動，經(jīng)光電元件轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，兩個流量傳感器的電脈沖信號分別傳至測控單元，經(jīng)單片機(jī)處理、累加耗油量后輸出。

圖2 電噴傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

3 硬件電路設(shè)計(jì)

電噴傳感器內(nèi)置一個測控單元，由高性能AVR單片機(jī)、信號處理電路組成，見圖3。為了消除發(fā)動機(jī)怠速工作狀態(tài)下，因流量傳感器光電編碼裝置抖動造成的計(jì)數(shù)誤差，測控單元分別對兩路流量傳感器的信號進(jìn)行判向處理，完全消除了光電編碼裝置抖動而產(chǎn)生的測量誤差。

圖3 硬件原理圖

4 軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)實(shí)時采集兩個流量傳感器的信號，計(jì)算、處理后通過RS232接口輸出燃油消耗量，軟件流程圖見圖4。

圖4 軟件流程圖

5 測量誤差

電噴傳感器安裝簡單，操作方便，配置進(jìn)口高精度減壓閥對發(fā)動機(jī)回油壓力進(jìn)行減壓，避免了因回油壓力過高導(dǎo)致的流量傳感器出現(xiàn)“倒數(shù)”問題，有效消除了因發(fā)動機(jī)回油壓力造成的測量誤差；通過熱交換器，降低了發(fā)動機(jī)回油溫度、消除回油管路中的氣泡，有效減小油溫變化帶來的測量誤差。產(chǎn)品經(jīng)國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢測中心（襄陽）檢定，最大測量誤差為 ±0．5%。

6 結(jié)語

本文以滿足大流量電噴式柴油發(fā)動機(jī)燃油消耗量的試驗(yàn)要求為前提，成功的研發(fā)了一款最大量程為240L/h的電噴柴油機(jī)油耗傳感器，填補(bǔ)了國產(chǎn)大流量電噴油耗傳感器的空白，經(jīng)用戶實(shí)車試驗(yàn)證明，產(chǎn)品有著較高的測量精度及可靠性，具有廣闊的市場前景。