一种电控喷油器动态时间参数测试方法

１ 动 态 时 间 参 数 测 试 方 法
１．１ 结 构 与 原 理 某一型号电 控 喷 油 器 的 结 构 如 图 １ 所 示，该
结构 主 要 由 喷 管 主 体、喷 管 进 口、球 阀、衔 铁、阀 座 、弹 簧 、铁 芯 、线 圈 、导 磁 体 、喷 孔 网 、防 积 碳 板 等 组成。喷油器本 质 上 是 一 种 电 磁 阀，球 阀 和 阀 座 上 的 圆 锥 面 相 配 合 起 到 阀 门 的 作 用 ，在 电 磁 力 、弹 簧力、衔铁－阀芯 组 件 的 重 力 以 及 内 部 燃 油 压 力 的 共 同 作 用 下 ，打 开 或 关 闭 燃 油 通 路 ，完 成 将 精 确 计量的燃油在规定时刻喷射到进气门处。
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图 １ 喷 射 器 结 构 图
一 种 电 控 喷 油 器 动 态 时 间 参 数 测 试 方 法 ——— 郭 辉 张 振 东 程 强 等
１．２ 数 值 模 型 电控喷油 器 的 等 效 电 路、等 效 磁 路 如 图 ２ 所
示 ，其 中 的 球 阀 受 力 如 图 ３ 所 示 。 根 据 电 路 平 衡 方
３ 结果及误差分析
图 ４ 电 控 喷 油 器 工 作 过 程 中 电 流 变 化 曲 线
在 Ｏ 点 线 圈 收到 电 压 控 制信 号 之后 ，线圈内磁 通量逐渐增大 ，由 于 工 作 气 隙 磁 阻 的 变 化 ，使 得 线
３．１ 测试结果 采用图５所示的测试系统对几种类型的电控
喷油器开启及关闭动态响应时间进行实际测试，测 试条件及结果如表１所示。由于在电控喷油器标 定及与发动机匹配的过程中，需考虑供电电压变化 对喷油器喷油量的影响，因此要对喷油脉宽进行实
表 １ 测 试 条 件 及 结 果 列 表
测试条件
驱动类型
工作电压 喷射压力 工作温度 （Ｖ） （ｋＰａ） （℃）
喷油器型号
峰值—保持 １４±０．１ ３５磁力、弹簧力、燃油压力、运动件质量、衔铁 — 球阀的
位移；Ｒ 为线圈电阻，与 线 圈 匝 数 Ｎ、线 径、导 线 的 电 阻 率 有关。
圈的电感增大，导致按指数规律增加的电流稍有下 降，当达到完全 开 启 位 置 球 阀 停 止 移 动 时 ，电 流 降 低到一较低值Ｂ 点，随后电流又以新的时间常数按 指数规 律 增 长，直 至 达 到 稳 态 值，喷 油 器 完 全 开 启。因此，只要检测出电流变化曲线上特性点Ｂ 出 现的时刻，就得 到 了 喷 油 器 开 启 终 了 时 刻［９］，此 时 刻与发出驱动脉冲发出时刻的时间差，即球阀开启 响应时间ｔｄ１。
程、麦克斯韦尔磁路方程、达朗贝尔运动方程（忽略
喷油器内部流体对衔铁、铁心等的作用力），可以导 出下列描述电控喷油器动态过程的解析方程 ： ［６－７］
Ｕ０ ＝ Ｒｉ（ｔ）＋ｄｄｔψ
（１）
Ｆｍａｇ
＝
Φδ２ ２μ０Ｓ
Ｆｍａｇ －Ｆｓｐ －Ｆｐｒｅｓ － ｍｇ ＝ ｍｄｄｔ２ ｘ２
（２） （３）
式中，Ｕ０、Ｒ、ｉ、ψ 分别为等效电路中线圈电压、线圈电阻、线 圈电流、磁链；Φδ、μ０、Ｓ 分 别 为 等 效 磁 路 中 磁 通 （工 作 气 隙 为δ时）、真空磁导率、气隙截面积；Ｆｍａｇ、Ｆｓｐ、Ｆｐｒｅ、ｍ、ｘ 分别
ｗａｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｏｒ ｗｅｒｅ ｄｅ－ ｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｃ８０５１Ｆ３１０ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｌｏｗ ｃｏｓｔ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅ－ ｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｎｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ＥＦＩ ａｒｅ ０．９％ ａｎｄ １．１４％ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ａｎｄ ｔｈｉｓ ｍｅｅｔｓ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｏｒ．Ｍｅａｎ－ ｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｏｐｅｎｉｎｇ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｐｐｌｙ ｖｏｌｔａｇｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ，ｔｈｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｑｕａｎｔｉ－ ｔｙ ｃａｎ ｂｅ ａｍｅｎｄｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｗａｓ ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ．
在Ｄ 点，控制电压降为０，由于电感的存在，线圈 两端会产生感应电动势并很快衰减。在球阀落座过 程中，由于 气 隙 磁 阻 的 变 化，使 得 磁 路 中 的 磁 通 减 小。根据法拉第电磁感应定律，势必在电磁线圈中 产生感应电动势，使电磁线圈两端迅速下降的电动 势复又增加，在球阀落座终了时刻达到最大值（图４ 中Ｅ 点）。此后由于气隙不再改变，该电动势又很快 衰减，使得电流逐渐减小至０。这样分别检测到Ｄ、Ｅ 两点的时刻，其差便是关闭响应时间ｔｄ２。
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中 国 机 械 工 程 第 ２３ 卷 第 ５ 期 ２０１２ 年 ３ 月 上 半 月
４ 结束语
图 ５ 开 启 与 关 闭 动 态 响 应 时 间 检 测 系 统 框 图
时 补 偿 ，以 达 到 对 喷 油 量 的 精 确 控 制 。 本 文 对 型 号 １ 喷 油 器 在 供 电 电 压 改 变 的 情 况 下 ，对 其 开 启 响 应 时间进行测试，结果如图６所示。
关键词：电控喷油器；动态性能；测试；系统设计 中图分类号：ＴＫ４１１．５ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００４－１３２Ｘ．２０１２．０５．０２２
Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｔｉｍｅ ｆｏｒ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ Ｇｕｏ Ｈｕｉ １，２ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｅｎｄｏｎｇ１ Ｃｈｅｎｇ Ｑｉａｎｇ１ Ｓｕｎ Ｙｕｅｄｏｎｇ１
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｆｕｅｌ ｉｎｊｅｃｔｏｒ（ＥＦＩ）；ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ
０ 引 言
汽车发动机转速的提高要求电控喷油器的一 个喷油周期在几 毫 秒 之 内，并 在 这 段 时 间 内 喷 射 出精确计量的燃 油，以 满 足 发 动 机 对 空 燃 比 的 精 确控制需要，达到 日 益 严 格 的 排 放 法 规 及 降 低 燃 油消耗的要求。故电控喷油器需具有较高的动态 响应性能，即开启 过 程 和 关 闭 过 程 的 时 间 要 尽 可 能 短 。 ［１－２］
取。喷油器的电流变化曲线如图４所示。
喷油器开启、关闭动态响应时间的测试系统框 图如图５所示，单片机发出的控制信号经驱动电路 控制电控喷油器工作，线圈电流由一精密微小阻值 的电阻转换为电 压 信 号 ，经 信 号 放 大 电 路 、微 分 电 路、电压比较电路及电平转换电路处理后进入单片 机，记录下喷射器动态工作过程中的 Ｏ、Ｂ、Ｄ 及 Ｅ 点（图４）的时刻，经 ＲＳ２３２传送到 ＰＣ 机以便对数 据进行处理。电源模块对单片机及喷油器供电，调 节旋钮组件包含多个调节旋钮，可分别调节各运算 放大器的增益，保证 Ｂ、Ｅ 两点容易被单片机捕获。 同时，该系统也可以完成对喷油器的电压及喷射压 力的调节 ，用 以 测 量 不 同 电 压 、不 同 压 力 下 喷 油 器 的动态响 应 时 间。运 行 于 ＰＣ 机 的 上 位 机 不 仅 可 以记录 、保存 所 采 集 到 的 喷 油 器 动 态 响 应 时 间 ，还 具有丰富的绘图功能，将不同工况下的结果以图形 的形式表示出来。同时，如果给该系统配以精密电 子天平 ，还可 以 完 成 诸 如 静 态 流 量 特 性 、动 态 流 量 特性、线性度、静态最低开启电压、动态最低开启电 压等参数的测量。
收稿日期：２０１１—０１—１７ 基金项目：高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 项 目 （２００８０２５２０００１）；上海市科 委 科 技 攻 关 计 划 项 目（１０２３０５０１５００）； 上海市高 校 选 拔 培 养 优 秀 青 年 教 师 科 研 专 项 基 金 资 助 项 目 （ＧＪＤ０８００５）；上海市研究生创新基金项目（ＪＷＣＸＳＬ１００１）
在喷油器的设 计 开 发、制 造 及 与 发 动 机 匹 配 过 程 中 ，需 要 对 喷 油 器 的 各 种 性 能 进 行 测 量 ，如 静 态流 量 特 性、动 态 流 量 特 性、线 性 度、静 态 最 低 开 启 电 压 、动 态 最 低 开 启 电 压 ，以 及 喷 油 器 的 开 启 和 关闭的响应时间等参数。国内已经研制出多套各 具特色的测试系统或装置［３－５］，可供喷油器 的 性 能 试 验 、出 厂 测 试 使 用 ，但 这 些 装 置 几 乎 不 能 直 接 测 量喷油器的动态 时 间 参 数，即 开 启 和 关 闭 的 响 应 时 间 。 因 此 ，急 需 一 种 简 单 的 测 试 方 法 ，以 设 计 检 测喷油器的动态时间参数的测试系统。
１．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０００９３ ２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，２０１６２０
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａｎ ＥＦＩ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｕｒｖｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｉｌ ｏｆ ｔｈｅ ＥＦＩ，ａ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｉｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＥＦＩ