电控双阀泵喷嘴响应时间测试方法研究

电控双阀泵喷嘴响应时间测试方法研究

方案。

电控泵喷嘴（eleccronic，uniL injector，EUI）的喷油过程呈靴型喷射规律，如图1所示。当针阀开启时，高压燃油迅速喷射，而后续燃油由于惯性和柱塞运动相对较慢，造成压力有一定的下降[1.5-6]，喷油压力曲线斜率明显降低（如图l中A点），此时斜率≤0。所以，EUI 开启响应时间T1是指从控制系统发出激发电流信号开始，到喷嘴压力腔压力曲线在上升过程中出现较明显下降为止。

在电控双阀泵喷嘴中，SCV阀的开启和NCV阀的关闭都能实现停止喷油。SCV阀开启时刻、NCV阀关闭时刻、两者时间间隔的不同组合，可以得到不同的针阀关闭压力，即喷嘴油腔中压力值不同，此压力值为控制背压。在控制系统中将喷嘴关闭压力值作为特征值反映SCV 阀、NCV阀的动作顺序。所以，EUI关闭响应时间T o是指维持电流下降沿到喷嘴端压力变化至控制背压（如图1中B点）所经历的时间。

本文利用喷嘴端油腔内的压力波形测量EUI的响应时间。具体方法是将EUI夹装在试验台上，使之处于正常工作状态，基于单片机技术，通过监测电量和压力量测定EUI的响应时间。该方法具有以下优点：测量环境与实际使用环境更为接近，测量结果包含了内部燃油压力、粘滞、温度、机械振动等因素的影响；实验台功能全面，除了可以测量响应时间，还可测量油量等性能参数；通过输出的压力波形，可判断故障，在工程上具有更高的应用价值。

2.测试系统开发

由于该方法是首次应用于电控双阀泵喷嘴响应时间的测量，为验证其可行性、有效评价电控双阀泵喷嘴的性能，本文开发了一套测试系统，如图2所示。

2.1 单片机

单片机按一定程序控制电磁阀驱动信号，使EUI正常工作；记录各测量单元的数据，并对数据进行处理，计算响应时间。本文采用飞思卡尔公司的MC9S12XEPIOO型单片机，具有总线频率高、A/D转换时间短等特点。

电控双阀泵喷嘴的响应时间一般在0.5～3ms范围内，为提高测量精度，使用12MHz的外部晶振，即机器周期为1μs，对时间的测量即转换为时钟周期数的测量。

2.2 电磁阀驱动信号单元

为电磁阀供电，并按设定程序驱动电磁阀动作，实现电磁阀开启、关闭时刻的控制。为保证电磁阀的正常工作，对驱动电路提出了开启快速、维持稳定、关闭干脆的要求。

为实现以上功能，并保证工程应用价值，检测系统移植了原发动机上的高低双电压驱动方式。在驱动电磁阀动作时，激发电流由50V电源供给，线圈电流飞速上升，电磁阀阀芯迅速启动。阀芯启动瞬间，改用12V电源供电，阀芯维持在工作位置。由于在启动时采用强激磁电流，而启动后又用较小的维持电流维持阀芯位置，使电磁阀复位时磁力消退加快，既减少了电磁系统延迟对电磁阀启闭响应时间的影响，又节约了能源。

2.3 凸轮（驱动单元）

用于驱动EUI的柱塞泵油。凸轮通过轴及爪盘与驱动电机连接，转速传感器安装在爪盘附近。爪盘一周仅有一个齿，当该齿通过传感器时，产生感应电动势。传感器输出的是与转速成正比的正弦波信号，通过限幅、放大、整形后将之转换为5 V的方波脉冲信号，该信号用于测量凸轮转速。同时作为转速控制程序的反馈，使凸轮按照设定的转速平稳旋转。由于只有一个脉冲信号，可为电磁阀驱动信号提供基准。

2.4 压力信号采集与处理

压力传感器采用电阻应变式压力传感器，安装在喷嘴上，实时检测喷嘴内的动态压力值，并进行信号处理。信号处理包括滤波和A/D转换两部分，复杂的滤波电路和A/D转换电路占用空间大并且稳定性不好。本系统采用RC滤波电路滤去高频干扰，采用软件滤波实现滤波的功能。A/D转换采用微处理器自带的有16路转换位数可选的A/D转换模块，简化了电路的设计，压力信号采集与处理电路如图3所示。将压力信号的输出端与单片机的PAD6引脚连接。

该硬件滤波电路简化了ECU的硬件，但对软件滤波的要求较高。为使输出波形具有良好的平滑性，采用滑动平均值滤波和中值滤波相结合的方法，既降低了周期性干扰，又减少了偶然因素引起的变化。具体方法是设置一个3n-维数组，用于存放压力信号AD值，将各数值从大到小排列后去掉n个最大项和几个最小项，再将剩下的n项求算术平均值作为输出值。接下来再重新赋值，重复上述计算。在这种算法中，n值太小，滤波效果不理想；n值太大又会影响实时性。从试验结果看，n选4时结果较理想。

由于测量准确度需在±10bar（1bar=105Pa），所以A/D转换的位数要能使检测精度高于测量要求。对应的目标压力从0～3000bar变化，输出电压为0.5～4.5V，每单位压力对应1.33 mV电压。如要分辨lObar的变化，A/D的分辨率至少为13.3mV。系统中A/D转换位数为10位，其分辨率为4.88mV，能满足分辨率的要求。

2.5 同步控制

为保证测量的精确性，计时信号必须与触发信号同步。本文中的同步控制是通过单片机的串行外设接口（serial peripheral interface，SPI）实现的。

3.测量结果

将EUI固定在安装套件中，压力传感器用于测量喷嘴端的动态压力，控制信号由电磁阀驱动信号线输送至电磁阀，安装套件用于固定泵喷嘴，凸轮使柱塞按照一定的规律泵油。

测试界面中泵喷嘴信息栏显示的是当前待测泵喷嘴及相应维修套件的基本信息；工况参数栏显示的是当前实验台的基本工作参数；为提高测量系统的灵活性，将测试流程分为若干步骤，可根据需要自由选择；测试结果栏显示每个步骤下的测量结果，并具有上下限报警功能；通过功能选择栏可使用实验台的其他功能。

为便于对试验输出量进行实时监控，还设计了信号实时监控模块。其功能类似于示波器，能将试验中系统的电流、压力等参数的详细情况以图形的方式直观显示出来，并且可以保存图形。这对系统软硬件设计、调试及EUI故障的判断都很有帮助。图4所示是监控模块显示的某型泵喷嘴的实际检测结果。

为验证此方法的可行性，选用一组电控双阀泵喷嘴进行对比试验。振动法在Bosch EUS实验台上完成。

表1是分别使用振动法和波形法检测6只EUI开启响应时间的结果，该型EUI开启响应时间的最大允许值是1.800ms，每只EUI各检测一次。从试验结果看，仅5号和6号EUI在两种方法下检测结果相差小于1%，其他4只相差较大。根据振动法的检测结果，1，2，4号EUI正常；根据波形法的检测结果，1，2，3号EUI正常；根据实机使用效果看，l，2，3号EUI正常，即波形法检测结果与实际相符，振动法对于3号、4号两只EUI的检测结果与实际不符。

表2是对于2号EUI分别用振动法和波形法进行重复性检测的结果。从表中可看出，用波形法检测6次的结果较为接近，并都符合使用标准，与实机使用效果相同。用振动法检测6次结果相差较大，而且第3次、第5次检测结果显示此泵喷嘴不可用，与真实情况不符。通过试验发现，就单个电磁阀的实验结果而言，其规律与黄茂阳等建立的高速电磁阀静态模型和动态模型相一致。

从以上试验可知：由于电控双阀泵喷嘴在工作时振动信号复杂，使用振动法测量其响应时间