高压共轨柴油机多功能数据采集及燃烧分析系统的开发

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集高压共轨柴油机多功能数据采集及燃烧分析系统的开发于文斌，苏万华（天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津300072）摘要：本文通过高性能硬件和高端软件技术的有效结合，设计了一套基于PC机的多功能数据采集及燃烧分析系统。为了满足系统高速数据采集和通讯的需要，采用基于PCI总线的高速A/D数据采集卡和内置微处理器的多串口扩展卡等高性能硬件，结合相关的测量仪器，组成多参数测量的硬件平台。采用面向对象的设计方法，充分利用各种软件开发工具例如：Labvie

2、w、VisualBasic6.0、MatrixVB、C语言、Access数据库等完成了软件系统的设计。利用多线程、多级缓存、显示缓存、多串口通讯等技术，有效地提高了瞬态数据采集和处理速度，实现了多参数同步采集、燃烧状态实时监控及燃烧过程分析。最后通过对共轨柴油机在不同喷油模式下的工作状况的分析来验证系统的可靠性和实用性。关键词：多参数同步采集、燃烧分析、高压共轨柴油机术，充分利用PC机的软硬件资源，开发基于引言PC机的柴油机多通道燃烧分析系统。开发的系统应该具有很好的可移植性。即在不改变程序发动机测试技术是内燃机研究、开

3、发过程主体结构的基础上，通过参数及少量硬件的修中一个必不可少的环节和重要手段，发动机技改，即能应用到其它如汽油机、代用燃料发动术的每一个进步都要以实验为基础，靠实验来机等类型内燃机上。验证。随着发动机技术的发展和内燃机性能研究的不断深入，对发动机测试技术的要求也越1系统总体设计及工作流程来越高，表现为现代测试、控制、分析技术越多通道数据采集及燃烧分析系统主要由两来越多地被应用于发动机的前期研究。发动机大系统组成，它们分别是：测试技术已成为新产品开发不可缺少的基本手（1）在线瞬、稳态数据采集测试系统段。随着科学技术的迅猛发

4、展和学科之间的相（2）离线燃烧状态分析系统互渗透，发动机的测试方法、测试系统、测试仪表以及测量数据处理技术已经形成一个专门学科。作为内燃机测试系统重要部分的数据采集与分析处理技术也得到了同步地发展，正朝着高精度、高速率、大容量、多通道同步、在线分析及多功能多用途的方向发展，采集通道数量也不断增多。随着计算机技术、传感器技术和测量技术的发展，高速数据采集和信号处理系统的研制开发不断有新的突破，使内燃机图1系统工作流程多项参数的实时测量和快速分析成为可能。随在线瞬、稳态数据采集测试系统负责及时着网络技术的发展，内燃机试验系统

5、正逐步走的监视共轨发动机的气缸压力、共轨压力、排向网络化，可在网络化试验环境中集中进行试放状态及发动机转速、进、排气温度、压力，验准备和数据处理，并利用各联网试验台所测机油、冷却水温度等其他多种重要的稳态参数，得的数据进行分析，加快研究开发的进程。本并能够及时的将数据存储下来。离线燃烧状态文的目标是开发一套柴油机测试系统，除具备分析系统负责利用在线瞬、稳态数据采集测试测量柴油机常规稳态参数的基本功能，还能同系统所采集的数据对高压共轨发动机的喷油、步采集所有气缸的压力数据，基于虚拟仪器技成都，2007年8月中国内燃机学会燃

6、烧净化节能分会2007年学术年会论文集燃烧、做功等情况进行分析比较，并得到可视方式，每0.5度曲轴转角采一个电压值，那么化以及报表形式的分析结果。一个循环采集1440个点。工作流程如图3所示。程序中通过对采集的缸压曲线做计算，我2在线瞬、稳态数据采集测试系统们可以得到每个缸的最大爆发压力、最大爆发在线瞬、稳态数据采集测试系统的整体设压力相位、压力升高率曲线、最大压力升高率计原理是基于虚拟仪器技术和PC技术。及其相位，并能实时显示当时的P-V图、指示功、进排气指示功以及平均有效压力等。共轨2.1硬件设计压力采集如图4所示。

7、瞬、稳态数据采集测试系的硬件系统由多通道高速NIPCI-6229数据采集卡、ADAM4015热电阻模块、ADAM4520隔离转换器、智能型多串口卡、KISTLER压力传感器、光电编码器、电荷放大器、AVL五组分气体排放仪、KY3804高性能小型压力变送器、共轨压力传感器、、PT100铂电阻温度传感器、K型热电偶温度传感器、PC机等硬件组成。系统以PC机为核心，通过NIPCI-6229数据采集卡和智能型多串口卡同步采集发动机的控制参数、状态参数和环境参数。系统硬件结构如图2所示。图4共轨压力采集（2）稳态参数采集稳态参数包

8、括：温度、压力以及排放。其中温度有：机油温度、中冷前进气温度、中冷后进气温度、出水温度、排气温度；压力有：大气压力、机油压力、中冷前进气压力、中冷后进气压力、涡轮前排气压力、涡轮后排气压力；排放包括：CO、HC、CO2、O2、NOx五种排放气体。针对不同的采集参数我们采用了不同的采集硬件设备和不同的采集方式，温度和排