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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱工性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱工性能測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者:佚名來源:不詳錄入:jdzj868 更新時(shí)間：2009-6-2 9:28:17 點(diǎn)擊數(shù)：1

【字體：

】

摘要本文針對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)測試中熱工性能指標(biāo)的測試需求，設(shè)計(jì)了一套測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在線檢測汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力、流量等參數(shù)，實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)測試精度高，性能穩(wěn)定，由于采用了分層設(shè)計(jì)和總線技術(shù)，系統(tǒng)擴(kuò)充方便，可滿足多參數(shù)的在線測試。
關(guān)鍵詞汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 熱工參數(shù) 測試

1．引言
汽車技術(shù)的發(fā)展很大程度上取決于試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展。國外技術(shù)處于領(lǐng)先地位的汽車公司都擁有先進(jìn)的測試技術(shù)和完整的試驗(yàn)設(shè)施，尤其擁有由相當(dāng)數(shù)量試驗(yàn)臺架組成的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)室。發(fā)動(dòng)機(jī)測試指標(biāo)眾多，發(fā)動(dòng)機(jī)測試技術(shù)是汽車測試技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，也是最復(fù)雜的一個(gè)部分。衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)主要有：功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗等，在發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)性能試驗(yàn)中測量的參數(shù)有發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃油消耗量和燃油消耗率、燃油溫度、潤滑油壓力和溫度、進(jìn)氣壓力和溫度、排氣溫度和壓力、冷卻水的進(jìn)出口溫度等。
發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)通過各種類型的傳感器實(shí)時(shí)測量，現(xiàn)代高水平的試驗(yàn)室可同時(shí)測量上百個(gè)參數(shù)；有些參數(shù)可直接測量得到，有些參數(shù)需根據(jù)測量到的參數(shù)和公式進(jìn)行計(jì)算得出�，F(xiàn)代測試設(shè)備一般都提供數(shù)據(jù)的后處理，可按用戶要求提供所需數(shù)據(jù)的最終處理結(jié)果，以表格和曲線等形式出現(xiàn)。
本文針對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)測試中的熱工性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱工性能測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的多點(diǎn)溫度、壓力、流量等進(jìn)行檢測，并能顯示參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線，可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和生成報(bào)表，整個(gè)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，可靠性好，精度較高。
2．測試內(nèi)容
2．1 冷卻水流量測量：冷卻水的最大溫度為150℃；最大流量為10m3/h；管徑：φ30。特點(diǎn)：管路空間比較狹小，無前后直管段、測量時(shí)不改變原管路結(jié)構(gòu)，以保證管路阻力特性不變。測量精度：±0.5％～2％；測量點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)。
2．2 壓力測量及數(shù)據(jù)采集：介質(zhì)為冷卻水；最大壓力：2.0kgf/cm2；特點(diǎn)：傳感器安裝空間小，要求壓力傳感器的尺寸較�。� 精度：±1％；測量點(diǎn)數(shù)：2 點(diǎn)。
2．3 溫度測量：需要測量冷卻水、發(fā)動(dòng)機(jī)表面、內(nèi)部環(huán)境等多處溫度，測溫范圍：<1000℃；精度：±1℃，測量點(diǎn)數(shù)：<100 點(diǎn)。
2．4 電壓測量：檢測蓄電池、風(fēng)扇等的電壓，測量范圍：0～15VDC；測量精度：±0.1V；測量點(diǎn)數(shù)： 2 點(diǎn)。
2．5 冷卻風(fēng)量測量：要求測量冷凝器前的進(jìn)風(fēng)量，在冷凝器表面一定的截面積（450×800）范圍內(nèi)，測量出各點(diǎn)的風(fēng)速的分布和風(fēng)量；測點(diǎn)布置：≤20 點(diǎn)。風(fēng)速測量范圍：15m/s（峰值<50m/s）,測量精度：±2.5％
2．6 濕度測量：測量當(dāng)時(shí)環(huán)境的濕度，測量精度±2%。點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)。
2．7 車速測量：系統(tǒng)具備在線車速測量功能，測量范圍：10km/h～160km/h，點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)。
3．測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本測試系統(tǒng)由三層結(jié)構(gòu)組成，分別為：測量與變送層、數(shù)據(jù)采集與信號轉(zhuǎn)換層，以及數(shù)據(jù)處理層。測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

測量變送層由各類傳感器組成，分別為壓力傳感器、超聲波流量計(jì)、熱電偶、電壓傳感器、風(fēng)速測速傳感器（風(fēng)速計(jì)）等。
上述的傳感器中，大多可采用標(biāo)準(zhǔn)的傳感器進(jìn)行檢測，但發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)量檢測傳感器設(shè)計(jì)比較困難。原因有以下幾點(diǎn)：1）電磁干擾強(qiáng)，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附近電磁干擾非常強(qiáng)，筆者曾打開汽車前蓋，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將電磁式風(fēng)速儀放在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)附近，在無風(fēng)條件下，因電磁干擾，該風(fēng)速儀顯示最大風(fēng)速為3 米/秒。2）高溫環(huán)境，發(fā)動(dòng)機(jī)附近的高溫，使一般電子元件不能正常工作。3）檢測位置狹小，檢測裝置厚度不能超過25mm。
由于上述原因，市場上的風(fēng)量檢測傳感器顯然不能滿足需求，只有自行設(shè)計(jì)。根據(jù)需求設(shè)計(jì)如下：為克服汽車內(nèi)部的高溫和強(qiáng)電磁干擾，選用耐高溫的反射式光電傳感器，檢測信號通過高溫屏蔽信號線傳輸?shù)椒糯笳坞娐�，然后后送CPLD，通過對CPLD 編程，實(shí)現(xiàn)對多路頻率信號進(jìn)行檢測。如圖2 所示。

4．軟件設(shè)計(jì)
軟件系統(tǒng)以美國著名的“LABVIEW”組態(tài)軟件作為計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)平臺。數(shù)據(jù)處理層是應(yīng)用計(jì)算機(jī)將RS485總線上的數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)換為RS232）傳送到計(jì)算機(jī)中，通過計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示（包括趨勢圖顯示）、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)保存、生成報(bào)表和打印等。
打印報(bào)表是測控系統(tǒng)普遍要求的一項(xiàng)基本功能，Microsoft Excel 是強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件，應(yīng)用極為廣泛，通過與LabVIEW 的結(jié)合，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到Excel 中，充分利用了兩者的功能。試驗(yàn)者在試驗(yàn)結(jié)束后，可查看Excel 文件中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行其他進(jìn)一步處理。
5．結(jié)論
本系統(tǒng)已成功應(yīng)用在某汽車研究中心的實(shí)驗(yàn)室中，一年多的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果顯示，完全能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)熱工參數(shù)測量的需要，測試精度高，性能穩(wěn)定，由于采用總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)擴(kuò)充也很方便。
作者的創(chuàng)新點(diǎn)是：國內(nèi)對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熱工參數(shù)的測試大多停留在分別對某些參數(shù)的測試，綜合測試系統(tǒng)的研究處于起步階段，尚沒有同類產(chǎn)品，本系統(tǒng)可同時(shí)測試多種參數(shù)，更有利于分析發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。另外，解決了高溫，強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)量的檢測。
參考文獻(xiàn)
[1] 榮鋒．汽車運(yùn)行狀態(tài)圖像記錄儀的研制[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2006,10-2：302-304。
[2] 王問雄.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系冷卻風(fēng)量的估算[J].汽車科技,2005，11：33-35。
[3] 雷振山．LabVIEW7Express 實(shí)用技術(shù)教程[M].北京：中國鐵道出版社，2005。

作者簡介：左小五（1971-），男（漢族），上海理工大學(xué)光電學(xué)院，講師，碩士，主要研究方向：嵌入式系統(tǒng)，現(xiàn)場總線，信號檢測與計(jì)算機(jī)控制。
王麗潔（1982-），女（漢族），上海理工大學(xué)光電學(xué)院研究生，主要研究方向：現(xiàn)場總線。