国产麻豆精品视频-国产麻豆精品免费视频-国产麻豆精品免费密入口-国产麻豆精品高清在线播放-国产麻豆精品hdvideoss-国产麻豆精品

摘要
研發(fā)新的燃油涉及到一家石油公司的多個領域以及多種試驗，包括基于底盤測功機的車輛排放試驗以及基于發(fā)動機臺架試驗室的發(fā)動機性能試驗。尤其是對于柴油以及汽柴油混合燃料，一個重要的試驗就是評估車輛冷起動過程中的發(fā)動機轉速曲線。
在該工作中，對于發(fā)動機轉速曲線分析，技術人員研發(fā)了一個系統(tǒng)通過使用發(fā)動機飛輪齒圈信息以及一臺標準筆記本電腦的音頻輸入端口來獲取信息。同時，研發(fā)了一套精確的軟件來分析所獲得的信號。該系統(tǒng)可以給出發(fā)動機起動過程的許多重要信息，如起動電機開始運行時間，停止時間以及發(fā)動機怠速。所有這些信息都通過一個廉價的儀器裝備被采集。這個系統(tǒng)同樣可以分析，發(fā)動機的某個轉速，發(fā)動機轉速的微小波動。
因此，本文推薦了一種可以用于不同車輛以及發(fā)動機轉速分析的簡單以及廉價的程序，任何試驗室都可以實施的。

說明
新燃油混合物的研究包含多種基于臺架發(fā)動機試驗以及基于車輛自身的試驗。其中的一些試驗包括排放試驗，氣門沉積物，動力性試驗等等。其中的一項為發(fā)動機冷起動評估瞄準確定排放物，如參考文獻[1]和[2]中所示，以及冷起動后發(fā)動機達到穩(wěn)定怠速的時間。考慮到這些，該研究提出了一種方法以及一套系統(tǒng)來獲取發(fā)動機起動初始階段的轉速。下文中將介紹研發(fā)的系統(tǒng)如何獲取轉速信號，起動過程信號的理論研究以及定性起動過程的重要參數(shù)。最終，討論了該系統(tǒng)的新的可能性。

方法
本部分描述如何獲取以及處理飛輪齒圈信號的方法，以確定發(fā)動機冷起動過程中的轉速曲線。第一步，需要確定傳感器的型號及其在車輛上的安裝位置。在該項工作中，車輛有一個霍爾傳感器。第二步，需要研發(fā)新的硬件來獲取車輛轉速信號并將其發(fā)送至電腦。最后，通過兩個軟件來獲取轉速曲線：一個獲取信號，另一個用來處理信號。接下來的章節(jié)將會介紹更加詳細的情況。

霍爾傳感器
霍爾傳感器是一種當磁場變化時，輸出電壓會發(fā)生變化的傳感器,參考文獻[3]。在汽車工業(yè)中，這種傳感器被廣泛應用在車輛上來獲得發(fā)動機轉速以及發(fā)動機活塞在機體內(nèi)的位置。一般情況下，這種傳感器直接附屬于飛輪齒圈。在本論文中，它被應用到柴油機皮卡上，傳感器位于車輛前部的發(fā)動機下面。
飛輪齒圈有一組磁性齒牙，當這些齒牙經(jīng)過傳感器時可以在霍爾傳感器中產(chǎn)生電壓。因此，當發(fā)動機一開始轉動，傳感器就會產(chǎn)生脈沖，通過脈沖寬度能夠得出發(fā)動機轉速。圖1距離說明了這種傳感器，飛輪齒圈以及產(chǎn)生的脈沖信號。在飛輪中，同時存在一些非磁性齒牙，用來確定活塞在燃燒室內(nèi)的位置。所以，磁性齒牙以及非磁性齒牙的數(shù)量是進行信號分析前最先需要確定的事情。


硬件
試驗用到的硬件僅僅是一根線纜和一個電路，用來降低通過終端的電壓，證明文章前面提到過的這是一個廉價系統(tǒng)。這根線纜一端裝有一個相容的P2插頭用來連接筆記本電腦，另一端是一對鱷魚嘴夾子，用來連接傳感器。
用來降低電壓的電路是一個由兩個電阻構成的簡單的電壓分配回路，其中R1的阻值為33kΩ，R2的阻值為270Ω。選擇這樣兩個電阻是為了確保以下兩個方面：
電壓分配應該降低電壓至10，這意味著R2/(R1+R2)=1/10，同時；
該電路必須具有高阻抗以保證不會干擾車輛的正常功能，這意味著R1與R2的取值要很大。
圖2給出了電壓分配電路的示意圖。


軟件
軟件由兩部分構成：其中一部分用來獲取數(shù)據(jù)，另一部分用來處理信號。獲取的轉速信號使用Windows的“錄音機”應用程序進行處理，如圖3所示。用戶需要起動錄音機而后發(fā)動車輛。記錄一分鐘的數(shù)據(jù)，必須保存記錄數(shù)據(jù)。


在保存對話框里，可以將采集到的數(shù)據(jù)存為WAV格式。此外，可以設置成其他一些音頻參數(shù)，如：樣本率，單聲道或立體聲等等，如圖4所示。在本文中，設置為單聲道，樣本率為48kHz。


聲音文件處理是通過一個用MATLAB編寫的程序參考文獻[4]計算的。通過改程序載入WAV文件，計算并測量脈沖寬度，并計算發(fā)動機轉速。最后，發(fā)動機轉速被顯示給用戶。圖5給出了該系統(tǒng)的示意圖。

識別齒牙數(shù)量
飛輪齒圈磁性及非磁性齒牙數(shù)量是通過一個簡單的試驗來確定的。起動發(fā)動機同時采集霍爾傳感器信號。信號與圖6中所示的相似。

很明顯，圖中顯示出了一種圖案包含幾個短的脈沖緊接著一個長的脈沖，代表每個磁性齒牙經(jīng)過霍爾傳感器的情形。長脈沖信號代表沒有在霍爾傳感器中產(chǎn)生感應的非磁性齒牙。

飛輪齒圈的齒牙數(shù)量可以通過圖6及圖7確定。圖6可以發(fā)現(xiàn)55個短脈沖代表磁性齒牙數(shù)量。長脈沖信號代表連續(xù)的非磁性齒牙。從圖7中可以看到，長脈沖信號的持續(xù)時間接近段脈沖信號的5倍；故而有5個非磁性齒牙。


計算程序
圖8描述了計算程序的流程圖，基本上，它測量脈沖時間長度。它跨越了整個數(shù)據(jù)設置及計算，并且記錄了兩組不同類型的信息:段脈沖持續(xù)時間以及兩個連續(xù)長脈沖之間的時間間隔。第一種信息可以測量瞬時轉速第二種信息會給出每轉一圈的平均轉速。
計算程序的結果是一幅圖像顯示發(fā)動機每一轉的瞬時轉速及平均轉速。這些圖像對于確定發(fā)動機轉動的一些特性有用，這將在下面的章節(jié)中討論。

發(fā)動機速度曲線模型
圖9給出了一種典型的發(fā)動機速度曲線。里面有一些特性值得注意。這些特性是：起動電機的作用時間（Tm），發(fā)動機最大轉速（Ro），爬升階段（Ts），發(fā)動機怠速（Re），達到最大轉速時間（Tp）以及穩(wěn)定時間（Te）。

曲線中的參數(shù)可以用來評估發(fā)動機冷起動品質(zhì)或者用于不同燃油、不同車輛間或者兩種同時包括的比較研究。另外，他們也是診斷機械失效原因所必須的有價值信息參考文獻[5]。起動過程中可能發(fā)生的故障：
起動時間過長：在低溫環(huán)境下起動時間超過2S；
冷起動失敗：發(fā)動機在10S內(nèi)沒有成功起動；
起動失敗：發(fā)動機起動但是關閉點火開關后立即停車；
不規(guī)則的怠速運行：怠速不規(guī)則，發(fā)動機震動明顯；
振動：發(fā)動機轉速循環(huán)波動，甚至不踩加速踏板時也存在；
游車：當打開節(jié)氣門時，車輛沒有及時反饋，有可能導致熄火；
瓶頸：在車輛移動過程中加速率短暫但是顯著的降低；
爆炸：因發(fā)動機內(nèi)油氣混合物的不正常點火引起的金屬敲擊聲；
回火：車輛進氣門或排氣門內(nèi)放炮；
發(fā)動機熄火：點火開關開啟過程中發(fā)動機停轉。
試驗
研發(fā)的系統(tǒng)在兩臺皮卡柴油機上進行了試驗。圖10給出了兩臺柴油機的區(qū)別。車輛B看上去起動時間要比車輛A起動時間長。

圖11顯示的是使用不同燃油混合物時進行相同的試驗所產(chǎn)生的不同結果。在該案例中，車輛A的起動時間比車輛B的起動時間要長。

注釋
盡管獲取發(fā)動機冷起動轉速曲線很容易，所研發(fā)的系統(tǒng)能夠獲得定性描述發(fā)動機冷起動所需信息，此外，能夠給出發(fā)動機每轉的詳細轉速信息。圖12顯示的是兩條曲線，其中的藍線代表發(fā)動機轉動一圈內(nèi)的平均轉速，紅線代表發(fā)動機瞬時轉速。可以看出，不同通過一個固定的發(fā)動機轉速提升達到怠速，而是圍繞平均速度來回震蕩提升的。


前面提到的行為可以通過兩方面來解釋：燃燒室內(nèi)活塞速度并不一致，同時活塞曲軸間的傳遞作用并不是線性的。
燃燒室內(nèi)活塞速度并不一致是因為某一瞬間發(fā)動機正在做正功這會使發(fā)動機加速；某一瞬間發(fā)動機壓縮油氣混合物會降低發(fā)動機轉速。此外，其他的許多變動也會影響活塞的速度，如：點火時刻，壓縮比，燃空比，僅僅列舉這些。
轉速震蕩的另外一個原因是由于曲軸與活塞速度間的非線性關系參考文獻[2]，圖13中舉例進行了說明。這個關系可由下式表示：
式中
S：曲軸軸心與活塞銷中心間距；
Θ：曲軸轉角；
a:曲柄半徑；
l：連桿長度

圖13顯示了活塞連接到曲軸情況，參考文獻[6]說明。
可以看出，瞬時轉速類似于一個正弦波，并且對于每一轉有兩個周期的正弦波，見圖14。這個現(xiàn)象可以從2個方面解釋。發(fā)動機每2轉完成一個熱力循環(huán)，發(fā)動機有4個氣缸。所以，對于每一轉，都有2個沖程。

圖14同樣顯示出，更多信息可以從瞬時轉速曲線上解讀出。同樣的，通過缸壓曲線可以分析每度曲軸轉角下噴油或點火；近似的分析可以應用于氣缸的容積變化曲線，進而獲得有關發(fā)動機運行的更多信息。

在汽油機上的應用
開發(fā)的系統(tǒng)同樣可以用于分析汽油機冷起動。對于此，僅需對系統(tǒng)進行兩個微小改動。線纜的一段必須連接一個小爪子，通過點火脈沖來獲取信號，不再是通過飛輪齒圈。同時軟件也會有一些不同，但是同樣很簡單。需要測量兩個連續(xù)峰值電壓間的時間間隔。圖15給出了新的構成。


點火信號的例子在圖16中給出。為了處理這個信號，需要定義一個最低電壓門檻，以便識別有效點火脈沖同時一個算法程序可以計算連續(xù)點火信號間的時間間隔。圖17中的數(shù)據(jù)顯示了一臺汽油發(fā)動機的速度曲線。在冷起動初期以外，推薦系統(tǒng)可以監(jiān)測發(fā)動機在任何轉速范圍內(nèi)監(jiān)測發(fā)動機轉速，所以可做其他用途，如：發(fā)動機轉速控制。


總結/結論
在本研究中，介紹了一種廉價的系統(tǒng)來獲取柴油發(fā)動機冷起動過程中的轉速曲線。就像前面敘述的那樣，該系統(tǒng)并不昂貴也不復雜。需要一個筆記本電腦，一根電纜以及一個電壓降低回路以及一個軟件來處理信號。需要格外注意的是需要一些汽車硬件知識以便于確定傳感器的類型及安裝位置。這是布置該系統(tǒng)最復雜的一環(huán)。


這個簡單的系統(tǒng)可以識別出發(fā)動機冷起動過程中的重要信息，如：發(fā)動機啟動時間，發(fā)動機怠速以及最高過沖轉速。同時，通過對轉速分析可以從數(shù)據(jù)中獲得更多信息。通過使用一個高分辨率的角碼器以及高采樣頻率的數(shù)據(jù)采集裝備，可以獲得更多的發(fā)動機信息，例如點火時刻，進氣門開啟時刻以及排氣門開啟時刻等等。
最后，值得注意的是該系統(tǒng)同樣可以應用于汽油機。在這些應用中，可以通過一些改動采集點火信號以及確定發(fā)動機轉速曲線。