壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置設(shè)計(jì)

1、目 錄第一章 緒論11.1設(shè)計(jì)目的21.2壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射裝置概述21.3噴油過程41.4幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義：51.5噴油器總成5第二章 壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)72.1壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置控制系統(tǒng)概述72.2壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置的原理112.3壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置相位調(diào)整112.4壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置測(cè)量線路112.5壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置試驗(yàn)結(jié)果分析152.6壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置校驗(yàn)壓電壓力傳感器162.7壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置相關(guān)油管嘴端壓力與針閥體壓力室壓力16第三章 機(jī)械傳動(dòng)選用及設(shè)計(jì)計(jì)算183.1圓錐齒輪

2、的計(jì)算183.2主傳動(dòng)軸的相關(guān)概算203.3花鍵聯(lián)軸器的計(jì)算203.4.壓力波動(dòng)的分析223.5.燃油的可壓縮性223.6.管路的容積變化233.7.管路中的壓力波動(dòng)233.8. 噴油泵的參數(shù)選擇及其對(duì)柴油機(jī)性能的影響243.9.噴油泵的速度特性校正263.10可變減壓容積273.11.可變的減壓作用273.12.高壓油管273.13.壓燃式內(nèi)燃機(jī)異常噴射現(xiàn)象283.14二次噴射293.15穩(wěn)定噴射30第四章 測(cè)試精度31第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)35致 謝36參 考 文 獻(xiàn)37第一章 緒論測(cè)試的基本任務(wù)是獲取有用的信息。首先是檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象的有關(guān)信息，然后加以處理，最后將其結(jié)果提供給觀察者或輸入其他信

3、息處理裝置、控制系統(tǒng)。因此，測(cè)試技術(shù)是屬于信息科學(xué)范疇，是信息技術(shù)三大支柱（測(cè)試控制技術(shù)、計(jì)算技術(shù)和通信技術(shù)）之一。測(cè)量是以確定被測(cè)物屬性量值為目的的全部操作。測(cè)試技術(shù)具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，或者可理解為測(cè)量和試驗(yàn)的綜合。人類在從事社會(huì)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)交往和科學(xué)研究活動(dòng)中，都與測(cè)試技術(shù)息息相關(guān)。測(cè)試是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法。科學(xué)的基本目的在于客觀地描述自然界?？茖W(xué)定律是定量的定律?？茖W(xué)探索需要測(cè)試技術(shù)，用準(zhǔn)確而簡(jiǎn)明的定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語言來表述科學(xué)規(guī)律和理論也需要測(cè)試技術(shù)，檢驗(yàn)科學(xué)理論和規(guī)律的正確性同樣需要測(cè)試技術(shù)?？梢哉J(rèn)為精確的測(cè)試是科學(xué)的根基。在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、

4、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗(yàn)等，都離不開測(cè)試技術(shù)。特別近代工程技術(shù)廣泛應(yīng)用著的自動(dòng)控制技術(shù)已越來越多的運(yùn)用測(cè)試技術(shù)，測(cè)試裝置已成為控制系統(tǒng)的重要組成部分。甚至在日常生活用具，如汽車、家用電器等方面也離不開測(cè)試技術(shù)。測(cè)量是人類認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的重要手段之一。通過測(cè)量，人們可以對(duì)客觀事物獲得數(shù)量的概念，通過歸納和分析，總結(jié)出規(guī)律。為了進(jìn)行測(cè)量，必須規(guī)定一些標(biāo)準(zhǔn)單位，如在國(guó)際單位制中，規(guī)定長(zhǎng)度的單位為米，時(shí)間的單位為秒，質(zhì)量的單位為千克，電流強(qiáng)度的單位為安培等等。所謂測(cè)量是借助儀器把待測(cè)物理量的大小用某一選定的單位表示出來，其倍數(shù)即為物理量的數(shù)值。測(cè)量值應(yīng)該由數(shù)值和單位組成?？傊?，測(cè)試技術(shù)已廣泛的

5、應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國(guó)內(nèi)貿(mào)易、國(guó)防建設(shè)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)和人民生活的各個(gè)方面，起著越來越重要的作用，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的一項(xiàng)必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。因而，使用先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)也成為經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展和科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。根據(jù)獲得測(cè)量結(jié)果的方法不同，測(cè)量可分成兩大類：1.直接測(cè)量能夠利用儀器直接讀出物理量的測(cè)量值的測(cè)量稱為直接測(cè)量，相應(yīng)的物理量稱為直接測(cè)量量。例如，用電壓表測(cè)量電壓，用溫度計(jì)測(cè)量溫度等。2.間接測(cè)量在多數(shù)情況下，借助于一定的函數(shù)關(guān)系，由直接測(cè)量通過計(jì)算而獲得待測(cè)物理量的測(cè)量稱為間接測(cè)量，相應(yīng)得到的物理量稱為間接測(cè)量量。例如，圓柱的體積V可以用米尺測(cè)出它的

6、高H和直徑D，通過 計(jì)算。H和D是直接測(cè)量量，而體積V則是間接測(cè)量。由于本課題研究的是油管的殘留壓力,該壓力是可通過裝置直接采樣的,無需通過借助一定的函數(shù)關(guān)系計(jì)算獲得,因此該壓力測(cè)試是直接測(cè)量。1.1設(shè)計(jì)目的柴油機(jī)供油系統(tǒng)多參數(shù)的電測(cè)量，為研究供油系統(tǒng)噴射特性提供了手段。而且，目前在評(píng)估新品開發(fā)設(shè)計(jì)的噴油泵和噴油嘴的性能時(shí)，也常以多參數(shù)的電測(cè)量作為考核項(xiàng)目之一。因此，測(cè)量的精確性就顯得越發(fā)重要了。在以往的電測(cè)試驗(yàn)中，出現(xiàn)過油嘴已噴油的工況下，測(cè)出的油管壓力低于油嘴開啟壓力的情況。例如在二零零二年八月高速一號(hào)泵的電測(cè)試驗(yàn)中，油嘴開啟壓力為12.5MPA，當(dāng)油泵轉(zhuǎn)速為250RPM時(shí)，測(cè)出的嘴端最高

7、壓力只有11.69MPA。還有，日本VE泵在二零零二年九月的試驗(yàn)中，油嘴開啟壓力為18.13MPA（185kgf/cm2），在油泵轉(zhuǎn)速為390RPM時(shí)，測(cè)出的嘴端最高壓力只有17.013MPA（173.6 kgf/cm2）。在上述兩例試驗(yàn)中，油嘴針閥均已開啟噴油。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是什么呢？現(xiàn)有使用的傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換儀、數(shù)據(jù)處理儀、都是具有世界先進(jìn)水平的儀器。精度很高，隨機(jī)誤差很小。這就要考慮是否存在較大的系統(tǒng)誤差，即要從測(cè)試方法的角度去考慮了。目前一般采用壓電式傳感器測(cè)量壓力。壓電傳感器因其機(jī)械強(qiáng)度高，體積小，重量輕、高頻特性良好，輸出線性好等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛采用。但當(dāng)被測(cè)壓力變化頻率低，變化

8、幅度小時(shí)，壓電晶體的電荷量變化難于反映到測(cè)量結(jié)果中，即壓電傳感器的低頻特性差。而我們測(cè)量的油路中存在這種變化頻率低、幅度小的壓力高壓油管中的殘留壓力。因此，壓電傳感器是測(cè)不出這種壓力的。上面提到的現(xiàn)象極可能是因?yàn)闇y(cè)不出殘留壓力而產(chǎn)生的。在課題立項(xiàng)時(shí)，還曾考慮過壓電傳感器靈敏度變化問題，還有高壓油管嘴端壓力與針閥體內(nèi)壓力室的壓力差異問題，是否會(huì)對(duì)壓力測(cè)量精度產(chǎn)生一定的影響。這些都將在下面的論文中予以闡述。1.2壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射裝置概述燃油噴射裝置是柴油機(jī)的一個(gè)重要組成部分，在產(chǎn)品改進(jìn)和新品試制過程中，為了獲得良好的性能指標(biāo)，往往需要對(duì)燃油噴射系統(tǒng)進(jìn)行大量的調(diào)試工作.根據(jù)大量實(shí)踐表明,對(duì)現(xiàn)代

9、柴油機(jī)噴射裝置的要求是:（1）能精確的控制每循環(huán)的噴射量(并要求每缸等量),并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)(噴射持續(xù)角)噴入汽缸，換言之，即要求具有合適的噴油率。（2）為了優(yōu)化柴油機(jī)的性能、煙度、噪聲和排放，需要具備能隨柴油機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速變的、精度為1A的噴油提前角。（3）為了將柴油和空氣混合，需要高的噴射壓力，對(duì)具有強(qiáng)空氣渦流的直噴式或非直噴式柴油機(jī)，最大噴射壓力為3040MPA，對(duì)低渦流直噴式，最大噴射壓力約為4548MPA，對(duì)無渦流直噴式，最大噴射壓力在100MPA以上。近年來，得到蓬勃發(fā)展的電控噴射系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)要求（2）方面已比常規(guī)的機(jī)械液力式噴射裝置顯示出更大的優(yōu)越性，并開辟了將噴油系統(tǒng)控制和運(yùn)輸車

10、輛控制結(jié)合起來的可能性。在壓燃式內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)早期，燃油噴射是通過高壓空氣實(shí)現(xiàn)的。一九二七年，德國(guó)博世（BOSH）公司開始專業(yè)生產(chǎn)以螺旋槽柱塞旋轉(zhuǎn)方式調(diào)整供油量的機(jī)械式噴油泵，這種噴油泵的工作原理至今仍用于多數(shù)壓燃式內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)中。 圖1-1 燃油系統(tǒng)圖如圖1-1整個(gè)燃油系統(tǒng)由低壓油路（油箱、輸油泵、燃料濾請(qǐng)器、）（噴油泵、高壓油管、噴油器）和調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成。其核心部分是高壓油路所組成的噴油系統(tǒng)，人們也把這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)稱之為泵-管-嘴系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，噴油泵有柱塞式噴油泵和轉(zhuǎn)子分配式噴油泵兩種。對(duì)柱塞式噴油泵，每個(gè)柱塞元件對(duì)應(yīng)于一個(gè)氣缸，多缸內(nèi)燃機(jī)所用的柱塞數(shù)和氣缸數(shù)相等且和為一體，

11、構(gòu)成合成式噴油泵；對(duì)小型單缸和大型多缸內(nèi)燃機(jī)，常采用每個(gè)柱塞元件獨(dú)立組成一個(gè)噴油泵，稱之為單體噴油泵。轉(zhuǎn)子分配式噴油泵是用一個(gè)或一對(duì)柱塞產(chǎn)生高壓油向多缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)噴油，這種主要用于小缸徑高速壓燃式內(nèi)燃機(jī)上，其制造成本較低。在上述泵-管-嘴燃料供給系統(tǒng)中，由于有高壓油管的存在，使噴油系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)上的布置比較方便靈活，加上已積累了長(zhǎng)期制造與匹配的理論與經(jīng)驗(yàn)，因此，目前這種系統(tǒng)仍在各種壓燃式內(nèi)燃機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。但是，也正由于高壓油管的存在，降低了整個(gè)燃油供給系統(tǒng)高壓部分的液力剛性，難于實(shí)現(xiàn)高壓噴射與理想的噴油規(guī)律，也使這種傳統(tǒng)燃料供給系統(tǒng)的應(yīng)用前景受到一定的限制。為了滿足壓燃式內(nèi)燃機(jī)不斷強(qiáng)化及

12、日益嚴(yán)格的排放與噪聲法規(guī)的要求，目前正在大力發(fā)展各種高壓、電控的燃料噴射系統(tǒng)，如采用短油管的單體泵系統(tǒng)、泵噴嘴與PT系統(tǒng)、蓄壓式或共軌系統(tǒng)等等。在目前對(duì)于上述各種噴射裝置的研制中，對(duì)噴射裝置系統(tǒng)壓力性能有著很高的要求，而油管的殘留壓力，在整個(gè)壓力系統(tǒng)中占有十分重要的地位，因此對(duì)殘留壓力裝置的研究對(duì)整個(gè)燃油噴射裝置性能的提高有著十分重要的作用。1.3噴油過程壓燃式內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)，曲軸通過定時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)噴油泵旋轉(zhuǎn)，燃油從油箱經(jīng)濾清、輸油泵加壓（約0.10.15MPA）到噴油泵的低壓油腔。當(dāng)挺柱體總成的滾輪在凸輪基圓時(shí)，柱塞腔與低壓油腔通過進(jìn)、回油孔聯(lián)通，向柱塞腔供油，噴油泵凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)，凸輪推動(dòng)挺柱體總

13、成克服柱塞彈簧力向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞頂面上升到與進(jìn)、回油孔上邊緣平齊，進(jìn)、回油孔關(guān)閉，柱塞腔與低壓油腔隔離。當(dāng)柱塞再向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，柱塞腔內(nèi)的燃油被壓縮，壓力升高。當(dāng)壓力上升到大于出油閥開啟壓力與高壓油管內(nèi)殘壓之和時(shí)，出油閥開啟，燃油流入出油閥緊帽進(jìn)到高壓油管、噴油器體內(nèi)油路及針閥體盛油槽內(nèi)。柱塞繼續(xù)上升，油壓升高，當(dāng)噴油器針閥體盛油槽內(nèi)的油壓達(dá)到并超過針閥開啟壓力時(shí)，針閥打開，向氣缸內(nèi)噴油。由于柱塞頂面積大，噴油器的噴孔面積小，故噴射過程中壓力繼續(xù)升高。當(dāng)柱塞上升到其斜槽上邊緣與回油孔的下邊緣相聯(lián)通時(shí)，柱塞再上升，柱塞腔與低壓油腔相通，燃油流經(jīng)回油孔開啟截面進(jìn)入低壓油腔，柱塞腔壓力下降。隨后出油閥在

14、彈簧力和兩端油壓的綜合作用下開始下行，當(dāng)減壓凸緣進(jìn)入出油閥座孔后，出油閥緊帽腔與柱塞腔隔離，使緊帽腔到噴油器所組成的高壓油路內(nèi)保持一定量燃油，出油閥仍繼續(xù)下行到落座。出油閥在落座過程中，由于減壓容積的作用，使高壓油路（出油閥緊帽腔、高壓油管、噴油器體內(nèi)油道、盛油槽容積的總和）中燃油壓力迅速下降。當(dāng)盛油槽內(nèi)的燃油壓力小于針閥關(guān)閉壓力時(shí)，針閥落座，噴油停止。由于燃油的可壓縮性與慣性，壓力的傳播與反射，高壓油管內(nèi)的燃油將產(chǎn)生一定的壓力波，壓力波在出油閥緊帽腔到針閥體的盛油槽內(nèi)不斷衰減，趨于一定壓力定值即殘留壓力。上述噴油過程是可用壓力傳感器及位移傳感器和相應(yīng)儀器測(cè)出，考慮到測(cè)量的方便性和可行性，通常

15、噴油過程試驗(yàn)僅測(cè)出泵端壓力、嘴端壓力、針閥升程和噴油速率隨凸輪軸轉(zhuǎn)角變化關(guān)系。隨后，出油閥落座時(shí)，柱塞在凸輪驅(qū)動(dòng)下繼續(xù)上行到最大行程后，在柱塞彈簧力作用下，沿凸輪下降段下行，在下行過程中，噴油泵不產(chǎn)生泵油作用，至此，完成了一個(gè)泵油循環(huán)。在柱塞上升過程中，柱塞從下止點(diǎn)上升到進(jìn)、回油孔關(guān)閉時(shí)所經(jīng)過的距離，稱之為噴油泵柱塞的預(yù)行程，它的大小決定了柱塞在壓油過程中初速度的大小，將影響噴油速率；柱塞封閉進(jìn)、回油孔開始?jí)河偷街辈凵线吘壟c回油孔相通開始回油所經(jīng)歷的升程，稱之為噴油泵柱塞的有效行程，它的大小與循環(huán)供油量有關(guān)，決定了噴油器循環(huán)噴油量的大小。從上述噴油過程的概述可知，噴油試驗(yàn)過程涉及了泵端壓力

16、嘴端壓力。而為了真實(shí)獲得這兩個(gè)壓力必須與油管的殘留壓力結(jié)合起來。因此油管的殘留壓力是整個(gè)噴油過程的一個(gè)組成部分，對(duì)整個(gè)噴射過程有著十分重要的作用。1.4幾何供油規(guī)律和噴油規(guī)律的定義：幾何供油規(guī)律是指從幾何關(guān)系上求出的油泵凸輪每轉(zhuǎn)一度（或每妙）噴油泵供入高壓系統(tǒng)的燃油量（mm3/（。）泵軸或mm3/s）隨凸輪軸轉(zhuǎn)角（或時(shí)間t）的變化關(guān)系。由于它純粹是幾何關(guān)系決定的，因此只要知道柱塞的運(yùn)動(dòng)特性即可。噴油規(guī)律是指在噴油過程中，每秒或每度泵軸轉(zhuǎn)角從噴油器噴出的燃油量隨時(shí)間或泵軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系。1.5噴油器總成噴油器總成對(duì)于柴油機(jī)來說，有著非常重要的作用。噴油器總成在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝及噴油器總成的噴射性能

17、直接影響柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、使用性能及可靠性。噴油器不僅決定著噴霧質(zhì)量、油束與燃燒室的配合，而且影響噴油特性（噴油時(shí)刻、噴油延續(xù)時(shí)間、噴油規(guī)律），這些都直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。如果噴油不良，油束和燃燒室配合不好，則混合氣形成惡化，燃燒變壞，性能下降。在新產(chǎn)品的試制過程中，往往需要對(duì)噴油器作大量的調(diào)試，才能使柴油機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；在使用過程中，常由于噴油器的故障使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降，甚至不能運(yùn)轉(zhuǎn)。所以噴油器是影響柴油機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)和使用性能的關(guān)鍵部件之一。噴油器總成通過法蘭、壓板和螺套緊固在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頭上，它的噴油嘴端深入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室內(nèi)。噴油器的高壓油道通過高壓油管與噴油泵總成的出油閥

18、接頭相連接，回油油路相互連接直接回到油箱。噴油器總成的功用是：1.將一定數(shù)量的具有合適噴射壓力的燃油霧化，以促進(jìn)燃油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的著火燃燒。2.借助于（或者不借助于）空氣渦流將燃油噴注并力求均勻分布到氣缸的燃燒室內(nèi)，特別對(duì)于無渦流的開式燃燒室，噴油器總成的安裝精度是一個(gè)很值得重視的問題。一般噴油器總成由噴油嘴偶件、噴油器體、調(diào)壓裝置、油管接頭、緊帽等、部件組成。當(dāng)高壓燃油經(jīng)高壓油道進(jìn)入噴油嘴偶件盛油槽部位而壓力積蓄到能克服調(diào)壓彈簧對(duì)針閥的壓緊力時(shí)，針閥被升起，高壓油進(jìn)入嘴端的高壓腔經(jīng)噴孔霧化而噴射到氣缸的燃燒室內(nèi)。當(dāng)噴油泵終止泵油，油道內(nèi)壓力降低，針閥受彈簧的壓力而降致針閥座面以關(guān)閉高壓腔，

19、這時(shí)燃油不能經(jīng)過噴油孔而進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的燃燒室，而燃燒室的燃點(diǎn)也不能進(jìn)入噴油器體內(nèi)。由于噴油器總成的主要組成是噴油嘴偶件，而噴油嘴偶件又有不同的結(jié)構(gòu)形式，所以噴油器總成也有不同的結(jié)構(gòu)形式。小發(fā)動(dòng)機(jī)的油嘴開啟壓力較低，而大發(fā)動(dòng)機(jī)的油嘴開啟壓力和關(guān)閉壓力應(yīng)足夠高，以保證噴射終止后針閥能克服燃燒室高壓而落座，否則燃燒室氣體將進(jìn)入油嘴，使噴孔和針閥積碳而進(jìn)一步影響燃油的噴射和燃燒。噴油器中噴油壓力的影響：在燃油噴射過程中，燃油壓力是變化的。一般講，小型高速柴油機(jī)的噴油嘴針閥開啟壓力為1220MPA，最高燃油壓力是4060MPA，而大型柴油機(jī)噴油嘴針閥開啟壓力為2130MPA，最高噴油壓力約為80100

20、MPA以上。噴油壓力直接影響噴油持續(xù)時(shí)間和燃油霧化質(zhì)量。如果噴油壓力過低，則燃油霧化不好，而且容易引起燃?xì)饣馗Z將噴油嘴燒壞。隨著噴油壓力提高，可以使油束出口速度增加，降低油滴的平均直徑，使油滴蒸發(fā)加快，加速油束在空氣中的擴(kuò)散，使空氣卷入的相對(duì)速度增加，同時(shí)噴射持續(xù)期縮短，這樣就大大提高了混合氣形成速率，從而改善燃燒性能。噴油壓力對(duì)然油消耗率的影響：隨著噴油壓力提高，燃油消耗率下降。所以近年來在柴油機(jī)上有提高噴油壓力的趨勢(shì)，甚至采用高壓噴射。例如在大型柴油機(jī)上噴油壓力已提高到100MPA以上，MAN公司的58/64系列柴油機(jī)的最高噴油壓力已達(dá)130MPA，并打算提高到140MPA，在小型高速柴油

21、機(jī)上，由于受到噴油泵強(qiáng)度的限制，最高噴油壓力通常在70MPA以下。應(yīng)該指出，由于最高噴油壓力的出現(xiàn)是瞬時(shí)的，因此應(yīng)用平均有效壓力（即在噴油持續(xù)期內(nèi)通過噴孔的平均壓降）來判斷噴油過程的好壞更為合理。隨著平均有效壓力的提高，燃油消耗率和煙度都相應(yīng)下降。第二章壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)壓力和流量等流體參量的測(cè)量，在眾多工程領(lǐng)域中都具有十分重要的意義。各種壓力和流量測(cè)量裝置盡管在原理或結(jié)構(gòu)上有很大差別，但它們的共同特點(diǎn)是都有中間轉(zhuǎn)換元件，以便把流體的壓力、流量等參量轉(zhuǎn)換為中間機(jī)械量，然后再用相應(yīng)的傳感器將中間機(jī)械量轉(zhuǎn)換成電量輸出。這種中間轉(zhuǎn)換元件對(duì)測(cè)量裝置的性能有著重要的影響。另一個(gè)特點(diǎn)是壓力

22、和流量測(cè)量中，測(cè)量裝置的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)不僅與傳感器本身及由它所組成的測(cè)量系統(tǒng)的特性有關(guān)，而且還和由傳感器、連接管道等組成的流體系統(tǒng)的特性有關(guān)。在非電量測(cè)試技術(shù)中，首先遇到的是將各種非電量變換為電量，我們稱能夠完成這種變換功能的裝置為傳感器。傳感器是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。如果沒有傳感器對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行精確可靠的測(cè)量，那么無論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示與控制都是不可能實(shí)現(xiàn)的。傳感器也可以認(rèn)為是人類感官的延伸，因?yàn)榻柚鷤鞲衅骺梢匀ヌ剿髂切┤藗儫o法用感官直接測(cè)量的事物，例如，用熱電偶可以測(cè)得熾熱物體的溫度；用超聲波探測(cè)器可以測(cè)量海水深度；用紅外遙感器可從高空探測(cè)地面上的植被

23、和污染情況，等等。因此，可以說傳感器是人們認(rèn)識(shí)自然界的有力工具，是測(cè)量?jī)x器與被測(cè)事物之間的接口。在工程上也把提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的器件，稱為測(cè)量變換器。傳感器就是輸入量為被測(cè)量的測(cè)量變換器。傳感器處于測(cè)試裝置的輸入端，其性能將直接影響著整個(gè)測(cè)試裝置的工作質(zhì)量。2.1壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置控制系統(tǒng)概述信息總是蘊(yùn)涵在某些物理量之中，并依靠它們來傳輸?shù)?。這些物理量就是信號(hào)。就具體物理性質(zhì)而言，信號(hào)有光電信號(hào)、光信號(hào)、力信號(hào)，等等。其中，電信號(hào)在變換、處理、傳輸和運(yùn)用等方面，都有明顯的優(yōu)點(diǎn)，因而成為目前應(yīng)用最廣泛的信號(hào)。各種非電信號(hào)也往往被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而后傳輸、處理和運(yùn)用。在測(cè)試工作

24、的許多場(chǎng)合中，并不考慮信號(hào)的具體性質(zhì)，而是將其抽象為變量之間的函數(shù)關(guān)系，特別是時(shí)間函數(shù)或空間函數(shù)，從數(shù)學(xué)上加以分析研究，從中得出一些具有普遍意義的理論。這些理論極大地發(fā)展了測(cè)試技術(shù)，并成為測(cè)試技術(shù)的重要組成部分。這些理論就是信號(hào)的分析和處理技術(shù)。一般說來，測(cè)試工作的全過程包含著許多環(huán)節(jié)：以適當(dāng)?shù)姆绞郊?lì)被測(cè)對(duì)象、信號(hào)的調(diào)理、分析與處理、顯示與記錄，以及必要時(shí)以電量形式輸出測(cè)量結(jié)果。因此，測(cè)試系統(tǒng)的大致框圖可以用圖2-1來表示：傳輸被測(cè)對(duì)象測(cè)試者顯示記錄信號(hào)處理信號(hào)整理傳感器信號(hào)整理被測(cè)對(duì)象圖2-1應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的測(cè)試系統(tǒng)都具備圖2-1中所有環(huán)節(jié)，尤其是虛線連接的環(huán)節(jié)和傳輸環(huán)節(jié)。實(shí)際上，對(duì)環(huán)

25、節(jié)與環(huán)節(jié)之間都存在著傳輸。圖2-1中的傳輸環(huán)節(jié)是指較遠(yuǎn)距離的通訊傳輸?？陀^事物是多樣的。測(cè)試工作所希望獲取的信息，有可能已載于某種可檢測(cè)的信號(hào)中，也有可能尚未載于檢測(cè)的信號(hào)中。對(duì)于后者，測(cè)試工作就包含著選用合適的方式激勵(lì)被測(cè)對(duì)象，使其產(chǎn)生既能充分表征其有關(guān)信息便于檢測(cè)的信號(hào)。事實(shí)上，許多系統(tǒng)的特征參量在系統(tǒng)的某些狀態(tài)下，可能充分地顯示出來；而在另外一些狀態(tài)下確可能沒有顯示出來，或者顯示得很不明顯，以至于難于檢測(cè)出來。因此，在后一種情況下，要測(cè)量這些特征參量時(shí)，就需要激勵(lì)該系統(tǒng)，使其處于能夠充分顯示這些參量特性的狀態(tài)中，以便有效地檢測(cè)載有這些信號(hào)的信號(hào)。傳感器直接作用于被測(cè)量。并能按一定規(guī)律將被

26、測(cè)量轉(zhuǎn)換成同種或別種量輸出。信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)。把來自傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換成更適合于進(jìn)一步傳輸和處理的形式。這時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換，在多數(shù)情況下是電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。 例如將幅值放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化或?qū)⒆杩沟淖兓D(zhuǎn)換成頻率的變化等等。信號(hào)處理環(huán)節(jié)接受來自調(diào)理環(huán)節(jié)的信號(hào)，并進(jìn)行各種計(jì)算、濾波分析將結(jié)果輸至顯示記錄或控制系統(tǒng)。信號(hào)顯示、記錄環(huán)節(jié)，以檢測(cè)者易于認(rèn)識(shí)的形式來顯示測(cè)量的結(jié)果，或?qū)y(cè)量結(jié)果存貯，供必要時(shí)使用。在所有這些環(huán)節(jié)中，必須遵循的基本原則是各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間保持一一對(duì)應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，并必須盡可能的減小或消除各種干擾。從以上的各測(cè)量環(huán)節(jié)的相互關(guān)系中我們可以知道,任何測(cè)量?jī)x器都是由

27、感受件、中間件、效用件組成的.下面我們?cè)賹?duì)這三個(gè)元件作一下簡(jiǎn)單的描述.A.感受件它直接與被測(cè)對(duì)象發(fā)生聯(lián)系(但不一定直接接觸),感知被測(cè)參數(shù)的變化,同時(shí)對(duì)外界發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)。作為儀器的感受件必須滿足下述三個(gè)條件:(1) 它必須隨被測(cè)參數(shù)的變化而發(fā)生相應(yīng)的內(nèi)部變化(這個(gè)內(nèi)部變化就是傳感器的輸出信號(hào))。如熱電偶的一端受熱后，因金屬的熱電效應(yīng)而產(chǎn)生熱電勢(shì)。(2) 它只能隨被測(cè)參數(shù)的變化而發(fā)出信號(hào)（即不受其它任何參數(shù)的影響）。如熱電偶產(chǎn)生電勢(shì)的大小只隨溫度而變化，其它如壓力等參數(shù)的變化不引起電勢(shì)的改變。(3) 感受件發(fā)出的信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間必須是單值的函數(shù)關(guān)系（即一個(gè)確定的信號(hào)只能與參數(shù)的一個(gè)值相對(duì)應(yīng)）

28、。例如，不能用水的密度變化來測(cè)量+4左右的溫度，因?yàn)樵谶@種情況下水的同一個(gè)密度大小可以代表兩個(gè)不同的溫度。實(shí)際上，這三個(gè)條件是難以完全得到滿足的，特別是其中第（2）項(xiàng)條件。因此，任何傳感器都不可能是十全十美的，它都受一定使用條件的限制。如在使用上不加以注意，就會(huì)得出錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。B.中間件最簡(jiǎn)單的中間件是“單純”起傳遞作用的元件，它將傳感器的輸出原封不動(dòng)地傳遞給效用件。這種單純的傳遞件一般只有當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)較強(qiáng)，感受件與效用件之間的距離不大或效用件的靈敏度很高（或消耗的能量很小）時(shí)才有可能采用。在近代的內(nèi)燃機(jī)測(cè)試工作中，都要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中觀測(cè)、遙測(cè)和自動(dòng)記錄。所以大多數(shù)測(cè)量?jī)x器的中間件還

29、必須完成“放大”、“變換”和“運(yùn)算”任務(wù)。儀器的放大件有兩類：一類是感受件發(fā)出的信號(hào)較強(qiáng)，放大時(shí)不需外加能量，它只利用杠桿、齒輪等機(jī)械構(gòu)件擴(kuò)大指針和標(biāo)尺之間的相對(duì)位移，使之易于觀測(cè)，如機(jī)械式示功器中的杠桿、彈簧管壓力計(jì)中的杠桿和扇形齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。另一類放大是需要外加能量的，這在電測(cè)儀器中用得很多，例如用電子電位計(jì)測(cè)量熱電勢(shì)時(shí)，就要將電勢(shì)放大十萬倍才能足以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)帶動(dòng)指針作出指示。這類放大在電測(cè)儀器中利用電子器件來完成。有時(shí)，為了放大信號(hào)的需要，或改變傳感器輸出信號(hào)性質(zhì)的需要，在電測(cè)儀器的測(cè)量電路中設(shè)有信號(hào)“變換器”和“運(yùn)算器”。C.效用件它直接與觀測(cè)者發(fā)生聯(lián)系，其作用是根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的

30、大小向檢測(cè)者顯示被測(cè)參數(shù)在數(shù)量上的大小。最簡(jiǎn)單而常見的儀器效用件是指示件，它通過標(biāo)尺和指針（或液面、光線等）的相對(duì)位置來反映被測(cè)參數(shù)的瞬時(shí)值，有這種效用件的儀器也就被稱作指示儀器。效用件能將被測(cè)參數(shù)變化歷程記錄下來的儀器稱為記錄式儀器。在記錄式儀器中，除了以記錄筆的運(yùn)動(dòng)來反映被測(cè)參數(shù)的變化外，還需要另一個(gè)作相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的部件，這樣才能作出函數(shù)的圖形。在現(xiàn)有的條件下此類部件已被打印機(jī)等顯示輸出設(shè)備所代替。記錄式儀器所能反映的是被測(cè)參數(shù)在各個(gè)瞬時(shí)的變化情況，但有時(shí)需要知道被測(cè)參數(shù)對(duì)時(shí)間的積分。例如，在測(cè)定流量時(shí)，不僅要知道流量的瞬時(shí)值，而且還要知道在某個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)流過的總流量，如以Q表示瞬時(shí)流量（m2

31、/s），則就是從時(shí)間t1到t2間隔內(nèi)流過的總流量，但這畢竟比較麻煩，為此可以使儀器的效用件自己進(jìn)行積分，這樣的測(cè)量?jī)x器稱積分式累計(jì)儀器，如流量計(jì)、電度表等。此外，按照效用件的功能來分類的還有：數(shù)字式儀器、信號(hào)式儀器、電接觸式儀器、調(diào)節(jié)式儀器，等等。測(cè)量?jī)x表按其用途可分為范型儀表和實(shí)用儀表兩類。范型儀表是準(zhǔn)備用以復(fù)制和保持測(cè)量單位，或是用做進(jìn)行各種測(cè)量?jī)x表校驗(yàn)和刻度工作的儀表。這類儀表的準(zhǔn)確度很高，對(duì)它保養(yǎng)和使用有較高的要求。實(shí)用儀表是供實(shí)際測(cè)量使用的儀表，它又可分為實(shí)驗(yàn)室用儀表和工程用儀表。前者必須要提供關(guān)于它們讀數(shù)的校正曲線或數(shù)值表，使用時(shí)應(yīng)考慮周圍環(huán)境對(duì)示值的影響（如溫度、壓力、磁場(chǎng)、振動(dòng)

32、等）。其測(cè)量結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度，后者并不需要校正資料，它們的準(zhǔn)確度是預(yù)先根據(jù)其結(jié)構(gòu)、制造和運(yùn)用條件定出。對(duì)它的要求是動(dòng)作迅速、使用簡(jiǎn)單、可靠，其測(cè)量結(jié)果能滿足工程測(cè)量誤差所允許的范圍。隨機(jī)信號(hào)的描述：對(duì)隨機(jī)信號(hào)的特點(diǎn)研究可以看出，隨機(jī)信號(hào)是不能用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系來描述的，不能預(yù)測(cè)其未來的任何瞬時(shí)值，任何一次檢測(cè)值只代表在其變動(dòng)范圍中可能產(chǎn)生的結(jié)果之一，但其值的變動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。描述隨機(jī)信號(hào)必須用概率和統(tǒng)計(jì)的方法。對(duì)隨機(jī)信號(hào)按時(shí)間歷程所作的各次長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)記錄為樣本函數(shù)。樣本函數(shù)在有限時(shí)間上的部分稱為樣本記錄。在同一試驗(yàn)條件下，全部樣本函數(shù)的信號(hào)（總體）就是隨機(jī)過程。隨機(jī)過程的各種平均值（均值、方

33、差、均方值和均方根值等）是按集合平均來計(jì)算的。集合平均的計(jì)算不是沿某個(gè)樣本的時(shí)間軸進(jìn)行，而是將集合中所有樣本函數(shù)對(duì)同一時(shí)刻的觀測(cè)取平均。為了與集合平均相區(qū)別，把按單個(gè)樣本的時(shí)間歷程進(jìn)行平均的計(jì)算稱為時(shí)間平均。隨機(jī)過程有平穩(wěn)過程和非平穩(wěn)過程之分。所謂平穩(wěn)隨機(jī)過程是指其統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)不隨時(shí)間變化的隨機(jī)過程，否則為非平穩(wěn)隨機(jī)過程。在平穩(wěn)隨機(jī)過程中，若任一單個(gè)樣本函數(shù)的時(shí)間平均統(tǒng)計(jì)特征等于該過程的集合平均統(tǒng)計(jì)特征，這樣的平穩(wěn)隨機(jī)過程叫各態(tài)歷經(jīng)過程（遍歷性）隨機(jī)過程。工程上所遇到的很多信號(hào)具有各態(tài)歷經(jīng)性，有的雖不是嚴(yán)格的各態(tài)歷經(jīng)過程，但也可以當(dāng)作各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程來處理。事實(shí)上，一般的隨機(jī)過程需要足夠多的樣

34、本函數(shù)（理論上應(yīng)為無限多個(gè)）才能描述它，而要進(jìn)行大量的觀測(cè)來獲取足夠多的樣本函數(shù)是非常困難或做不到的。實(shí)際的測(cè)試工作常把隨機(jī)信號(hào)按各態(tài)歷經(jīng)過程來處理，進(jìn)而以有限長(zhǎng)度樣本記錄的觀察分析來判斷，估計(jì)被測(cè)對(duì)象的整個(gè)隨機(jī)過程。也就是說：在測(cè)試工作中常以一個(gè)或幾個(gè)有限長(zhǎng)度的樣本記錄來判斷整個(gè)隨機(jī)過程，以其時(shí)間平均來估計(jì)集合平均。隨機(jī)信號(hào)廣泛存在于工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中。確定信號(hào)一般是在一定條件下出現(xiàn)的特殊情況，或者是忽略了次要的隨機(jī)因素后抽象出來的模型。測(cè)試信號(hào)總是受到環(huán)境噪聲污染的。故研究隨機(jī)信號(hào)具有普遍、現(xiàn)實(shí)的意義。綜上所述，加上對(duì)燃油噴射裝置壓力系統(tǒng)的分析可以知道。油管殘留壓力測(cè)試裝置所測(cè)的油管殘留

35、壓力，同樣也是隨機(jī)信號(hào)。以上就是對(duì)測(cè)量控制系統(tǒng)的概述。2.2壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置的原理為了精確地測(cè)定高壓油管中的殘留壓力，我們?cè)诓殚喠舜罅抠Y料的基礎(chǔ)上，并參照噴油泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了一種專門用于測(cè)量殘留壓力的測(cè)量裝置。柱塞二開有二百四十度的環(huán)槽，并通過一隊(duì)圓錐直齒輪與油泵凸輪軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，柱塞套上裝有壓力表和應(yīng)變式傳感器。當(dāng)油泵與殘留壓力測(cè)量裝置連接的那一缸即將進(jìn)入供油狀態(tài)時(shí)，柱塞的密封面將測(cè)量油路與油泵高壓油路切斷。供油結(jié)束后，柱塞上的環(huán)槽使得測(cè)量油路與高壓油管相同。這樣，壓力表和傳感器就采集到了供油結(jié)束時(shí)期高壓油管中的殘留壓力。可以從壓力表的表盤上直接讀取壓力數(shù)值，也可以以此觀察壓力

36、的變化趨勢(shì)。由傳感器采集、信號(hào)轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理儀記錄下來的壓力波形，可以得到在一定工況下，一段凸輪軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)壓力波動(dòng)的情況?？梢娺@兩種記錄方式各有所長(zhǎng)。2.3壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置相位調(diào)整要測(cè)量與油泵某一缸連接的高壓油管的殘留壓力；需先轉(zhuǎn)動(dòng)油泵凸輪軸，將該缸轉(zhuǎn)到供油始點(diǎn)位置；再將殘留壓力測(cè)量裝置轉(zhuǎn)到附圖1（b）所示的位置。然后，將油泵試驗(yàn)臺(tái)動(dòng)力輸出端與殘留壓力測(cè)量裝置傳動(dòng)軸的一端、殘留壓力測(cè)量裝置傳動(dòng)軸的另一端與油泵凸輪軸，用聯(lián)軸節(jié)連接起來。這樣，就把殘留壓力測(cè)量裝置的相位與油泵的相位對(duì)應(yīng)起來了。2.4壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)油管殘留測(cè)量裝置測(cè)量線路測(cè)量殘留壓力所作用的傳感器是應(yīng)變式傳感器。導(dǎo)

37、體受機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。應(yīng)變式傳感器就是用以上原理工作的。對(duì)于大多數(shù)作為應(yīng)變片金屬絲的材料來說，其電阻絲電阻變化率 在彈性范圍內(nèi)可用下式表示：式中k為常數(shù)，其值約在.1.63.6之間；= 為應(yīng)變。此式表示金屬電阻絲電阻變化率 與應(yīng)變成線性關(guān)系，而應(yīng)變靈敏系數(shù)k即為此直線的斜率，這就是電阻應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變的理論基礎(chǔ)。半導(dǎo)體應(yīng)變片最突出的優(yōu)點(diǎn)是靈敏系數(shù)高，根據(jù)不同的半導(dǎo)體材料，ks=30175，它比常用的金屬絲電阻應(yīng)變片的靈敏數(shù)系（一般k=2）大幾十倍，于是在應(yīng)變片的應(yīng)用上提供了很大方便。此外，如機(jī)械滯后小，橫向效應(yīng)小以及它本身的體積小等優(yōu)點(diǎn)，擴(kuò)大了它的使用范圍。但半導(dǎo)體應(yīng)變片目前還存在如下缺點(diǎn)：（1）溫度穩(wěn)定性差。不僅因?yàn)榘雽?dǎo)體材料的電阻溫度系數(shù)大，而且它的靈敏系數(shù)隨溫度的變化而有相當(dāng)大的變化。（2）在大應(yīng)變作用下，靈敏系數(shù)的非線性較大，同時(shí)，由于半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時(shí)引起的電阻變化就大，如靈敏系數(shù)高，在承受應(yīng)變作用時(shí)引起的