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汽车压缩空气流量计在线检测与评价系统

汽车压缩空气流量计在线检测与评价系统压缩空气流量计是现代电控汽车进气系统中不可或缺的重要设备,用来测量发动机的进气流量,并转换为电压信号提供给发动机的控制单元(ECU),作为ECU计算发动机每个工况下最佳喷油量的主要依据之一。

              涡轮流量计,气体涡轮流量计,罗茨流量计

据统计,我国生产汽车压缩空气流量计的企业近百家,所生产的汽车压缩空气流量计品种多达几百种,为评价其质量的好坏,需要相应的检测平台对其进行检测和评价。据文献资料显示,国内对汽车空气流量计的检测平台还处于起步研究阶段,绝大多数厂家对生产的流量计要么采用价格昂贵的进口检测设备(检测成本高而且维修保养难),要么采用自制简易式检测台(只检测被测流量计的电压,无法检测通过被测流量计的流量或者对被测流量计进行评价)。因此作者研究了智能化汽车空气流量计在线检测评价系统,设计了空气流量计智能检测台,它可实现被测汽车流量计的快速加装,收集被测流量计电压、被测流量计前后压差、标准流量计质量流量、进气压力、进气温度和进气湿度等6个信号,并通过所设计的集成电路板将其送入到数据采集卡中,通过Delphi软件实现计算机上的模拟数据表显示和数据存储、分析功能,并最终通过打印程序,直接生成评价报告。

汽车压缩空气流量计特性

汽车压缩空气流量计安装在空气滤清器和节气门体之间,用来测定发动机吸入的空气量,作为决定基本喷油量的参数。电喷式发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度(空燃比)的混合气,必须正确地测量每一瞬间发动机吸入的空气量,作为ECU计算并控制喷油量的主要依据。在汽车整个电喷系统中,空气流量计是决定系统控制精度的重要元件之一。一般来讲,汽车空气流量计应满足流量与电压之间的关系,并与理想数据吻合度好。图1为热线式汽车空气流量计的结构及位置示意图。

汽车压缩空气流量计测试系统

检测台以某型号的汽车压缩空气流量计为测试对象,以同型号德国BOSCH公司生产的汽车空气流量计为理想数据源进行对比。通过测取汽车空气流量计输出电压以及标准质量流量计实际空气质量流量,形成电压2质量流量曲线。将该曲线与理想数据曲线进行对比,从而实现被测汽车空气流量计的测试。

测试系统由大功率风机、可编程变频器、工控机、测试管道、电磁阀、标准数字质量流量计、电机输入、各式传感器、数据采集系统、Delphi软件和接口电缆等部分组成。其中控制部分主要是工控机,其内部主要为NI数据采集卡,提供方便的接口,为软件运行提供特定的环境,在软件的支持下成为过程通信、数据采集与分析处理的中心。信号可由各式传感器提取,数据采集卡在软件的控制下采集数据,再经过工控部分加以保存和处理。具体试验设备结构示意图见图2

采用大功率风机对管道进行吸气来模拟汽车发动机的吸气过程,空气从台架的右侧进入,经过电磁阀、入口流量计(即标准流量计)、各式传感器、被测流量计、快速加装设备最后到风机。风机转速的变化使管道内空气流量发生变化,被测流量计感应到这种变化后,将其转化为电压信号。此电压信号连同各式传感器信号分别连接到数据采集卡外置端子的模拟多输入通道,通过数据采集卡的多通道数据采集、分析和转化,最终成为数字信号进入计算机。自行开发的软件将采集到的信号,自动绘制成曲线或填入相应表格,进而与内部存储的理想数据进行对比,得出误差率,实现对产品的评价。

机械部分

台架中的工控机、标准压缩空气流量计、相应口径管道、风机等设备,都可通过螺栓连接或焊接等方式实现拆装,但是被测汽车空气流量计由于品种不同,口径不同需要设计适应能力强的快速夹装器,以便对被测流量计进行快速安装和拆卸。文中采用气动方式通过图3所示活塞的左右移动,实现对被测汽车空气流量计的夹装。这种方式的优点是快捷、方便、造价低,特别适合企业用户。但气动部件速度快、力量大,如果被测流量计安装位置有偏差,则很可能出现被测流量计被夹坏的情况。因此,为了缓冲气动部件的冲击,特在被测流量计的另一侧安装有可伸缩的波纹管,通过波纹管的自由移动量来缓冲气动的冲击。

控制部分

控制部分的基本思路是由手工操作开动气动元件,实现对被测汽车空气流量计的夹装,然后点击计算机中的软件界面开始启动变频器。变频器根据事先设定好的程序分810个挡位运行,控制风机的转速,进而控制管路中的空气流量。被测汽车空气流量计感应到空气流量变化时向数据采集部分输入模拟电压信号,经过数据采集卡上的A/D转换,然后根据通信协议,输入计算机,通过计算机程序进行识别,图4为控制部分的流程图。

检测台的控制部分由3部分组成:(1)对变频器的控制 采用Delphi语言,编制上位机软件对变频器进行控制,使变频器运行在预定的频率点,从而使风机分别以预定的转速运行,模拟发动机的不同进气量;(2)平台中标准流量计信号的读取与判断 涡街流量计信号处理系统的功能是将涡街流量计所测得并输出的电荷信号,经过滤波、整形后得到近似方波的脉冲,然后送到所设计的单片机中进行计数,根据对计数结果的分析将流量的相关信息转换为模拟信号输出;(3)被测汽车空气流量计电压信号的读取与记录 所测取的电压信号同样为模拟信号,需要通过数据采集卡将其转换成数字信号,而后被计算机识别,并进行语言记录。

测控软件部分

鉴于Delphi语言的程序结构性好、开发效率高、代码量少,提供了众多可视化组件,并具有强大的数据结构能力和数据库开发功能等众多优点,因此文中采用Delphi语言编制测控软件。具体的程序编程思路为:

(1)先选择待测流量计的型号,自动生成一个序列号;

(2)点击“启动”按钮,界面实时显示下位机发来的标准流量计的输出流量、待测流量计的输出电压或频率、待测流量计的供电电压、供电电流、压力温度等信号;

(3)当待测流量计的输出电压或频率被调节到某个标定点并稳定后,按下“采集”按钮将此时的实时数据固定在另一个显示框的一行内,若认为数据不理想可删除该行数据进行重新采集;

(4)点击“保存”按钮,将采集到的数据绘制成待测流量计输出电压2流量曲线或频率2流量曲线,同时显示该流量计的理想输出曲线,根据实际流量(标准流量计检测的流量)与各个标定点的理想流量的偏差是否超限来判定是否合格,不合格时向下位机发出指令,使蜂鸣器鸣叫;

(5)将采集的各个标定点的数据、流量偏差、流量图形和判定结果以序列号为文件名保存在excel文件中。

测控软件的部分程序如下:

测试结果分析

在进行以上设计和安装后,进行了某型号的汽车空气流量计的测试试验。图5为检测台所测取的被测汽车空气流量计与理想流量计电压2流量曲线的对比。

从图5中可以看出,被测流量计的曲线与该型号的理想数据曲线走势基本吻合,尤其是在中等流量区域差异很小。但在流量较大或者较小时,差距逐渐显现。特别是75kg/h以下或是650kg/h以上,与理想数据差距逐渐增大。

在最低电压处,实际流量比理想流量低4%;在最高电压处,实际流量比理想流量高4.5%

附加调节装置

汽车运行环境的变化肯定对汽车空气流量计的正常工作有影响。为检测企业所生产的汽车空气流量计在不同环境下的适应性,特在检测台上安装了一些附加设备或调整参数,用来模拟大气环境的温度压力

首先在管道的首段安装了加热器,使管道中的空气温度升高,测得温度变化对被测流量计输出电压的影响,如图6所示。

由图6可以看出,随着进气温度的上升,被测汽车空气流量计的输出电压变小。因此,应对空气流量计进行相应的调整和补偿。

检测台的一大难点就是如何适应大气压力的变化。若采用硬件措施需要昂贵的大气压力模拟设备,成本巨大;我国绝大多数地区大气压都在81.3101.3kPa,因此可通过计算来模拟,即通过软件中系数的调节来实现对不同海拔下大气压的模拟。图7为不同大气压下被测流量计输出电压的对比。

从图7可以看出,随着大气压的降低,在相同质量流量对应的被测流量计的输出电压有了明显上升,因此,在不同海拔下,流量计也应进行相应的调整。

所设计的汽车压缩空气流量计智能化在线检测台可通过与理想汽车空气流量计的对比,对被测汽车压缩空气流量计进行评价,同时还可通过附加调节装置补偿环境温度和压力变化对空气流量计的影响。

点击次数:  更新时间:2018-05-11 18:05:36  【打印此页】  【关闭