一种电喷柴油机的检修平台论文和设计-李清

全文摘要

本实用新型公开了一种电喷柴油机的检修平台，包括高压供油系统、喷油器驱动模块、喷油器、开启\/落座滞后时间检测模块、喷雾角检测系统和控制系统；高压供油系统为喷油器提供高压燃油；喷雾角检测系统采集喷油器的喷雾图像并将图像信息传递给控制系统；控制系统采集处理传感器信号、处理图像数据，并记录数据，实现系统数据有效融合和网络化控制；本设计实现了对喷油器的开启\/落座滞后时间及喷雾角的有效检测，解决了喷油器动态开启\/落座滞后时间难以检测及在喷雾气化损失较大的情况下精确检测喷雾角的问题，为燃油燃烧质量提供鉴定依据。

主设计要求

1.一种电喷柴油机的检修平台，包括高压供油系统、喷油器驱动模块(19)、喷油器(5)，其特征在于，该系统还包括开启\/落座滞后时间检测模块(17)、喷雾角检测系统和控制系统(18)；高压供油系统为喷油器(5)提供压力稳定的高压燃油；喷油器驱动模块(19)用于驱动喷油器(5)喷油；开启\/落座滞后时间检测模块(17)检测喷油器(5)阀体开启\/落座滞后时间并将信号传递给控制系统(18)；喷雾角检测系统采集喷油器(5)的喷雾图像并将图像信息传递给控制系统(18)；控制系统(18)采集处理传感器信号、处理图像数据，并记录数据。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种电喷柴油机的检修平台，其特征在于，所述高压供油系统包括氮气储气罐(8)、三联体(7)、气泵(20)、调压阀(6)、放气阀(14)、温度控制装置(13)、活塞式工作罐(12)、气液增压泵(11)、过滤器(10)、储液罐(9)、压力传感器(15)和温度传感器(16)；所述氮气储气罐(8)、三联体(7)、气泵(20)及调压阀(6)通过管道依次连接，所述活塞式工作罐(12)上部充氮气，下部充燃油，所述活塞式工作罐中部设置有用于将油和气分开的活塞，活塞和氮气配合消除燃油脉动影响；氮气储气罐(8)、三联体(7)、气泵(20)、调压阀(6)构成回路为活塞式工作罐(12)充入氮气；储液罐(9)、过滤器(10)和气液增压泵(11)构成回路为活塞式工作罐(12)供燃油。

3.根据权利要求2所述的一种电喷柴油机的检修平台，其特征在于，所述温度控制装置(13)安装于活塞式工作罐(12)外，温度控制装置(13)对其内部的冷却液进行加热或冷却用于控制活塞式工作罐(12)内介质的温度，从而控制喷油器(5)介质的温度；温度传感器(16)安装在活塞式工作罐(12)与喷油器(5)之间的管路上，实时测量喷油介质的温度并反馈至控制系统(18)，控制系统(18)进而通过控制冷却液的温度来使喷油介质的温度保持稳定。

4.根据权利要求1所述的一种电喷柴油机的检修平台，其特征在于，所述开启\/落座滞后时间检测模块(17)包括电流检测电路、信号放大电路、微分电路、电压比较电路和电平转换电路，所述电流检测电路、信号放大电路、微分电路、电压比较电路和电平转换电路依次连接；电流检测电路将喷油器(5)电磁线圈中的电流转换成电压信号后，将信号传输至信号放大电路，随后通过微分电路进行处理，然后传输至电压比较电路将微分后的尖脉冲信号转变为方波信号；最后由电平转换电路将所述方波信号变换为负脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的一种电喷柴油机的检修平台，其特征在于，所述喷雾角检测系统包括为采集喷雾瞬态图像进行背景补光的面阵光源(1)、采集喷雾图像的高速相机(2)、用于收集燃油的集油盘(3)和支架(4)；所述面阵光源(1)安装于支架(4)右边；高速相机(2)安装于支架(4)左边并垂直于喷油器(5)轴线方向放置；集油盘(3)安装于支架(4)底部；喷油器(5)安装在支架(4)上部；集油盘(3)放置于喷油器(5)下方，并使其轴线重合。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电喷柴油机喷油器5的检测领域，尤其涉及一种电喷柴油机的检修平台。

背景技术

喷油器是电喷柴油机的关键部件，它的作用是接收微控制器发出的喷油脉冲来精确计量燃油并形成喷雾；喷油器运行工作状态的好坏，对柴油机的整体使用效果有很大的影响，因此对其进行准确、全面的检测具有重要意义，所以在电喷柴油机燃油系统中，特别是在柴油机燃油系统的修理和保养中，喷油器5的检测系统是不可或缺的检修工具之一。

目前喷油器的检测系统大多是对喷油器的泄漏、喷油器中滑阀的起跳压力、阀线的密封性能、雾化质量和喷油嘴密封圈的密封基础性能的检测；对于喷油器开启滞后时间和落座滞后时间和喷油器喷雾特性还缺乏更加科学的测试手段；喷油器开启滞后时间和落座滞后时间是反映电控喷油器的动态性能的关键指标，其大小对喷油器的控制性能有重要影响；对于喷油器喷雾特性的评价一般是通过多次喷射，使用集油盘等包含一定数量的收集小孔的收集装置对喷射的燃油喷雾进行收集，通过称量每个小孔的燃油质量来得出喷雾形态分布，再根据这个分布特征来得出喷雾锥角，但这种测试手段在燃油气化严重的情况下集油盘无法收集到完整的喷雾分布质量,且在称重过程中仍有很大一部分燃油汽化,传统方法测量存在较大误差。

因此，亟需一种电喷柴油机的检修平台来解决现有的技术问题。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种电喷柴油机的检修平台,通过对高压供油系统、开启\/落座滞后时间检测模块、喷雾角检测系统的有效设计，实现了对喷油器的开启\/落座滞后时间及喷雾角的有效检测，解决了喷油器动态开启\/落座滞后时间难以检测的问题，采用图像处理技术对喷油器喷雾角进行检查，解决了在喷雾气化损失较大的情况下精确检测喷雾角的问题，为燃油燃烧质量提供鉴定依据。

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的。

一种电喷柴油机的检修平台，包括高压供油系统、喷油器驱动模块、喷油器，其特征在于，该系统还包括开启\/落座滞后时间检测模块、喷雾角检测系统和控制系统；高压供油系统为喷油器提供压力稳定的高压燃油；喷油器驱动模块用于驱动喷油器喷油；开启\/落座滞后时间检测模块检测喷油器阀体开启\/落座滞后时间并将信号传递给控制系统；喷雾角检测系统采集喷油器的喷雾图像并将图像信息传递给控制系统；控制系统采集处理传感器信号、处理图像数据，并记录数据。

更进一步的，高压供油系统包括氮气储气罐、三联体、气泵、调压阀、放气阀、温度控制装置、活塞式工作罐、气液增压泵、过滤器、储液罐、压力传感器和温度传感器；所述氮气储气罐、三联体、气泵、调压阀依次连接，所述活塞式工作罐上部充氮气，下部充燃油，所述活塞式工作罐中部设置有用于将油和气分开的活塞，活塞和氮气配合消除燃油脉动影响；氮气储气罐、三联体、气泵、调压阀构成回路为活塞式工作罐充入氮气；储液罐、过滤器和气液增压泵构成回路为活塞式工作罐供燃油。

更进一步的，温度控制装置安装于活塞式工作罐外，温度控制装置对其内部的冷却液进行加热或冷却从而达到相对准确地控制活塞式工作罐内介质的温度；从而控制喷油器介质的温度；温度传感器安装在活塞式工作罐与喷油器之间的管路上，实时测量喷油介质的温度并反馈至控制系统，控制系统进而通过控制冷却液的温度来使喷油介质的温度保持稳定。

当活塞式工作罐需要补液时，控制系统控制气液增压泵工作，储液罐中的燃油经过滤器处理后进入活塞式工作罐完成补液工作。

压力控制采用气动调节方式，气泵作为动力源提供压缩氮气，其经三联体，即过滤、干燥、稳压后进入调压阀作为气源，控制系统根据设定的压力值来调节调压阀的开启程度以控制活塞上方的氮气充入量，进而调节燃油的压力，压力传感器安装在活塞式工作罐与喷油器之间的管路上，实时测量喷油管道的压力并反馈给控制系统，当实际压力值大于设定值时，控制系统打开放气阀，排出活塞上方的压缩氮气以泄压；当实际压力值小于设定值时，控制系统增大调压阀的开启度，增加活塞上方的压缩氮气量，通过加压来使喷油管道的压力维持稳定，氮气和燃油之间的活塞保证了燃油压力调节的稳定性，避免回流。

更进一步的，所述开启\/落座滞后时间检测模块，包括电流检测电路、信号放大电路、微分电路、电压比较电路和电平转换电路；其中电流检测电路的目的是把喷油器电磁线圈中的电流转换成电压信号；信号放大电路主要是用来放大电压信号；微分电路是把接受的信号微分；电压比较电路是用来把前面微分后的尖脉冲信号转变为方波；最后由电平转换电路把前面的方波变换为单片机可接受的负脉冲信号，该脉冲的下降沿即为喷油器的开启终了时刻。

通过喷油器驱动模块驱动喷油器喷油，在针阀开启的过程中，由于气隙磁阻的变化，会使线圈的电感增大，导致按指数规律增加的电流稍有下降，当达到完全开启位置针阀停止移动时，电流降低到最低值点，随后电流又以新的时间常数按指数规律增长，直至达到稳态值，因此，只要检测出电流变化曲线上最低点出现的时刻，就可确定喷油器的开启终了时刻，此时刻与发出驱动脉冲时刻的时间差，即针阀开启滞后时间。

当切断电磁线圈电源时，会在线圈两端产生感应电动势并很快衰减；在针阀落座的过程中，由于气隙磁阻的变化，使得磁路中的磁通量减少；根据法拉第电磁感应定律，势必在电磁线圈中产生感应电动势，使电磁线圈两端迅速下降的电动势突然增加，在针阀落座终了时刻达到最大值，此后，由于气隙不再改变，该电动势又很快衰减，因此，只要检测到峰值点出现的时刻，就可得到针阀落座终了时刻，该时刻与喷油器断电时刻之间的时间差即为喷油器落座滞后时间。

更进一步的，所述喷雾角检测系统，包括面阵光源、高速相机、集油盘和支架；所述面阵光源安装于支架右边；高速相机安装于支架左边；集油盘安装于支架底部；喷油器安装在支架上部；所述高压供油系统控制喷油器喷油，并控制喷出燃油的压力与温度，通过喷油器驱动模块驱动喷油器喷油，集油盘放置于喷油器下方，并使其轴线重合，根据集油盘收集到的燃油质量即可测算出燃油雾化损失；然后，使用高速相机采集喷雾图像，高速相机垂直于喷油器轴线方向放置，调整距离、焦距，使其刚好采集到喷油器下方喷油器轴线所在平面区域；由于曝光时间极短，面阵光源为采集喷雾瞬态图像进行背景补光；采集到喷雾瞬态的图像后，即可应用图像处理的方法得出喷雾角和喷雾偏转角度。

在具体使用时，首先采集喷油器喷雾瞬态的图像，由于面阵光源常亮，喷油器喷雾速度较快，高速相机曝光时间足够短来确保消除拖影现象；控制系统修正图像的灰度直方图以增强图像的对比度；将原始图像的直方图变换为均匀分布的形式，增加图像灰度的动态范围，从而增强对比度；以图像各灰度级概率的累积分布函数作为变换函数，依此变换关系得到一幅灰度概率密度均匀分布的图像，以保证后续边缘提取的准确性。

更具体的，由于喷雾下端会产生明显的汽化拖影和阴影，导致模糊和虚边的现象，因此只选取与喷油器最近的两条直线进行喷雾角的计算；对检测出的直线进行筛选时，首先根据边缘提取结果确定喷油器的中心位置，选取与其距离最接近的两个端点，找到这两个端点所在直线即可找出另外两个端点，并进行标记，由此，即可准确、快速的得到喷雾边缘的直线位置、直线端点坐标等参数，根据这些参数即可计算出喷雾角和喷雾偏转角度。

控制系统运行，采集传感器信号，与高压供油系统、喷油器驱动模块通信为喷油器供油并驱动喷油器工作，处理检修工具所得数据信息和图像信息，并进行数据记录，实现系统数据有效融合和网络化控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型设计的一种电喷柴油机的检修平台，通过对高压供油系统、开启\/落座滞后时间检测模块、喷雾角检测系统的有效设计，实现了对喷油器的开启\/落座滞后时间及喷雾角的有效检测，解决了喷油器动态开启\/落座滞后时间难以检测的问题，采用图像处理技术对喷油器喷雾角进行检查，解决了在喷雾气化损失较大的情况下精确检测喷雾角的问题，为燃油燃烧质量提供鉴定依据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电喷柴油机的检修平台的结构示意图；

图2为本实用新型的电喷柴油机的检修平台的系统构成示意图；

图3为本实用新型的高压供油系统的示意图；

图4为本实用新型的开启\/落座滞后时间检测模块的电路示意图；

图5为本实用新型的喷雾角检测系统的结构示意图。

图中：1、面阵光源；2、高速相机；3、集油盘；4、支架；5、喷油器；6、调压阀；7、三联体；8、氮气储气罐；9、储液罐；10、过滤器；11、气液增压泵；12、活塞式工作罐；13、温度控制装置；14、放气阀；15、压力传感器；16、温度传感器；17、开启\/落座滞后时间检测模块；18、控制系统；19、喷油器驱动模块；20、气泵。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1-2所示，一种电喷柴油机的检修平台，包括高压供油系统、喷油器驱动模块19、喷油器5、开启\/落座滞后时间检测模块17、喷雾角检测系统和控制系统18；高压供油系统为喷油器5提供压力稳定的高压燃油；喷油器驱动模块19驱动喷油器5喷油；开启\/落座滞后时间检测模块17检测喷油器5阀体开启\/落座滞后时间并将信号传递给控制系统18；喷雾角检测系统利用图像采集的方式采集喷油器5的喷雾图像并将图像信息传递给控制系统18；控制系统18采集处理传感器信号、处理图像数据，并记录数据，实现系统数据有效融合和网络化控制。

如图1和图3所示，所述高压供油系统包括氮气储气罐8、三联体7、气泵20、调压阀6、放气阀14、温度控制装置13、活塞式工作罐12、气液增压泵11、过滤器10、储液罐9、压力传感器15和温度传感器16；氮气储气罐8、三联体7、气泵20及调压阀6通过管道依次连接，活塞式工作罐12采用活塞结构，中间有一层活塞将油和气分开；活塞式工作罐12上部充氮气，下部充燃油，中间的活塞和氮气配合消除燃油脉动影响；氮气储气罐8、三联体7、气泵20、调压阀6构成回路为活塞式工作罐12充入氮气；储液罐9、过滤器10和气液增压泵11构成回路为活塞式工作罐12供燃油；温度控制装置13安装于活塞式工作罐12外，温度控制装置13对其内部的冷却液进行加热或冷却从而达到相对准确地控制活塞式工作罐12内介质的温度；从而控制喷油器5介质的温度；温度传感器16安装在活塞式工作罐12与喷油器5之间的管路上，实时测量喷油介质的温度并反馈至控制系统18，控制系统18进而通过控制冷却液的温度来使喷油介质的温度保持稳定。

当活塞式工作罐12需要补液时，控制系统18控制气液增压泵11工作，储液罐9中的燃油经过滤器10处理后进入活塞式工作罐12完成补液工作。

压力控制采用气动调节方式，气泵20作为动力源提供压缩氮气，其经三联体7，即过滤、干燥、稳压后进入调压阀6作为气源，控制系统18根据设定的压力值来调节调压阀6的开启程度以控制活塞上方的氮气充入量，进而调节燃油的压力，压力传感器15安装在活塞式工作罐12与喷油器5之间的管路上，实时测量喷油管道的压力并反馈给控制系统18，当实际压力值大于设定值时，控制系统18打开放气阀14，排出活塞上方的压缩氮气以泄压；当实际压力值小于设定值时，控制系统18增大调压阀6的开启度，增加活塞上方的压缩氮气量，通过加压来使喷油管道的压力维持稳定，氮气和燃油之间的活塞保证了燃油压力调节的稳定性，避免回流。

如图4所示，所述开启\/落座滞后时间检测模块17，包括电流检测电路、信号放大电路、微分电路、电压比较电路和电平转换电路；其中电流检测电路的目的是把喷油器5电磁线圈中的电流转换成电压信号；信号放大电路主要是用来放大电压信号；微分电路是把接受的信号微分；电压比较电路是用来把前面微分后的尖脉冲信号转变为方波；最后由电平转换电路把前面的方波变换为单片机可接受的负脉冲信号，该脉冲的下降沿即为喷油器5的开启终了时刻。

通过喷油器驱动模块19驱动喷油器5喷油，在针阀开启的过程中，由于气隙磁阻的变化，会使线圈的电感增大，导致按指数规律增加的电流稍有下降，当达到完全开启位置针阀停止移动时，电流降低到最低值点，随后电流又以新的时间常数按指数规律增长，直至达到稳态值，因此，只要检测出电流变化曲线上最低点出现的时刻，就可确定喷油器5的开启终了时刻，此时刻与发出驱动脉冲时刻的时间差，即针阀开启滞后时间。

当切断电磁线圈电源时，会在线圈两端产生感应电动势并很快衰减；在针阀落座的过程中，由于气隙磁阻的变化，使得磁路中的磁通量减少；根据法拉第电磁感应定律，势必在电磁线圈中产生感应电动势，使电磁线圈两端迅速下降的电动势突然增加，在针阀落座终了时刻达到最大值，此后，由于气隙不再改变，该电动势又很快衰减，因此，只要检测到峰值点出现的时刻，就可得到针阀落座终了时刻，该时刻与喷油器5断电时刻之间的时间差即为喷油器5落座滞后时间。

如图5所示，所述喷雾角检测系统，包括面阵光源1、高速相机2、集油盘3和支架4；所述面阵光源1安装于支架4右边；高速相机2安装于支架4左边；集油盘3安装于支架4底部；喷油器5安装在支架4上部；所述高压供油系统控制喷油器5喷油，并控制喷出燃油的压力与温度，通过喷油器驱动模块19驱动喷油器5喷油，集油盘3放置于喷油器5下方，并使其轴线重合，根据集油盘3收集到的燃油质量即可测算出燃油雾化损失；然后，使用高速相机2采集喷雾图像，高速相机2垂直于喷油器5轴线方向放置，调整距离、焦距，使其刚好采集到喷油器5下方喷油器5轴线所在平面区域；由于曝光时间极短，面阵光源1为采集喷雾瞬态图像进行背景补光；采集到喷雾瞬态的图像后，即可应用图像处理的方法得出喷雾角和喷雾偏转角度。

更具体的，在采集喷油器5喷雾瞬态的图像时，由于面阵光源1常亮，喷油器5喷雾速度较快，高速相机2曝光时间足够短来确保消除拖影现象；控制系统18修正图像的灰度直方图以增强图像的对比度；将原始图像的直方图变换为均匀分布的形式，增加图像灰度的动态范围，从而增强对比度；以图像各灰度级概率的累积分布函数作为变换函数，依此变换关系得到一幅灰度概率密度均匀分布的图像，以保证后续边缘提取的准确性。

更具体的，由于喷雾下端会产生明显的汽化拖影和阴影，导致模糊和虚边的现象，因此只选取与喷油器5最近的两条直线进行喷雾角的计算；对检测出的直线进行筛选时，首先根据边缘提取结果确定喷油器5的中心位置，选取与其距离最接近的两个端点，找到这两个端点所在直线即可找出另外两个端点，并进行标记，由此，即可准确、快速的得到喷雾边缘的直线位置、直线端点坐标等参数，根据这些参数即可计算出喷雾角和喷雾偏转角度。

控制系统18运行，采集传感器信号，与高压供油系统、喷油器驱动模块19通信为喷油器5供油并驱动喷油器5工作，处理检修工具所得数据信息和图像信息，并进行数据记录，实现系统数据有效融合和网络化控制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案。

设计图

一种电喷柴油机的检修平台论文和设计

一种电喷柴油机的检修平台论文和设计-李清

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主设计要求

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