专利名称：发动机气门升程及配气相位自动测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发动机气门位移测试装置，具体是一种气门升程及配气相位自动测试仪，属于发动机测试技术发动机测试技术领域。
二背景技术：
气门升程是影响发动机进气量的重要指标之一，气门配气相位直接决定了发动机的动力性能好坏，气门升程及配气相位测试都是在发动机起动前进行静态测量。在发动机运行过程中，由于机械磨损和润滑质量的不同，气门实际工作状态与静态时相比存在差异，导致气门升程及配气相位会发生变化。随着对发动机性能要求以及控制精度的提高，动态测量气门升程及配气相位，监控发动机进气量和进、排气时刻，对提高发动机的性能指标和运行可靠性至关重要。传统的气门升程及配气相位测试在发动机静止状态，采用塞尺测量气门升程，塞尺法测量气门升程会因塞尺升程不一或读数误差产生测量误差，造成最大气门升程误差。采用光透法或固定转角计算法测量配气相位，光透法判断气门开启或关闭时刻，通过飞轮的角度确定的精度只能达到I度。目前的发动机电控气门装置虽然实现了对气门运动控制，但这种控制是一种开环控制，不能实时测量气门位移进行修正，实时监测气门升程及配气相位不仅是优化发动机进\排气量主要手段，而且还是发动机在不同环境下保持性能指标的手段之一，气门升程的自适应控制对气门升程实时测量要求更高，自动化测试气门升程及配气相位必不可少。常规的气门升程及配气相位自动测试仪是由压电位移传感器、采集卡和计算机组成，包括气门升程、配气相位的数据采集和数据离线分析，这种测试仪附件多，体积较大，在系统体积和配置上难以满足发动机的动态要求。基于数字信号处理器(DSP)的气门升程及配气相位自动测试，简化采集系统的配置，减小系统体积，不仅能实现车载气门升程及配气相位数据采集及显示，而且能实时检测发动机气门的故障。
三、发明内容本实用新型的目的是克服上述不足，填补车载发动机气门升程及配气相位自动测试仪空白，气门升程及配气相位自动测试装置在高性能微处理器的基础上，完成前后台多任务操作。前台微处理器完成采集数据、处理数据，进行数据传输，后台计算机完成监控和显示任务。数字信号处理器(DSP)具有强大的数据处理能力，而且运算速度高，为动态采集提供了硬件基础。在采集方法、计算机处理和数据通讯上有不同的要求。I.采集方法由于单片机的数据空间远远小于计算机，数据文件是单片机采集系统所必须解决的瓶颈，不同采样循环、曲轴转角分辨率、采集范围的数据文件大小明显不同，气门数据文件容量如表I所示。表I不同采集条件下气门位移数据文件容量[0010]
曲轴转角分辨率采样范围位移数据文件容量
循环数_Γ CA_Γ CA_/MB_
100 0~2 -180-180 0.703 50. O. 2 -60 230 0.334 20 _O. 5 _-50 180 _O. 023_选择在进气行程的上止点前25。CA至进气行程下止点后50° CA的局部曲轴转角范围作为气门位移数据采集段，既能大大地降低数据量，又能很好地反映进气门开闭过程；动态采集的参数如表2所示。表2动态采集参数
—曲轴转角范囤广CA采样曲轴转角间隔广CA采样点数采集循环
-25 230O. 5510202.局部采集触发信号光电编码器采用增量式光电编码器，设计了光栅盘，光电编码器的光栅盘部分刻度区域内设置光栅，用于产生触发信号。光栅盘每旋转一周产生510个脉冲信号，输出信号为间隔O. 5度的脉冲信号。3.采集工作原理信号采集部分硬件由采集单元和采集附件组成，数据传输及显示由显示计算机和数据线组成，采集单元由数字信号处理器(DSP)和USB插口电路及串行通讯(SCI)插口电路组成，采集附件由激光位移传感器和光电编码器组成。由于DSP的工作是按分时串行进行的，在气门升程测试中，高密度连续采集会增加A/D 口负荷，致使DSP无法进行其它工作。在一个工作循环中，只有进气行程的上止点前25° CA (crankshaft angle)至进气行程下止点后50° CA的255° CA范围内时，由光电编码器的同步信号和角标信号触发DSP的A/D功能，，进行AD转换，由DSP完成气门位移测试，其余时间DSP可以进行升程数据的均化、数据传送。4.数据通讯用高曲轴转角分辨率采集气门升程和相位的数据较多，选择合适的数据通讯方式。异步串行通讯(SCI)、CAN总线通讯和高速数据传输(USB)方式是单片机的主要通讯方式。SCI的发送波特率较小，数据传输速度低，因此SCI在传输小数据文件具有优势。而USB传输方式由于具有相应的智能控件，传输速率能达到12 480MBPS，特别适合于大数据量的传输。在气门升程及配气相位监控模式中，只传送气门升程、配气相位等参数，传送数据量小，采用异步串行通讯SCI方式能节省CPU时间；在气门升程及配气相位测量模式中，要传送进气门升程及相位全部数据，采用高速数据传输USB方式。
四
图I为气门升程及配气相位自动测试组成图图2为光电解码器产生的脉冲触发信号图3为激光位移传感器的原理图图4为采集软件框图[0026]图5为工作时序图五具体实施方式
发动机气门升程及配气相位自动测试装置由三个部分组成，如附图I所示，I.信号采集部分硬件由采集单元I和采集附件2组成；2.系统软件部分3，由采集软件31和数据分析软件32、数据显示软件33组成；3.数据传输和显示4由显示计算机41、数据线42、数据线43组成。采集单元I由数字信号处理器11和USB插口电路12、串行通讯(SCI)插口电路13组成，采集附件2由激光位移传感器21、光电编码器22组成，激光位移传感器21、光电编码器22分别通过滤波电路接入数字信号处理器11的输入通道，数字信号处理器11的通讯通道分别与USB插口电路12、串行通讯(SCI)插口电路13连接。数字信号处理器11选用Freescale公司的数字信号处理器DSP56F807，它是处理实时信号的专用微处理器，高可达到40兆条指令/S(MIPS)的指令执行速度；能够进行定 点、浮点计算，它的基本配置为一个CAN2. OB模块，两个SCI模块，独立8通道12位A/D，程序FLASH为64K，RAM 2K，80MHz的总线频率，DSP56807的AD单通道采样频率达到200kHz，闻于一般IOOkHz。USB插口电路12采用了 Cy7c68013集成功能芯片，它的16KB片上RAM(其中包括4KB FIFO)存储器和片内的USB收发器可以完成数据存储和高速发送，能完成所有采集数据的高速传输，USB插口电路12通过数据线42和显示计算机41连接，串行通讯(SCI)插口电路13通过数据线43和显示计算机41连接。 光电编码器22采用增量式光电编码器，重新设计了光栅盘，使光栅盘每旋转一周产生510个脉冲信号，产生信号脉冲如附图2所示。信号Z为同步信号，输出信号A为间隔O. 5度的脉冲信号。激光位移传感器21选用美国MTI公司的高精度漫反射型MicrotrakII激光位移传感器，如附图3所示。采用三角量测技术来进行位移、距离、振动及厚度检测，分辨率0. I μ m ;高速取样频率40KHz ;线性度+/-0. 05%或更好；取样频率40kHz反应频率20kHz ;模拟电压输出+/_4Vdc模拟电流输出4-20mA，数字输出RS_485，波特率230kb，温度稳定性0. 05%满量程/摄氏度。传感器由发射光源、接受源和光电转换电路组成，经过光电转化，直接输出电信号，抗干扰能力强，小型化。系统软件3由采集软件31和数据分析软件32、数据显示软件33组成。数字信号处理器11中的数据采集软件31和数据分析软件32采用C++语言编程，显示计算机41中的显示软件33中采用LABVIEW软件编程。根据系统所要实现的功能，采集软件31由初始化模块、中断模块和功能模块组成，如附图4所示。初始化模块主要完成单片机系统初始化和操作功能初始化，中断模块完成由信号触发、实施AD采集，功能模块完成通讯传送、数据处理和数据计算等任务。DSP的工作时序如附图5所示，A/D采集数据嵌入在数字信号处理器的中断服务程序中，由外部中断源-信号触发中断程序，通过A/D采集功能实现气门电压信号采集，经过电压位移转换得到气门升程，并存储在相应的数组中。数据分析软件32对数据进行处理和分析，将所采集气门运动各点的位移数据，找出检测范围内所有的最大位移点和最小位移点，然后计算出气门的升程。并找出气门位移开始增大和气门位移变为零值对应的曲轴转角，计算气门开启持续角度。通讯传送由数字信号处理器与计算机数据显示软件33完成，数字信号处理器采用异步串行通讯SCI方式，只传送气门升程、配气相位角度等参数，采用高速传输USB方式高速传输全部的气门升程及对应的曲轴转角数据。在计算机数据通讯软件据生成的显示界面上，显示气门升程、气门开起提前角、关闭延迟角以及开启持续角等参数，并显示气门升程随曲轴转角变化曲线。·
权利要求1.一种发动机气门升程及配气相位自动测试装置，其特征在于该自动测试装置由信号采集部分硬件和数据传输及显示组成，信号采集部分硬件由采集单元(I)和采集附件(2)组成，数据传输及显示由显示计算机(41)、数据线(42)、数据线(43)组成，采集单元(I)由数字信号处理器(11)和USB插ロ电路(12)、串行通讯(SCI)插ロ电路(13)组成，采集附件(2)由激光位移传感器(21)、光电编码器(22)组成，激光位移传感器(21)、光电编码器(22)分别通过滤波电路接入数字信号处理器(11)的输入通道，数字信号处理器(11)的通讯通道分别与USB插ロ电路(12)及串行通讯(SCI)插ロ电路(13)连接，USB插ロ电路(12)通过数据线(42)和显示计算机(41)连接，串行通讯(SCI)插ロ电路(13)通过数据线(43)和显示计算机(41)连接。
2.如权利要求I所述的光电编码器(22)，其 特征在于光电编码器的光栅盘部分刻度区域内设置光栅，用于产生数据采集的触发信号。
专利摘要本实用新型涉及发动机气门升程及配气相位自动测试装置，该装置由信号采集部分硬件、系统软件部分、数据传输及显示部分组成，其中信号采集部分硬件由采集单元1和采集附件2组成，系统软件部分由采集软件31和数据分析软件32、数据显示软件33组成，数据传输及显示部分由显示计算机41和数据线42、数据线43组成，采集单元1由数字信号处理器11和USB插口电路12、SCI插口电路13组成，采集附件2由激光位移传感器21、光电编码器22组成。该装置的数字信号处理器11完成采集数据和处理数据，显示计算机41完成监控和显示数据任务。
文档编号G01M15/00GK202630912SQ20112052391
公开日2012年12月26日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者王军, 金毅, 张志远 申请人:中国人民解放军装甲兵工程学院