（电气工程专业论文）发动机数据采集系统的研究.pdf

r e s e a r c ho fe n g i n ed a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m a b s t r a c t o na b r o a d ，t h ec o m b u s t i o na n a l y z e rs p e c i a l i z e df o rr e s e a r c h i n gt h ep r o c e s s o fc y l i n d e ri sm o r em a t u r ea n dp o w e r f u l ，b u ti ti sm o r ee x p e n s i v ea n dd i f f i c u l tf o r m a i n t e n a n c e ，t h u si ti st od e v e l o pt h er e l a t i v ee q u i p m e n t si nd e m e s t i e o nt h eb a s i s o fi m i t a t i n gt h ec o m b u s t i o na n a l y z e ro fa b r o a d ，s e l f - d e v e l o p e da n dw o r k e do u ta n u m b e ro fe n g i n ed a t aa c q u i s i t i o na n a l y z e r sw h i c hs u i to u rc o n d i t i o n s t h es t u d yo ft h i st h e s i sa sf o l l o w s ： f i r s t l y ，d e s i g nt h eh a r d w a r es y s t e mw h i c hn e e d e db yt h ea c q u i s i t i o na n d c o m b u s t i o na n a l y s i so fd i e s e le n g i n et r a n s i e n tc y l i n d e rp r e s s u r e s e c o n d l y ，u s et h ev i s u a lc + + 6 0a n dv i s u a lb a s i c6 0t o o l s w i t ht h e o b j e c t o r i e n t e dd e s i g nm e t h o d ，a n dm a k eu s eo fm u l t i t h r e a d e d ，m u l t i b u f f e r ，a n d o t h e rt e c h n i c a lt oc o m p i l et h ec y l i n d e rp r e s s u r ea c q u i s i t i o na n dc o m b u s t i o n a n a l y s i ss y s t e m t h es o f t w a r e c a na c h i e v ed a t a a c q u i s i t i o n ，m a p p i n g ，d a t a a r c h i v i n g ，c o m b u s t i o na n a l y s i sa n d o t h e rc o m p l e xf u n c t i o n s t h i r d l y ，d e t e r m i n et h ea n a l y s i sm o d e lo fc o m b u s t i o nh e a tr e l e a s er a t ef o r d i e s e le n g i n et oc a l c u l a t et h ec o m b u s t i o nh e a tr e l e a s er a t ea n dd r a wt h e c o r r e s p o n d i n gg r a p h i c s u s i n gc u r r e n te q u i p m e n ti nl a b o r a t o r y m u l t i - c y l i n d e r ，e n g i n es i g n a l a c q u i s i t i o na n dc o m b u s t i o na n a l y s i ss y s t e mi sd e v e l o p e d t h r o u g ht h er e a l t i m e m o n i t o r i n g o ft h e c y l i n d e rd y n a m i cp r e s s u r e ，d e v e l o pd a t aa c q u i s i t i o na n d c o m b u s t i o na n a l y s i ss y s t e m ，d r a wt h ed y n a m o m e t e rc a r d ，a n da n a l y s i sc y l i n d e r c o m b u s t i o nc o n d i t i o n sw h i c hp r o v i d ev a l u a b l ei n f o r m a t i o nf o rs c i e n t i f i cr e s e a r c h k e y w o r d s ：d a t aa c q u i s i t i o n ，c o m b u s t i o na n a l y s i s ，c y l i n d e rp r e s s u r e ，i n d i c a t o r d i a g r a m ，h e a tr e l e a s er a t e ，t o pd e a dc e n t e r 5 插图清单 图卜1 基于单片( 板) 机的发动机数据采集分析系统3 图卜2 基于计算机的发动机数据采集分析系统4 图2 1 系统平台硬件结构5 图2 2k i s t l e r 一6 0 4 i a 型传感器6 图2 - 3 光电式曲轴转角发生器原理示意图7 图2 - 4 码盘示意图8 图2 5p c i 2 0 0 6 数据采集卡9 图2 6 输入信号的单端输入方式1 0 图3 1 上止点误差对放热百分率的影响1 3 图3 - 2 ( 直接法) 电容式动态上止点测量示意图1 5 图3 - 3 压缩线法原理图1 5 图3 - 4b 样条法的图解1 8 图4 一l 软件组成模块图2 2 图4 2 数据采集系统原理图2 2 图4 - 3 中断方式a d 采集实现过程2 5 图5 一l 系统边界组成3 1 图5 2 数据采集界面3 6 图5 3 燃烧分析主界面3 7 图5 - 46 1 0 5 q i c 型柴油机示功图( i 0 0 循环的压力平均值) 3 8 图5 5 燃烧放热率一曲轴转角图3 8 9 表格清单 表2 1k i s t l e r 一6 0 4 1 压力传感器技术参数6 表4 lp p a r a 参数结构和本系统需要的参数设置2 4 表4 2 原始数据l s b 转换为电压的转换公式2 6 l o 符号说明 m 。一燃烧前工质的物质量m o l k g y 一残余废气系数 t 。一该瞬时气缸内工质温度k q b 一燃烧放热量j e r a 3 n 一发动机转速r m i n q s 一扫气系数； l 。一燃料燃烧理论空气量k m o l k g b o 一理论分子变化系数 p 一气缸内工质压力m p a d 。一当量直径e m h 一比烩k j k g s 一活塞行程c m v c 一气缸的余隙容积e m 3 ”。一机械效率 p m i 一平均指示压力m p a ( p b 一燃烧其始角 d 一密度k g m 3 一过量空气系数 t a - 压缩始点气缸内工质温度k t 一发动机冲程数 i 一发动机气缸数 肚。一平均空气相对分子质量 r 一通用气体常数j k m o lk c 。一活塞平均速度c m s d 一为气缸直径e m 一压缩比 卜曲柄连杆比 a g 一传热系数w ，( c m 2k ) p 。一平均有效压力m p a q ：一燃烧持续角 p 。一燃烧终止角 独创性声明 本人声明所警交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得盒魍些盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位做储签字辩签字晚。7 年f 归叫日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目b 王些盘 ! l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做者獬：秘1 9 签字日期口 年f 1 月叫日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签字吼驴7 年，月彩日 3 电话： 邮编： 致谢 本文从课题确定、总体把握、项目实施到论文撰写都是在导师王建平教授 的精心指导下进行的。王建平教授渊博的知识、优秀的组织和解决问题的能力、 严谨的治学态度、乐观豁达的人生观以及对学术的敏锐洞察力给了我无数的启 迪，也成为我以后学习的典范。在此谨向多年来给予我指导、培养、信任和鼓 励的王建平教授表示诚挚的谢意。 在实验和论文完成期间，还得到了王世震教授和梅彦利高级工程师的具体 指导。他们广博的知识、实事求是的科研作风、巧妙解决问题的能力给我留下 了深刻的印象。在此向王世震教授和梅彦利高级工程师给予的关怀和培养表示 感谢。 论文期间，还得到了李小泉和张全逾等老师的帮助和协作。同时也对承德 石油高等专科学校内燃机实验室给予直接、间接帮助的老师一并表示感谢。 谨此，还向百忙之中评审论文的各位专家表示谢意。 6 作者：段兴华 2 0 0 7 年1 0 月 第一章绪论 1 1 研究发动机数据采集系统的意义 随着工农业生产和科学技术的迅速发展，发动机在生产和生活中都具有越 来越重要的地位。发动机的应用范围，品种和数量的不断扩大和增长，对发动 机中各系统零件的性能、使用寿命等技术指标的要求也愈来愈高。上世纪科研 工作者对发动机研究的主要内容基本上是开发低油耗，大马力的发动机。随着 人民生活水平的不断提高及全球环保问题的提出，科学家们提出了汽车工业的 三大主题：环保、节能与安全。这样又对发动机科技工作者提出了新的要求， 即研发出新一代的低排放、低噪声、低油耗、高效率的新型发动机。 在进行发动机新产品生产，开发和科学研究中，发动机科学实验是不可缺 少、至关重要的个环节。因此，进行发动机工作过程的研究：节约燃料、扩 大燃料的品种，新型结构的研究：以及设计研制合乎要求的产品和对原有产品 的分析改进，以满足各种用途的需要，就成为发动机科技工作者的重要任务。 在这些任务中，试验工作具有极其重要的地位，这不仅是因为从所耗的财力、 物力、人力和时间方面占有很大的比例，更主要的是任务完成的质量和是否达 到预期目标，必须以试验的最终结果来评价和确认。 在发动机试验中，除了要定性地观察一些物理和化学现象以外，最重要的 是要对发动机运行过程中许多有关的物理量和化学量进行精确的定量测定。如 果没有先进的测量方法和测量仪器，包括先进的数据处理方法和相应的设备， 也就没有先进的发动机试验技术，也就不能研制和生产出性能良好，能够更好 地满足生产和生活需要的高质量的发动机。 为了获得发动机的各项性能指标，改善发动机性能，就必须对发动机诸多 性能参数进行准确、高精度的数据采集与分析。发动机在稳定运转工况下，各 种参数可分为平均值的测量和瞬时值的测量，前者主要包括曲轴转速，输出扭 矩，发动机冷却水进出口温度，机油压力及温度，进、排气管内温度及压力等 等；而后者包括发动机在一个工作循环下的随曲轴转角变化的气缸内介质的压 力，迸、排气压力波、燃料供给系统中高压油管压力，喷油器针阀升程，气门 升程，进、排气瞬时温度以及曲轴扭转振动波形的测量等等。在发动机非稳定 运转工况下的测量，目前也越来越普遍，因为这时发动机是在模拟实际工况， 更接近于汽车实际行驶，如其中的测量发动机的瞬时调速率测量，无负载测功 等。通过这些数据不仅可以实现发动机工作状况的实时监测、故障诊断，而且 还可以由这些数据通过白编计算分析软件得到与发动机工作过程，缸内燃烧状 况相关的放热规律和喷油规律等处理结果。从而可以用来评价和确认发动机户 品的优劣程度，是否达到预期设计的目标。 从以上的叙述中可知，研制和开发出一台高性能的发动机数据采集与分析 系统是当务之急。本课题所研究开发的发动机数据采集分析系统是一种在p c 机及其兼容机上开发的数据采集与分析系统。 1 2 发动机数据采集系统的国内外发展现状 至今，国内外己研究出许多发动机数据采集和分析用的仪器设备，并随着 微电子技术和计算机技术的迅速发展，仪器的精度和水平也不断提高，其构成 方式也各有不同。 国外对发动机数据采集与分析技术的研究起步比较早。上世纪8 0 年代初至 今国内许多部门先后从国外购置了各种发动机数据采集和分析系统，由于这些 电脑化设备速度快，精度高，对进一步揭示发动机的工作过程起到了不可估量 的促进作用。国外著名的产品主要有： 1 奥地利a v l 公司系列产品，如a v l 6 4 0 ，6 5 0 ，6 6 0 ，6 7 0 系列以及 a v l 6 17 ，a v l 6 2 0 等。 2 日本小野公司系列产品，如c b 3 6 6 ，4 6 6 ，4 6 7 ，5 6 6 以及d s - 9 1 0 0 等。 3 奥地利德维创公司生产的d e w s 系列。 4 德国f e v 公司生产的f e v i s 系列。 5 美国p e i 公司生产的d a b 系列。 其中a v l 公司和小野公司在中国有大量的用户。 国内自改革开放以来在使用开发国外同类产品的基础上研制出了许多仪器 设备。上世纪8 0 至9 0 年代国内许多单位自行研制开发了各种发动机数据采集 分析系统，或专项的测试分析诊断仪，如浙江大学利用单板计算机开发的发动 机示功图测量处理系统、大连海运学院的d m c1 2 柴油机测量分析系统、上海 发动机研究所的e a s 8 0 0 发动机燃烧分析系统、华中理工大学的h g l 2 0 8 发动 机分析仪、山东理工大学的d c a 1 发动机燃烧分析仪以及长沙科学仪器研究所 的d f y 系列多通道发动机分析仪等，还有其它一些单位，如上海铁道学院也先 后研制开发了发动机燃烧分析仪。这些系统受到当时微机内存、a d 转换速率 等因素的制约，硬件水平自然无法与进口专用设备抗衡，但在应用软件开发上 各有特点，功能上与进口产品类似，整个系统灵活实用，基本能满足一般的研 究需要。 作者对国内国外各种产品做了较详细的比较，以下分三个方面进行论述： 1 在使用功能方面 国外设备主要以针对测试和分析发动机的燃烧特性为主，因此也叫燃烧分 析仪。专业化强，适用于科学研究。其功能单一，全英文界面，软件功能模块 化、功能少，且被固化不能改变，不能加入自己的软件，再开发能力差，价格 昂贵，使国内大多数发动机科研院所及学校无法承担。 国外产品的更新换代快，a v l 公司基本上是5 年左右换代一次，但价格不 2 菲，使国内用户一直处于被动地位。 国内在模仿国外燃烧分析仪的基础上，自行开发研制出了一些适合我国国 情的发动机数据采集分析仪。但与国外水平相比，在硬件的先进性、可靠性和 准确性上存在相当差距。在大中型发动机工程计算分析上还需靠国外的著名软 件束解决问题。因此国内产品在应用推广上存在问题。这也就要求我们根据自 己的实际情况，大量吸取国外先进仪器的软硬件技术，充分利用我们的聪明才 智，不断地研究开发出适合我国国情的发动机数据采集分析系统。以满足我国 科研和生产上的需要。 2 、在主要性能指标方面 国外产品在各项性能指标上也在不断提高，如a v l 公司的a d 采样频率 从2 5 0 k h z 提高到2 m h z ，曲轴转角采样分辨率从1d e g ca ( c r a n ka n g l e ) ， 提高到0 0 2 5d e g c a 。采样通道数从单通道发展到8 、1 6 或3 2 或更多，通道 数可任意扩展。数据采样的方式上从异步采样发展到同步采样，数据内存容量 也在不断扩大。并且从稳态数据采集与分析发展到可对发动机瞬态工况的数据 进行实时采集、存贮、处理和分析。 国内目前发动机数据采集系统的a d 采样频率从1 0 0 k h z 到5 0 0 k h z ，曲 轴转角采样分辨率从2 d e g c a 到id e g c a ，采样通道数4 到8 。基本上是进行 发动机的稳态工况实验研究，与国外先进仪器相比差距不小。 3 、在系统硬件构成方面，一般可分为两大类 ( 1 ) 基于单片( 板) 机的发动机数据采集分析系统，基本框图如图1 1 所 示。 图1 1 基于单片( 板) 机的发动机数据采集分析系统 a v l 公司使用m o t o r o l a 公司的6 8 0 9 及6 8 0 2 0c p u 构成数据采集系统 日 本小野公司则采用i n t e l 公司的z 8 0 、5 1 、9 6 系列单片( 板) 构成系统。国内大 多采用i n t e l 公司的m c s 一3 1 、5 l 等8 位单片机及少数采用1 6 位m c s 9 6 系列 单片机。a v l 公司的a v l 6 1 7 发动机数据采集分析仪利用a d 2 1 0 x 系列的数字 信号处理器构成数据采集系统，而国内在发动机测试设备研发中还没有人利用 d s p 芯片构成数据采集分析系统，这将是一个很好的研发方向。 ( 2 ) 基于计算机的发动机数据采集分析系统，基本框图如图i 2 所示 图1 - 2 基于计算机的发动机数据采集分析系统 a v l 6 1 7 ，a v l 6 2 0 以及日本小野新一代产品d s 9 1 0 0 多都采用这种结构。 a d 采样板可以装在计算机中，也可放在单独构成的系统中。目前国内许多科 研人员或研究生都利用这种系统开发通用的或专门用途的数据采集分析系统。 其价格适中，再开发能力强，适合国情。许多仪器开发基于w i n d o w s 平台技术 和虚机仪器技术的软件也应运而生，如n i 的l a b v i e w 。 综上所述，我们应该充分吸取了国内国外的技术经验，结合自己的技术特 点，研制开发出一套较扩展性较强的发动机数据采集与分析系统。以满足不同 层次的发动机科研人员不断提高的测试、分析方面的需要。 1 3 本文研究内容 本论文的主要研究内容如下： 1 设计柴油机瞬态气缸压力采集及燃烧分析所需要的硬件系统。 2 利用v i s u a lc + + 6 0 v i s u a lb a s i c6 0 等开发工具，结合面向对象的 设计方法，采用多线程、多缓冲等技术编写气缸压力采集与燃烧分析系统，该 软件可以实现数据采集、绘图、数据存盘和燃烧分析等复杂的功能。 3 确定柴油机燃烧放热率的分析计算模型，计算燃烧放热率，绘制相应图 形。 4 利用系统的瞬态数据采集及分析功能，为科学研究提供有价值的信息。 本论文通过对发动机气缸动态压力的实时监测，开发出数据采集和燃烧分 析系统，绘制示功图，分析气缸燃烧状况，工作步骤如下： 1 数据采集系统的硬件选定：包括压力传感器、曲轴转角信号发生器、电荷 放大器、高速a d 采集卡、主机、显示器等。 2 对数据采集系统的硬件进行调试、组装、搭建模拟实验台，对模拟压力 信号的数据采集，检查系统运行情况和系统的可靠性。 3 搭建数据采集系统实验台，对汽油机进行数据采集，整理实验数据，如 数据的均化处理和光顺处理等。 4 开发燃烧分析系统，编制相应程序，建立数据采集与燃烧分析系统界面， 绘制示功图( p v 图和p 一缈图) ，计算燃烧放热率、压力升高率、平均指示压力 等，并对上止点的偏差对平均指示压力的影响做出了实验分析。 4 第二章发动机数据采集系统的硬件组成 本数据采集系统主要由硬件系统和软件系统两部分组成。从硬件方面来 看，目前数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系 统；另一种是集散型数据采集系统。本系统采用微型计算机数据采集系统，下 面介绍这种本系统的结构和持点。本数据采集系统是由压力传感器、a d 数据 采集卡、曲轴转角发生器、信号放大器、计算机及外设等部分组成。通过压力 传感器将气缸压力的模拟信号经过放大处理，与光电编码器发出的曲轴转角信 号和上止点信号一起送入a d 数据采集卡的采集通道中，再把转换后的数据送 到计算机中去如图2 - 1 。 图2 1 系统平台硬件结构 2 1 气缸压力传感器和电荷放大器的选用 2 1 1 气缸压力传感器 压力传感器用来测量气缸压力。实际上大多数传感器都难以严格分为敏感 元件和转换元件两部分，它们都是将感受到的被测压力直接转换为电信号。在 很多书籍或资料中，也常把传感器称为变换器或探测器，而在非电量电测技术 中，通常把传感器称为能将非电信号转换为电信号的装置。 压力传感器按工作机理不同的分为：应变式压力传感器、压电式压力传感 器、光导纤维压力传感器等。 l 。应变式压力传感器 应变式压力传感器是把压力的变化转换成电阻值的变化来进行测量的，应 变片是由金属导体或半导体制成的电阻体，其阻值随压力所产生的应变而变化。 2 压电式压力传感器 压电式传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。目前广泛使 用的压电材料有石英和铁酸钡等，这些物质在沿一定方向受到压力或拉力作用 而发生变形时，其表面上会产生电荷，若将外力去掉时，它们又重新回到不带 电的状态。这种现象就称为压电效应。 3 光导纤维压力传感器 光导纤维压力传感器与传统压力传感器相比，有其独特的优点：利用光波传 导压力信息，不受电磁干扰，电气绝缘好，耐腐蚀，无电火花，可以在高压、 易燃易爆的环境中测量压力、流量、液位等。它灵 敏度高，体积小，可挠性好，可插入狭窄的空间内 进行测量。 由于压电式压力传感器的测量精度较高，技术 较成熟，所以本系统采用瑞士k i s t l e r 水冷型缸压 传感器如图( 汽油机用火花塞式) ，它属于压电式压 力传感器，其主要技术参数如表2 - i 所示。压力传 感器的底部的感应片直接暴露在气缸燃烧室中，工 作环境恶劣，安装困难，需要较高的精度。本系统 选用的压力传感器k i s t l e r 一6 0 4 1 水冷型如图2 - 2 所 示，安装时沿燃烧室的水平位置打一圆孔，将压力图2 2k i s t l 殴。6 0 4 l 壁传惑器 传感器拧入，加垫片紧固密封，以保证测量精度，著且将冷却水源接入其两端 的冷却水出入口。 表2 - 1k i s t l e r 一6 0 4 1 压力传感器技术参数 测分超灵敏固工作熏加速线 量 段载度有温度量度灵 行： 范标极 频敏度 田定限 室 j 型号b a rb a r p c b a k h z gb a r g f s 。 ， o 6 0 4 l0 2 52 0 &2 5 02 07 05 0 5l o ( 等h 。+ 等) l 且：鳖 0 d e 燃烧终点角舻，满足： ( 势护。且毋p 。 5 2 发动机综合性能参数的计算 对发动机的热力过程进行计算时，用到的公式主要有： 1 单缸每循环指示功 彬= i p 妒 2 平均指示压力， 形 p , m 2 万_ d 。2 一s 4 3 机械效率叩卅 巩= 姓 4 平均有效压力p 。 p 。2p m 。n m 5 指示耗油率矗 6 ：3 6 1 0 6 - 墨l j h 拶i 6 整机有效功率 x d 2 s 1 0 3 n i 以。 p = 垒 ：= 8 3 0 r 5 3 软件的界面和基本功能介绍 系统软件的界面设计应能满足实验过程的可视化，简洁明了，便于人工交 互，操作简单，能够提高实验效率等要求。本软件主要由数据采集及管理( 数据 显示、波形显示、历史回放等) 、数据转换和燃烧分析三大部分组成，它符合软 件界面设计要求。 发动机数据采集及燃烧分析系统主界面，主界面是系统的最高层，整个系 统的所有操作都可在此实现。整个主界面分为数据采集及管理、数据转换和计 算燃烧放热率等三个按钮，点击各个命令按钮进入相应的应用程序部分。 图5 2 所示为系统数据采集及管理部分，它由数据、图形显示区、参数设 置区。具有实时地采集数据、显示数据、显示波形、数据存盘等功能，也可以 根据需要设置相应地参数。对于本试验通道总数选为3 ；采集方式为连续采集； 触发方式为外触发；时钟选择为外时钟；触发沿为上升沿：数字触发方式。 图5 - 2 数据采集界面 历史回放界面，它能够回放存盘后的历史数据，设置回放方式( 数据回放， 图形回放) ，设置回放速度，并且能够了解数据采集时相应的参数设置等。我们 在“文件操作”菜单中选择“打开数据文件”，即可对指定的数据文件进行回放。 此时会出现数据回放窗口。在这个窗口中单击“开始回放”按钮，即可开始自 动回放。不管在什么情况下，您移动显示窗日滚动条或文件偏移滚动条即可进 彳亍定点搜寻。 图5 - 3 为燃烧分析的主界面。它具有设置计算放热率所需的各个参数，计 算结果的数据存盘，放热率的图形显示等功能我们只要指定缸压数据的保存路 径、文件名和燃烧分析计算时需要的参数，即可以进行数据分析，操作简便， 提高了数据处理的效率。而且对任意型号的直喷式柴油机都能适用，通用性能 很好。 幽5 3 燃烧分析主界面 5 4 系统的实际应用 多缸发动机气缸压力采集与燃烧分析系统是否可以正常工作、硬件组成是 否合适、系统软件各功能模块是否达到设计要求都需要进行实验验证。本系统 的测试实验在承德石油高等专业学院汽车系实验室1 号台架上进行的，所用的 发动机是湖南动力机械集团生产的6 1 0 5 q 一1 c 型柴油机。该机型是一种成熟、可 靠的柴油汽车发动机：并且样机经过了磨合、调试适合台架性能实验。 本次实验测录了6 1 0 5 q - 1 c 型柴油机标定工况下1 0 0 个循环的压力数据，进 行均化及光顺处理后得到一个示功图，如图5 - 4 所示。 圭 r 避 孕 图5 46 1 0 5 q 一1 c 型柴漓机示功图( 1 0 0 循环的压力平均值) 利用本系统对该1 0 0 循环的压力平均值进行放热率计算，得到如图5 5 所 示的放热率一曲轴转角图。 翼 i ： 图5 - 5 燃烧放热率一曲轴转角图 从示功图和放热率曲线可以看出：6 1 0 5 q - 1 c 型柴油机在2 8 0 0r m i n 的标定 工况下，整个燃烧过程持续时间很短，在上止点后3 0 度内放出绝大部分的热量， 整个燃烧过程在上止点后的5 3c a 内完成，经济性较好。与同类型的柴油机相 比，其气缸最大爆发压力较小，从而燃烧噪声也是比较小的。试验证明数据采 集系统的开发是成功的。多缸发动机数据采集及分析系统中硬件的选用和布置、 人机交互联机调试和台架实验表明数据采集系统是成功的。界面设计、数据采 集速度均达到了要求。高速的p c i 数据采集卡提高了气缸压力采集的速度：合理 的数据结构实现了多参数数据采集保存的同步性；多线程、多级缓冲等软件处 理技术较好地解决了多参数数据采集、分析及用户操作等多任务的协同工作， 便于对发动机工作过程的实时监控。发动机气缸压力数据采集和燃烧分析系统 可以满足实验室进行科研的要求。系统软件使用v i s u a lc + + 6 0 和v i s u a l b a s i c6 0 开发，面向对象编程技术贯穿软件开发的整个过程，独立的模块化 设计方便课题进一步深入研究时扩充功能。系统软件可同时采集上止点信号、 曲轴转角信号和各缸缸压数据：可以绘制单缸( 多缸) 示功图和放热率图：并能进 行初步的燃烧分析计算。 第六章全文总结和展望 6 i 全文总结 1 为了满足柴油机实验研究的需要，构建了柴油机数据采集及燃烧分析平台，包 括柴油机实验台架和数据采集及燃烧分析系统。 2 p c i 总线高速数据采集卡提高了气缸压力的采集速度，同时保证了采样精度。 优质的石英压力传感器、合理的安装方法确保了平滑的缸压信号。角标信号发生器使 系统精确地感应曲轴转角的位置并加以测量。 3 利用面向对象软件设计方法和v i s u a lc + + ，v i s u a lb a s i c 等编程环境开发出 了具有良好扩展性的软件系统：合理的数据结构，实现了数据采集、保存的同步性：多 线程、多缓冲等软件处理技术的协同工作，解决了数据采集、保存和用户操作等任务 间的协同工作。系统拥有足够大的存贮容量，可从采样得到的数据中取数做平均处理， 提高了数据处理精度。 4 整套系统使用的是通用计算机和数据采集卡，操作系统是目前较为流行 w i n d o w sx p ，所以本系统拥有广泛的兼容性和通用性。整套系统是一个开放的测试平 台，将来可以方便地在现有基础上增加新功能，从而使测试系统的运用范围更加广泛。 5 由己知示功图计算的燃烧放热率比示功图更直接地反映燃烧过程的特征。将放 热率曲线和在相同爆发压力及压力升高率之下的热效率最高的优化曲线相比较，可评 价现有发动机燃烧过程的合理性；也可通过比较其燃烧始点、燃烧持续期、最大放热 率等特征值来确定其合理性。 6 2 展望 目前，我们所做的测试系统只是一个最为基本的框架，它只是能完成一些最为基 本测试任务，整套系统的高级运用和功能拓展都还有待于进一步开发。 1 系统的功能需要迸一步加强，需要加入更多、更好的数学模型，并且继续优化 人机界面，减少操作人员的工作量。 2 通过不断的实验和调试，不断加强系统稳定性。 3 系统的测试准确性有待于更多试验的调整和检验，各个传感器和数据采集仪的 标定必须更加准确。 4 对于大数据量，耗时高的各个算法应该对其进行仔细分析以便进行重新设计以 达到节省时间和计算机资源的最优化。 5 设计更加高效率的数据存储与检索方法。 参考文献 1 严兆大内燃机测试技术 m 浙江：浙江大学出版社，1 9 9 9 ：2 3 2 9 2 杨妙梁汽车发动机与环境保护 m 北京：中国物质出版社，2 0 0 l ：1 0 一1 5 3 蒋德明内燃机原理 m 北京：机械工业出版社，1 9 9 2 ：1 3 - 1 7 4 黎苏，黎晓鹰等汽车发动机动态过程及其控制 m 北京：人民交通出版 社，2 0 0 1 ：3 一1 0 5 何学良中国内燃机测试学术年会论文集( 第一集) c 江苏：兵器工业 部第七o 研究所发行，1 9 8 5 ：5 1 4 6 何学良中国内燃机测试学术年会论文集( 第二集) c 江苏：兵器工业 部第七。研究所发行，1 9 8 5 ：1 卜1 9 7 何学良中国内燃机测试学术年会论文集( 第三集) c 江苏：兵器工业 部第七。研究所发行，1 9 8 7 ：8 1 1 8 张立梅等功能内燃机分析仪的研究开发 j 内燃机学报1 9 9 1 ( 9 ) ： 2 5 2 9 9 范荫等发动机测试分析系统的研究与开发 j 内燃机工程1 9 9 3 ( 1 4 ) ： 1 6 2 1 1 0 孙浚福等e a s 一9 0 0 发动机燃烧分析系统的进一步开发 j 内燃机电脑 应用1 9 9 5 ( 8 ) ：4 7 5 2 1 i 夏兰兴等j x x 型内燃机数据采集分析系统的研制 j 小型内燃机1 9 9 6 ( 2 5 ) ：5 1 5 5 1 2 张永军用于高速数据采集的d m a 技术 j 石油仪器1 9 9 8 ( 1 2 ) ：2 5 2 6 1 3 戴梅，史嘉权微型计算机技术及应用 m 北京：清华大学出版社， 1 9 9 5 ：3 2 - 3 9 1 4 邵钟武，柴勤忠等数据采集系统 m 石油大学出版社，1 9 9 4 ：2 1 2 6 1 5 林君，程德福微型计算机卡式仪器原理对设计与应用 m ，北京：国际 工业出版社，1 9 9 6 ：6 1 2 1 6 唐光荣，李久龄，邓丽曼等数据采集与控制技术 m 北京：清华大学出 版社，2 0 0 0 ：1 3 1 8 1 7 何学良内燃机燃烧学 m 北京：机械工业出版社，1 9 9 0 ：1 7 2 4 1 8 高瑞h c c i 汽油机瞬态燃烧分析系统的开发及应用 d 天津：天津大 学2 0 0 4 ：4 卜4 7 1 9 a a r o nj o h no a k l e y e x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o n so nc o n t r o l l e da u t o i g n i t i o n c o m b u s t i o ni naf o u r s t r o k e g a s l i n ee n g i n e e r s j s o c i e t y o fa u t o m o t i v e e n g i n e e r s ，2 0 0 1 ( 3 ) ：6 1 0 【2 0 h u az h a o ，n i c o sl a d o m m a t o s e n g i n e c o m b u s t i o ni n s t r u m e n t a t i o na n d d i a g n o s t i c s j s o c i e t yo fa u t o m o t i v ee n g i n e e r s ，i n e 2 0 0 1 ( 4 ) ：3 6 21 】n i k l a si v a n s s o n e s