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【虹科Pico汽車示波器】數(shù)學(xué)通道的應(yīng)用(六)-補(bǔ)償氣缸壓力

虹科Pico汽車示波器 ? 2022-01-17 10:12 ? 次閱讀

壓力傳感器出現(xiàn)之前,我們?cè)跍y(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮沖程時(shí)主要關(guān)注的是氣缸壓力峰值。WPS500X壓力傳感器在分析氣缸壓力這塊功能非常先進(jìn),我們可以通過(guò)正/負(fù)氣缸壓力、氣門開(kāi)啟/關(guān)閉和氣門開(kāi)閉持續(xù)時(shí)間等多方面來(lái)進(jìn)行分析。與WPS500X壓力傳感器相比,用傳統(tǒng)的壓力表測(cè)量時(shí),各缸壓力峰值之間的差異會(huì)比較大。

以下文章討論過(guò)該問(wèn)題:使用虹科WPS500X壓力傳感器進(jìn)行壓縮測(cè)試

如果我們需要使用壓力傳感器獲得準(zhǔn)確的氣缸壓力峰值,則必須考慮并補(bǔ)償壓力傳感器的內(nèi)部容積。因此,我想在這里重溫一下PicoScop 6 Automotive軟件中(不是Pico Diagnostics),通過(guò)壓力傳感器測(cè)量氣缸壓力峰值時(shí)涉及的“補(bǔ)償”這一數(shù)學(xué)通道。我在過(guò)去錯(cuò)誤地認(rèn)為我們的壓力傳感器的內(nèi)部容積為5mL,但多虧了皮科克夫、沃勒姆和其他用戶的提示,實(shí)際上壓力傳感器的內(nèi)部容積是1.22mL左右。如果我們將壓縮軟管安裝在壓力傳感器上(壓縮軟管內(nèi)部容積約為2mL),總?cè)莘e大約為3.22mL。再加上壓縮軟管轉(zhuǎn)接頭(用于連接火花塞)的內(nèi)部容積,傳感器、壓縮軟管和火花塞接頭的內(nèi)部總?cè)莘e通常是5mL左右。也就是說(shuō),用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮測(cè)試的“集成一體化”壓力傳感器總?cè)莘e約為5mL。需要注意的是,如果我們添加一個(gè)預(yù)熱塞適配器(用于柴油機(jī)壓縮測(cè)試),由于它的大小和容積有所不同,總?cè)莘e的數(shù)值將大大增加。在這里我想說(shuō)的是,使用壓力傳感器進(jìn)行汽油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮峰值的測(cè)量過(guò)程中,在應(yīng)用相關(guān)數(shù)學(xué)通道時(shí),要輸入5 mL作為傳感器的總?cè)莘e值;如果是用壓力傳感器對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮峰值進(jìn)行測(cè)量,在應(yīng)用相關(guān)數(shù)學(xué)通道時(shí),要輸入“5 mL + 預(yù)熱塞適配器容積”作為傳感器的總?cè)莘e值。引用以下文章:使用虹科WPS500X壓力傳感器進(jìn)行壓縮測(cè)試當(dāng)使用PicoScope 6 Automotive軟件時(shí),使用連接到壓縮軟管的壓力傳感器(總?cè)莘e為5mL)測(cè)量氣缸壓力峰值時(shí),我們需要根據(jù)氣缸容積、壓縮比和傳感器總?cè)莘e值設(shè)置一個(gè)倍增系數(shù)。我們有一臺(tái)沃克斯豪爾·阿斯特拉柴油車,1.7升的4缸發(fā)動(dòng)機(jī),壓縮比為18:1,傳感器總?cè)莘e值為7mL(傳感器和壓縮軟管共5毫升+預(yù)熱塞適配器2毫升)。使用WPS500X壓力傳感器時(shí),PicoScope 6 Automotive軟件測(cè)量氣缸壓力峰值時(shí)所需的補(bǔ)償公式計(jì)算過(guò)程為:
  • 單個(gè)氣缸排量/(壓縮比-1)=燃燒室容積
  • (燃燒室容積+傳感器總?cè)莘e值)/燃燒室容積=倍增系數(shù)
  • 然后使用倍增系數(shù)乘以WPS500X得出的壓力結(jié)果。
  • 例如:4缸發(fā)動(dòng)機(jī)排量1686 cc,壓縮比18:1,
  • 每缸排量:1686/4=421.50 cc
  • 燃燒室容積:421.50 /(18-1)=24.79 cc
  • 倍增系數(shù):(24.79 cc +7 mL)/ 24.79 cc =1.28
  • 所以1.28是補(bǔ)償氣缸壓力峰值所需的倍增系數(shù)。
倍增系數(shù)*壓力傳感器處的壓力值=補(bǔ)償后的氣缸壓力值,補(bǔ)償過(guò)程中考慮了壓力傳感器、壓縮軟管和預(yù)熱塞適配器的內(nèi)部容積。捕捉氣缸壓力信號(hào)的WPS500X連接到了B通道上,所以補(bǔ)償公式為:壓力*倍增系數(shù)=B*1.28。

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圖1補(bǔ)償公式

現(xiàn)在我們得到了補(bǔ)償后的氣缸壓力峰值。

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圖2補(bǔ)償前后對(duì)比

請(qǐng)注意,溫度也會(huì)影響我們的補(bǔ)償值,因此如果有需要的話,可將溫度納入到公式當(dāng)中。您可以點(diǎn)擊“閱讀原文下載這個(gè)例子中使用的psdata文件,補(bǔ)償數(shù)學(xué)通道也在文件當(dāng)中。

WPS500X的最大工作壓力為34.5bar(500psi),不過(guò)有時(shí)柴油機(jī)的氣缸壓力會(huì)超過(guò)這個(gè)數(shù)值。(尤其是在壓縮測(cè)試期間噴油器保持連接的情況下)雖然下面我們要講解的示例不適用于所有類型的發(fā)動(dòng)機(jī),但我們其實(shí)可以使用一個(gè)集成在預(yù)熱塞中的壓力傳感器來(lái)做壓縮測(cè)試。

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圖3集成預(yù)熱塞現(xiàn)在我們可以在沒(méi)有其他干擾、不增加燃燒室容積的情況下,測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)范圍的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的氣缸壓力峰值。以下公式適用于壓力傳感器集成在VAG TDI發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱塞當(dāng)中的情況。由于此時(shí)VAG預(yù)熱塞就相當(dāng)于具備了壓力傳感器的功能,我們可以創(chuàng)建一個(gè)數(shù)學(xué)通道,將預(yù)熱塞(壓力傳感器)測(cè)得的電壓轉(zhuǎn)換為壓力值(bar),所需公式為:
  • 壓力=(傳感器測(cè)量電壓–傳感器標(biāo)稱電壓)/傳感器斜率;
  • 傳感器測(cè)量電壓=與氣缸壓力成比例的傳感器輸出電壓;
  • 傳感器標(biāo)稱電壓=點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打開(kāi)、發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉(0 bar)時(shí)傳感器輸出的電壓,約為0.575 V;
  • 傳感器斜率是指?jìng)鞲衅髟谡麄€(gè)工作范圍(0-210 bar)內(nèi)響應(yīng)氣缸壓力(1 V=約55.555 bar)的輸出。
  • 將該值視為類似于具有1 mV/A的指定特征輸出的電流鉗。對(duì)于電流鉗,輸出1mV,示波器顯示讀數(shù)為1 A,因此電流鉗輸出1V(1000 mV)示波器顯示讀數(shù)為1000 A。
請(qǐng)注意,傳感器斜率是一個(gè)四舍五入的近似值,取決于壓力傳感器電源電壓。在這里,我們假設(shè)傳感器的供電電壓為5 V,但實(shí)際上這個(gè)電壓值可能會(huì)有偏差,4.8 V-5.2 V不等,這無(wú)疑會(huì)影響壓力傳感器在其工作范圍內(nèi)的輸出。我們把從數(shù)學(xué)通道中獲得的壓力值視為近似氣缸壓力值。創(chuàng)建數(shù)學(xué)通道(假設(shè)你的預(yù)熱塞壓力傳感器連接到通道A),那么氣缸壓力公式為:(A-0.575)/55.555。

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圖4壓力公式下面的波形展示了發(fā)動(dòng)機(jī)在加速時(shí)氣缸壓力的急劇增加。這也讓我們了解到燃燒過(guò)程中氣缸內(nèi)發(fā)生的變化,并且揭示了這類發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)行駛循環(huán)工況下所承受的壓力大小。

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圖5預(yù)熱塞壓力需要注意的是,由于該壓力傳感器本身設(shè)計(jì)可測(cè)量高達(dá)210bar的壓力,不過(guò)集成預(yù)熱塞壓力傳感器受限于發(fā)動(dòng)機(jī)較低的轉(zhuǎn)速/壓力,使用不到210bar這個(gè)最大量程。雖然這個(gè)問(wèn)題依然存在,但對(duì)于我們觀察整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷范圍內(nèi)的燃燒過(guò)程,無(wú)疑是非常寶貴的。

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圖6不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下的壓力
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