数学通道的应用(六)-补偿气缸压力

tech2022-12-04  9

在压力传感器出现之前,我们在测量发动机压缩冲程时主要关注的是气缸压力峰值。WPS500X压力传感器在分析气缸压力这块功能非常先进,我们可以通过正/负气缸压力、气门开启/关闭和气门开闭持续时间等多方面来进行分析。与WPS500X压力传感器相比,用传统的压力表测量时,各缸压力峰值之间的差异会比较大。

以下博客文章讨论过该问题:使用WPS500X压力传感器进行压缩测试

如果我们需要使用压力传感器获得准确的气缸压力峰值,则必须考虑并补偿压力传感器的内部容积。因此,我想在这里重温一下在PicoScop 6 Automotive软件中(不是Pico Diagnostics),通过压力传感器测量气缸压力峰值时涉及的“补偿”这一数学通道。

我在过去错误地认为我们的压力传感器的内部容积为5mL,但多亏了皮科克夫、沃勒姆和其他用户的提示,实际上压力传感器的内部容积是1.22mL左右。如果我们将压缩软管安装在压力传感器上(压缩软管内部容积约为2mL),总容积大约为3.22mL。再加上压缩软管转接头(用于连接火花塞)的内部容积,传感器、压缩软管和火花塞接头的内部总容积通常是5mL左右。也就是说,用于汽油发动机压缩测试的“集成一体化”压力传感器总容积约为5mL。需要注意的是,如果我们添加一个预热塞适配器(用于柴油机压缩测试),由于它的大小和容积有所不同,总容积的数值将大大增加。

在这里我想说的是,使用压力传感器进行汽油发动机压缩峰值的测量过程中,在应用相关数学通道时,要输入5 mL作为传感器的总容积值;如果是用压力传感器对柴油发动机压缩峰值进行测量,在应用相关数学通道时,要输入“5 mL + 预热塞适配器容积”作为传感器的总容积值。

引用以下博客文章使用WPS500X压力传感器进行压缩测试

当使用PicoScope 6 Automotive软件时,使用连接到压缩软管的压力传感器(总容积为5mL)测量气缸压力峰值时,我们需要根据气缸容积、压缩比和传感器总容积值设置一个倍增系数。

我们有一台沃克斯豪尔·阿斯特拉柴油车,1.7升的4缸发动机,压缩比为18:1,传感器总容积值为7mL(传感器和压缩软管共5毫升+预热塞适配器2毫升)。

使用WPS500X压力传感器时,PicoScope 6 Automotive软件测量气缸压力峰值时所需的补偿公式计算过程为:

单个气缸排量/(压缩比-1)=燃烧室容积(燃烧室容积+传感器总容积值)/燃烧室容积=倍增系数然后使用倍增系数乘以WPS500X得出的压力结果。例如:4缸发动机排量1686 cc,压缩比18:1,每缸排量:1686/4=421.50 cc燃烧室容积:421.50 /(18-1)=24.79 cc倍增系数:(24.79 cc +7 mL)/ 24.79 cc =1.28所以1.28是补偿气缸压力峰值所需的倍增系数。

倍增系数*压力传感器处的压力值=补偿后的气缸压力值,补偿过程中考虑了压力传感器、压缩软管和预热塞适配器的内部容积。

捕捉气缸压力信号的WPS500X连接到了B通道上,所以补偿公式为:压力*倍增系数=B*1.28。

                                                                                          图1 补偿公式

现在我们得到了补偿后的气缸压力峰值。

                                                                                        图2 补偿前后对比

请注意,温度也会影响我们的补偿值,因此如果有需要的话,可将温度纳入到公式当中。您可以下载这个例子中使用的psdata文件,补偿数学通道也在文件当中。Example waveform.psdata(下载相关文件请点击虹科Pico汽车示波器论坛)

WPS500X的最大工作压力为34.5bar(500psi),不过有时柴油机的气缸压力会超过这个数值。(尤其是在压缩测试期间喷油器保持连接的情况下)

虽然下面我们要讲解的示例不适用于所有类型的发动机,但我们其实可以使用一个集成在预热塞中的压力传感器来做压缩测试。

                                                                                      图3 集成预热塞

现在我们可以在没有其他干扰、不增加燃烧室容积的情况下,测量发动机整个范围的转速和负荷下的气缸压力峰值。

以下公式适用于压力传感器集成在VAG TDI发动机预热塞当中的情况。

由于此时VAG预热塞就相当于具备了压力传感器的功能,我们可以创建一个数学通道,将预热塞(压力传感器)测得的电压转换为压力值(bar),所需公式为:

压力=(传感器测量电压–传感器标称电压)/传感器斜率;传感器测量电压=与气缸压力成比例的传感器输出电压;传感器标称电压=点火开关打开、发动机关闭(0 bar)时传感器输出的电压,约为0.575 V;传感器斜率是指传感器在整个工作范围(0-210 bar)内响应气缸压力(1 V=约55.555 bar)的输出。将该值视为类似于具有1 mV/A的指定特征输出的电流钳。对于电流钳,输出1mV,示波器显示读数为1 A,因此电流钳输出1V(1000 mV)示波器显示读数为1000 A。

请注意,传感器斜率是一个四舍五入的近似值,取决于压力传感器电源电压。在这里,我们假设传感器的供电电压为5 V,但实际上这个电压值可能会有偏差,4.8 V-5.2 V不等,这无疑会影响压力传感器在其工作范围内的输出。我们把从数学通道中获得的压力值视为近似气缸压力值。

创建数学通道(假设你的预热塞压力传感器连接到通道A),那么气缸压力公式为:(A-0.575)/55.555。

                                                                                     图4 压力公式

下面的波形展示了发动机在加速时气缸压力的急剧增加。这也让我们了解到燃烧过程中气缸内发生的变化,并且揭示了这类发动机在标准行驶循环工况下所承受的压力大小。

                                                                                    图5 预热塞压力

需要注意的是,由于该压力传感器本身设计可测量高达210bar的压力,不过集成预热塞压力传感器受限于发动机较低的转速/压力,使用不到210bar这个最大量程。虽然这个问题依然存在,但对于我们观察整个发动机转速/负荷范围内的燃烧过程,无疑是非常宝贵的。

                                                                            图6 不同转速和负荷下的压力

下面的psdata文件包含相关的数学通道以及气缸2和气缸4的压力波形。这些可以通过右键单击屏幕并选择“通道”来显示。

AUDI A4 TDI GLOW-PRESSURE.psdata(下载相关文件请点击虹科Pico汽车示波器论坛)

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