应用发动机转速曲线评估柴油机冷起动性能的方法_动力性能测试

摘要
研发新的燃油涉及到一家石油公司的多个领域以及多种试验，包括基于底盘测功机的车辆排放试验以及基于发动机台架试验室的发动机性能试验。尤其是对于柴油以及汽柴油混合燃料，一个重要的试验就是评估车辆冷起动过程中的发动机转速曲线。
在该工作中，对于发动机转速曲线分析，技术人员研发了一个系统通过使用发动机飞轮齿圈信息以及一台标准笔记本电脑的音频输入端口来获取信息。同时，研发了一套精确的软件来分析所获得的信号。该系统可以给出发动机起动过程的许多重要信息，如起动电机开始运行时间，停止时间以及发动机怠速。所有这些信息都通过一个廉价的仪器装备被采集。这个系统同样可以分析，发动机的某个转速，发动机转速的微小波动。
因此，本文推荐了一种可以用于不同车辆以及发动机转速分析的简单以及廉价的程序，任何试验室都可以实施的。

说明
新燃油混合物的研究包含多种基于台架发动机试验以及基于车辆自身的试验。其中的一些试验包括排放试验，气门沉积物，动力性试验等等。其中的一项为发动机冷起动评估瞄准确定排放物，如参考文献[1]和[2]中所示，以及冷起动后发动机达到稳定怠速的时间。考虑到这些，该研究提出了一种方法以及一套系统来获取发动机起动初始阶段的转速。下文中将介绍研发的系统如何获取转速信号，起动过程信号的理论研究以及定性起动过程的重要参数。最终，讨论了该系统的新的可能性。

方法
本部分描述如何获取以及处理飞轮齿圈信号的方法，以确定发动机冷起动过程中的转速曲线。第一步，需要确定传感器的型号及其在车辆上的安装位置。在该项工作中，车辆有一个霍尔传感器。第二步，需要研发新的硬件来获取车辆转速信号并将其发送至电脑。最后，通过两个软件来获取转速曲线：一个获取信号，另一个用来处理信号。接下来的章节将会介绍更加详细的情况。

霍尔传感器
霍尔传感器是一种当磁场变化时，输出电压会发生变化的传感器,参考文献[3]。在汽车工业中，这种传感器被广泛应用在车辆上来获得发动机转速以及发动机活塞在机体内的位置。一般情况下，这种传感器直接附属于飞轮齿圈。在本论文中，它被应用到柴油机皮卡上，传感器位于车辆前部的发动机下面。
飞轮齿圈有一组磁性齿牙，当这些齿牙经过传感器时可以在霍尔传感器中产生电压。因此，当发动机一开始转动，传感器就会产生脉冲，通过脉冲宽度能够得出发动机转速。图1距离说明了这种传感器，飞轮齿圈以及产生的脉冲信号。在飞轮中，同时存在一些非磁性齿牙，用来确定活塞在燃烧室内的位置。所以，磁性齿牙以及非磁性齿牙的数量是进行信号分析前最先需要确定的事情。


硬件
试验用到的硬件仅仅是一根线缆和一个电路，用来降低通过终端的电压，证明文章前面提到过的这是一个廉价系统。这根线缆一端装有一个相容的P2插头用来连接笔记本电脑，另一端是一对鳄鱼嘴夹子，用来连接传感器。
用来降低电压的电路是一个由两个电阻构成的简单的电压分配回路，其中R1的阻值为33kΩ，R2的阻值为270Ω。选择这样两个电阻是为了确保以下两个方面：
电压分配应该降低电压至10，这意味着R2/(R1+R2)=1/10，同时；
该电路必须具有高阻抗以保证不会干扰车辆的正常功能，这意味着R1与R2的取值要很大。
图2给出了电压分配电路的示意图。


软件
软件由两部分构成：其中一部分用来获取数据，另一部分用来处理信号。获取的转速信号使用Windows的“录音机”应用程序进行处理，如图3所示。用户需要起动录音机而后发动车辆。记录一分钟的数据，必须保存记录数据。


在保存对话框里，可以将采集到的数据存为WAV格式。此外，可以设置成其他一些音频参数，如：样本率，单声道或立体声等等，如图4所示。在本文中，设置为单声道，样本率为48kHz。


声音文件处理是通过一个用MATLAB编写的程序参考文献[4]计算的。通过改程序载入WAV文件，计算并测量脉冲宽度，并计算发动机转速。最后，发动机转速被显示给用户。图5给出了该系统的示意图。

识别齿牙数量
飞轮齿圈磁性及非磁性齿牙数量是通过一个简单的试验来确定的。起动发动机同时采集霍尔传感器信号。信号与图6中所示的相似。

很明显，图中显示出了一种图案包含几个短的脉冲紧接着一个长的脉冲，代表每个磁性齿牙经过霍尔传感器的情形。长脉冲信号代表没有在霍尔传感器中产生感应的非磁性齿牙。