基于LabVIEW的發動機油耗測試系統設計

摘 要:基于虛擬儀器技術在原有發動機實驗測控臺架上設計了一種發動機油耗測試系統。系統主要由便攜式計算機、NI USB9219多功能數據采集卡、信號調理模塊、油耗傳感器、油箱、各路油管等組成。油耗傳感器輸出的信號直接輸入到數據采集卡和便攜式計算機中，通過圖形化語言LabVIEW的編程，用戶界面直觀地顯示在顯示器上，并可方便調試，獲取實驗數據。

關鍵詞:發動機油耗測試; 虛擬儀器; 瞬時油耗;平均油耗; LabVIEW

中圖分類號:TN911; TP216 文獻標識碼:A 文章編號:1004-373X(2010)14-0152-03

Design of Engine Fuel Consumption Test System Based on LabVIEW

XU Shu-liang，YI Ke-chuan，SUN Xin-cheng

(Institute of Technology， Anhui University of Technology， Fengyang 233100， China)

Abstract: A test system of engine fuel consumption is designed based on virtual instrument technology in the original engine test bench. This system consists of a portable computer， NI USB9219-multifunctional data acquisition card， signal conditioning modules， fuel sensors， fuel tank， and fuel pipe etc. The output signals of fuel sensors are directly input to NI USB9219 and laptop computers， and the fuel consumption data are intuitively displayed on users' interface through the graphical programming language-LabVIEW. It is easy to debug and obtain experimental data.

Keywords: fuel consumption test of engine; virtual instrument; instantaneous fuel consumption; average fuel consumption; LabVIEW

0 引 言

虛擬儀器是利用圖形化編程語言(G語言)在計算機上開發的一種儀器，它結合了簡單易用的圖形開發環境和靈活強大的編程語言，為用戶提供了一個直覺式環境，在數據采集、自動化測試和儀器控制等領域得到了廣泛的應用[1-2]。

在發動機測試系統中采用虛擬技術，以通用計算機為平臺，充分利用計算機豐富的軟硬件資源來完成數據采集、處理和結果顯示等功能;其克服了傳統儀器運算速度受限，開發周期較長、編程效率低、程序固化而系統擴展性能差、不能進行大量復雜的數據分析處理和數據存儲空間小等方面的不足[3]。

基于LabVIEW的發動機油耗測試系統正是充分利用了LabVIEW強大的工具、函數以及圖形化控件，實現了對油耗的自動測量和實時監測，同時可實現自動報警。

1 系統的硬件結構方案

系統是在原發動機實驗測控臺架上設計開發了一種瞬態油耗測試系統，其硬件結構如圖1所示。整個系統大致由3部分組成:第1部分為油耗傳感器，其功能是把發動機的油耗等性能參數通過傳感器轉為相應的電信號，此處可充分的利用發動機實驗測控臺架得到轉速和扭矩等信息;第2部分為數據采集卡，NI USB9219自帶信號調理功能，可以對信號進行采樣、放大、A/D轉換，并把采集到的數據以一定的格式傳送給上位計算機;第3部分為計算機處理系統，其功能是實現數據的處理、顯示和存儲以及報警指示。

圖1 系統的硬件方案

系統采用的是美國NI公司的NI USB9219數據采集卡，是一款即插即用、具備4通道6端子連接器，可測量應變計、RTD、熱電偶、測壓元件和其他需要供電的傳感器信號的數據采集卡。每條通道都接受單獨選擇，都可以分別采集模擬信號或數字信號。借助于250 Vrms的通道間隔離，USB-9219不僅保護了周圍的模塊、機箱和經連接的計算機系統，而且保護了相同模塊內的其他通道。除提高安全性之外，通道間隔離還消除了與接地回路相關的問題[4]。

油耗傳感器輸出的信號直接輸入NI USB9219的通道，經上位機的LabVIEW油耗測試軟件分析處理，進行數據存儲并送給顯示器輸出實時顯示數據，為汽車發動機狀態檢測提供依據。

2 油耗測試原理

燃油消耗率是評價發動機經濟性的重要指標。測定燃油消耗率(簡稱耗油率)的方法通常有容積法、重量法、流量計法和流速計法等[5]。本系統選用的是質量式油耗傳感器，通過測量一段時間內所消耗的燃油重量計算出發動機單位時間內的油耗量，計算公式[6]為:G=3.6w/t。式中:w為燃油質量，單位:g; t為測量時間，單位:s;G為燃油消耗量，單位:kg/h。

質量式油耗傳感器由稱量裝置、計數裝置和控制裝置組成，如圖2所示。稱量裝置通常利用臺秤改制，量程為10 kg，稱量誤差為±0.1%。稱量裝置的秤盤上裝有油杯(圖2中的1)，燃油經電磁閥(圖2中4)加入油杯。電磁閥的開閉由裝在平衡塊上的行程限位器(圖2中7)撥動2個微型限位開關(圖2中5和6)來控制。光電傳感器給出油耗始點和終點信號，它由2個光電二極管(圖2中8和9)裝在棱形指針上的光源10組成，光電二極管(圖2中8)為固定式，光電二極管(圖2中9)裝在活動滑塊上，滑塊通過齒輪齒條機構移動，齒輪軸與鼓輪(圖2中12)相連，計量的燃油量通過轉動鼓輪(圖2中12)從刻度盤上讀出。計量開始時，光源(圖2中10)的光束射在光電二極管(圖2中8)上，光電二極管發出信號，使計數器(圖2中13)開始計數，隨著油杯中燃油的消耗，指針移動。當光束射到光電二極管(圖2中9)上時，光電二極管(圖2中9)發出信號，使計數器停止計數[7]。

3 系統軟件設計

3.1 編程思想

發動機試驗需要在開始時通過怠速運轉進行預熱;預熱完畢后冷卻水溫度達到額定值，當速度穩定在設定值時，開始運行主程序，進行數據顯示、處理和記錄，如圖3。當油耗量低于預設的min值時，報警指示燈顯示為綠色;當油耗量超過預設的max值時，報警指示顯示為紅色[8-9]。

3.2 用戶界面和功能

這里利用簡單、易用、圖形化控件的虛擬儀器軟件LabVIEW編寫操作界面，如圖4所示。主操作界面分為控制和顯示2個區，實現對數據采集的控制和顯示。顯示部分包括轉速、扭矩、油耗等參量的顯示，還包括超過極限報警指示燈顯示;控制部分包括各測量儀控制開關、采集速率、參數值設置、極限值、初始值等的設置。

圖2 質量式油耗傳感器圖示

圖3 主程序流程圖

圖4 LabVIEW編寫操作界面

主程序軟件按功能分為轉速計、扭矩計、油耗儀等測試模塊，每個模塊可獨立使用，測試單個內容。當信號采集完成后，可以進行數據顯示和保存。對于設計的油耗測試可通過LabVIEW的編譯功能，把程序編成.exe文件，并生成運行包，脫離LabVIEW運行。此時，用戶將看不見源代碼，有利于操作安全和程序保護[10]。

4 系統特點

(1) 系統基于原有的發動機測控臺架和方便快捷的LabVIEW開發平臺，與傳統設計相比，具有研制周期短、開發成本低、界面友好、易于搭建系統實驗平臺、易于功能擴展等優點。

(2) 以便攜式筆記本為主控單元、以NI USB9219多功能數據采集卡(即插即用)進行測試，以LabVIEW為軟件開發平臺研制的發動機油耗測試系統，不僅有利于減少各種控制按鈕、旋扭及功能切換開關，也大大提高了系統的可靠性和抗干擾能力，保證了各參數測試的精度和穩定性。

5 結 語

基于LabVIEW的發動機油耗測試系統，充分發揮了虛擬技術的優勢，使系統具有人機界面友好、操作簡便、功能完善、性價比高的特點，可實現數據的測量和顯示、數據的監控報警、數據的分析和自動記錄、顯示各種曲線等功能，提高了發動機臺架測試的自動化水平，為 汽車發動機狀態檢測提供依據，也為發動機的研制生產提供了較為先進的測試手段。

參考文獻

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