質量式智能型噴油泵試驗臺關鍵技術研究與應用

戴俊，魏云平，張鳳梅

（唐山學院河北省智能裝備數字化設計及過程仿真重點實驗室，河北唐山，063000）

0 前言

目前我國很多行業、部門所使用的噴油泵試驗臺量油裝置還普遍沿用傳統的量筒容積式測量方法，靠人工測量讀取數值，測量時間長，測量誤差大。近年來，也有一些生產廠家在國外產品的基礎上，研制了微機量油、數屏顯示的新型噴油泵試驗臺，但大多還是沿用容積式或重量式測量方式，無法避免燃油的容積、重量受溫度、重力等環境因素的影響，致使噴油量的測量在不同地點、不同溫度下存在測量誤差，從而影響采集數據的準確性和客觀性。另一方面，目前國內噴油泵試驗臺普遍采用獨立的計量系統，無法保證多工位測量時噴油泵計量的統一，不適于油泵生產廠家采用標準噴油器、泵的大批量、專業化生產。

本文通過對噴油泵試驗臺量油、計量、供油、控制等系統的關鍵技術研究，實現噴油泵高精度、連續性、自動化、智能化檢測，提高生產效率；節約燃油用量，減少污染，對環境保護起到了積極的推進作用。

1 關鍵技術及方案

1.1 質量式智能型噴油泵試驗臺的整體結構

噴油泵試驗臺主要由供油系統、量油系統、計量系統、控制系統、機械傳動系統及輔助裝置等組成，整體結構如圖1所示。

圖1 2PSD110X 噴油泵試驗臺機構簡圖

1.2 試驗臺工作原理

試驗臺工作時所需要的動力由變頻調速電機提供，當供油系統中通過程控使油溫達到規定工作溫度40℃時，啟動主機，燃油經過噴油泵—高壓油管—噴油器—消泡器，進入量油系統，由CPU的控制的下計量系統完成噴油量的自動計量并判斷被試油泵是否合格。

1.3 試驗臺組成系統設計

1.3.1 程控調節的供油系統設計

包括燃油箱、油泵電機組、高壓油路、加熱器、冷卻器、溫度傳感器等。系統的燃油回路采用壓力調定回路，供油壓力通過定量泵、溢壓閥調定，并用蓄能器吸收噴油泵工作時產生的壓力脈沖，保證試驗臺在恒定壓力下提供穩定的輸油量。可自動調節油溫，當試驗油溫與標準工作油溫相差±2℃時電子電氣控制系統能自動加熱或自動冷卻。

通過對噴油泵的供油壓力穩定性研究發現，燃油供應系統一般情況下由輸油泵和溢流閥調節系統保障供油壓力恒定，在兩種情況下這一簡單系統呈現出不足：不同的噴油泵型號要求不同的供油壓力，在這種情況下需要根據泵型人工重新設定壓力調節閥，經常出現漏調或壓力調整不準。同時由于實際工作中，同時工作的噴油泵數量是不確定的，這種情況造成了供油系統的負荷不確定，機械調壓閥的遲滯特性造成供油壓力不穩定，較大的影響噴油泵的試驗結果。

如圖2所示,供油系統設計中采用供油壓力閉環總線控制，在ITV3000系列總線控制比例調節閥的支持下，計算機可以通過CAN總線控制閥的出口壓力，另一方面，系統供油壓力通過壓力變送器反饋給計算機控制系統，形成一個供油壓力閉環總線控制系統，方便地實現系統的壓力程控調節,保證供油壓力的恒定。設備的使用者只需在計算機操作界面上選擇泵的型號，確認后供油系統就可自動輸出相應的供油壓力。

圖2 供油系統控制示意圖

1.3.2 質量式量油系統設計

基于理論分析的基礎上，針對噴油泵試驗臺中的關鍵的部位量油裝置進行了重新研究和設計，去除了傳統的玻璃量筒容積測量法，采用了質量式量油裝置。采用了外置電容式電子天平來稱量燃油的質量，油壓、油溫、和轉速信號由相應傳感器采集，經放大后輸入計算機打印輸出。質量稱量中消除了重力、溫度、殘余油量等外界因素的的影響，大大提高了噴油量測量數據的準確性和可靠性。

1.3.3 分時共享的計量系統設計

噴油泵試驗臺一般為多工位式，單體泵為1～4工位，組合泵為4～12工位。傳統設計中一套計量傳感系統控制一個工位，這樣雖然整個計量系統結構設計上簡單，數據處理上也簡單，但是由于傳感器件自身計量誤差的影響，客觀就存在不同的工位間計量標準會有所不同，這實際還是沒有完全擺脫傳統玻璃量筒計量方法的影子。設兩個工位檢測中，傳感器的計量誤差為±e，則該系統的理論誤差為2e。

計量系統設計中采用分時共享系統如圖3所示，試驗臺的所有工位由一套計量系統來控制，分時段由三通閥向電子計量系統供油，這樣每一時段計量系統的輸出增量Δm即為該工位的檢測結果。解決了傳統獨立計量系統中每個工位都獨享一套計量傳感系統所形成的不同的工位間具有不同的計量標準的問題。

圖3 分時共享系統與獨立計量系統的比較

1.3.4 智能化控制系統設計

為了實現操作自動化、檢測自動化的目標，運用單片機開發系統和電路設計技術搭建了以89C52單片機為控制核心的控制系統的構架，采用自上而下的模塊化設計方法開發了“噴油泵試驗臺軟件系統”，對噴油量、主軸轉速、壓力、溫度進行控制，均采用LCD數字屏顯示，噴油轉速和轉速預置由鍵盤設定，可根據噴油泵調試需要預置任一噴油次數，任一轉速，顯示直觀清晰，操作方便。

2 與當前國內同類技術主要參數、效益、市場競爭力的比較

2.1 與傳統量油裝置噴油量對比

系統測試了在不同轉速和不同噴油壓力下的噴油量，本項目研究成果質量式量油系統與傳統的容積式量油系統進行對比。取標定轉速為750 r/min，標定噴油壓力為17.5MPa，噴油次數為200次，試驗結果如表1所示。

表1 標定轉速下（750r/min）系統噴油量對比

根據表1中數據，運用概率論和數理統計的方法進行誤差分析，比較兩種系統的極限誤差和相對誤差，計算分析結果如表2所示。

表2 系統測量誤差的分析比較

2.2 先進性對比

質量式智能型量油裝置在自動化程度、互換性、測量時間和節能環保等方面具備突出優勢，詳見表3。

表3 先進性對比

3 總結

（1）在理論研究和統計分析的基礎上，突破了傳統的容積式測量方法，設計了質量式量油裝置，采用質量稱量的方法，消除了重力、溫度的影響，提高了測量精度及穩定性。

（2）計量系統設計中采用了分時共享系統，各工位共享一套計量傳感系統，通過三通閥分時段向電子計量系統供油，保證了每一時段計量系統的輸出增量即為該工位的檢測結果，解決了不同工位間具有不同的計量裝置，存在不同的計量標準的問題。

（3）設計了以89C52單片機為核心的自動控制系統的構架，開發了“噴油泵試驗臺軟件系統”，搭建了量油測控系統的數據采集、工況預置、動態顯示的綜合性控制平臺，實現了檢測過程的自動化、智能化。