一种基于NI采集卡的测量发动机同步信号的方法

李宗立

（无锡伟博汽车科技有限公司，江苏 无锡 214000）

一种基于NI采集卡的测量发动机同步信号的方法

李宗立

（无锡伟博汽车科技有限公司，江苏 无锡 214000）

文章介绍了一种同时测量发动机曲轴信号、凸轮轴信号及1缸喷油器电磁阀电压信号的实用方法，该方法以NI6210硬件为基础，通过计算机运行相关程序进行测量、分析发动机的同步信号，可以用于发动机性能开发、制造，维修行业。

柴油机；同步信号；曲轴；凸轮轴；电磁阀

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.008

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-21-02

引言

曲轴信号和凸轮轴信号是发动机控制系统中最主要的输入信号，是控制预喷和喷油时刻（喷油提前角）不可缺少的信号，在发动机制造、维修过程中，需要测量二者的信号进行信号正时校正检查；在发动机性能开发过程中，还需要结合1缸喷油器电磁阀的加电信号来计算曲轴缺齿后的第一个正常齿到系统0点的角度值，系统零点到凸轮轴段序始点的角度值，凸轮轴信号段序值，凸轮轴信号各段长度，传统的发动机信号测量都是使用示波器来完成的。

虚拟仪器自推出以来，以其应用高效灵活、性价比高、扩展性强等优点被工程师和科学家广泛应用于产品生命周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率，降低了产品后期的维修费用。

本文介绍的同步信号的测量方法以NI6210为基础硬件，通过计算机上的相关软件程序测量、分析曲轴信号、凸轮轴信号，1缸喷油器电磁阀加电信号之间的关系。本方法可用于发动机开发、制造、维修行业，具有高效灵活、便携性、低成本、可视性强、大数据存储的优势，在发动机性能开发的过程中，已经达到了预期的效果。

1、曲轴和凸轮轴信号描述

曲轴是控制气缸运转的转轴，用来将活塞和连杆传来的动能转变为转矩输出，以驱动与其相连的动力装置、相关机构及各种附件，凸轮轴是控制发动机进气门和排气门开闭的转轴。汽车上的电子控制单元（ECU）根据二者的传感器信号确定气缸的位置，发动机的转速，预喷时刻和喷油提前角，二者信号同步是发动机运转的前提[1] 。

本测量过程基于曲轴信号（60-2）个齿、凸轮轴信号（凸轮轴信号盘上有一个缺齿）的发动机控制系统转速信号处理技术。根据发动机的工作原理，曲轴转2圈凸轮轴转1圈，如图1所示。

2、软件框架

系统使用图形化的语言编程[2]，初始化后，首先创建任务并设置相关参数，程序运行后进入无限循环，依次读取每个通道的信号值并记录显示，如图2所示；随后对采集的信号进行分析计算参数值和判断信号的质量，如图3所示。

3、测量信号的程序设计

本系统的方案采用 NI的采集卡采集信号，通过计算机辅助测量，程序如图4所示。第一步，创建测量任务；第二步，配置信号的测量通道，结合所测信号的幅值范围、单位、物理量的转换关系进行相关定义；第三步，对采集过程中的数据的记录模式、采样率、刷屏速率、数据页的名称、数据的存储路径进行设置；第四步，对显示界面进行良好的可视化设置。

4、分析数据的程序设计

程序如图5所示，首先加载测量文件，需要输入正确的数据页名称；然后使用游标工具结合对发动机工作过程的理解对波形图进行计算分析，在这个过程中要灵活使用图形工具选板。采集的信号质量好，则能够准确计算曲轴信号的周期，可以采用自动的方式来计算信号段的区间角度值；若采集的信号质量一般或差（曲轴的单周期波动大），则只能通过人工计数的方式结合单周期的角度来计算区间角度值。

5、同步信号的测量和分析

空挡怠速时发动机转速一般在800转左右，曲轴信号的采样率至少4000Hz，喷油器的最小加电时间约为1.5ms，为了精确测得1缸上止点，采样率建议设为10000Hz。采集卡的电压信号范围一般为“-10～10v”，而曲轴信号的幅值最大可达50V，喷油器电磁阀上的电压幅值可达72V，所以需要借助精密电阻对信号进行缩放处理。测量通道的命名与实际的物理通道要相对应。正确的参数设置和信号线的可靠连接是获得高质量信号的前提。

对信号的分析结果 1如图 6所示，通过计算分析得到*_phiGap2Zero_C的值为75°。其它分析结果根据用户的需求而定。

6、结论

目前，用户还是通过示波器来测量发动机的同步信号。与本方法相比：1）示波器设备价格昂贵，利用率也不高；2）示波器体积庞大不便携带，对使用环境有要求；3）示波器屏幕有限，分析数据时不方便；4）示波器只能记录当前缓冲区内的数据，且不方便保存。

而采用此测量方法后，用户能感受到以下四个优势：

1）成本低廉，能够实现此功能的硬件NI采集卡也就千元左右；2）采集卡大小只相当于一个大屏手机，便于携带，信号线根据需求自定；3）通过电脑屏幕来显示测量数据，可以精细化观察测量到的数据；4）数据的处理过程可以个性化自定义，直接展现给用户最终的结果；5）记录数据不受时间限制，可以长时间记录测量数据，方便用户分析计算并展现给客户。

[1] 李铁军.柴油机电控技术实用教程[M] .北京:机械工业出版社, 2009.

[2] 陈树学.LabVIEW实用工具详解[M] .北京:电子工业出版社, 2014.

A Method for Measuring Synchronous Signal of Engine Based on NI Acquisition Card

Li Zongli
（Wuxi Wei Bo Auto Technology Co., Ltd., Jiangsu Wuxi 214000）

A kind of practical method introduced to measure the engine crankshaft signal,camshaft signal and first cylinder injector solenoid valve voltage signal at the same time,the method based on the hardware NI6210, through computer operation procedures the engine synchronoussignal were measured and analyzed.The method can be used for engine performance development, manufacturing and maintenance industry.

diesel engine; synchronous signal; crankshaft; camshaft; solenoid valve

U464.9

A

1671-7988（2015）09-21-02

李宗立，就职于无锡伟博汽车科技有限公司，主要从事柴油机标定工作。