内燃机气道试验台测控系统的研制

张淑华，麻春辉

(承德石油高等专科学校 汽车工程系，河北 承德 067000)

内燃机气道试验台测控系统的研制

张淑华，麻春辉

(承德石油高等专科学校 汽车工程系，河北 承德 067000)

研发出了一种气道试验台的自动测控系统，通过传感器、PLC及上位机完成数据的采集、自动记录数据并打印且能实现气门升程的自动调节，PLC通过PID计算自动调节流量控制阀，能够实现定压差测量。

内燃机；测控系统；PID；PLC；传感器

内燃机气道稳流试验台是在稳流状态下测量发动机缸内进气涡轮强度、进气阻力特性的试验装置。通过测量进气涡轮强度和气道阻力来评价气道性能的优劣，并作为确定气道结构和尺寸的依据。传统的试验台通过手动调节气门的升程，再通过手动调节流量控制阀调节进入气缸中气体的流量，实现达到定压差的测量，人工记录数据。开发出一种气道试验台自动测控系统，通过传感器、PLC及上位机完成数据的采集并能自动记录数据并打印，通过上位机控制PLC实现单点或满升程自动调节气门的升程并通过PID计算自动调节电动阀门，控制流过气缸气体流量达到实现定压差的目的。

1 气道试验台简介及功用

气道试验台结构如图1所示。气门调节机构通过步进电机驱动丝杠控制气门升程。转速传感器测量气道在不同气门升程下旋转叶片的转速，计算出涡轮比。此试验台可以进行单点试验，通过上位机输入气门的升程，设定好稳压箱1的压差及采样时间，PLC对流量调节阀进行PID控制，从而实现测定压降与设定压降相等的状态，当达到采样时间后，上位机将自动采集数据计算结果并虚拟仪表显示及绘制流量与涡轮比的曲线。

气道试验台上位机界面如图2所示。

此试验装置除单点试验的虚拟仪表显示、数据存储、计算分析及图表绘制、输出打印外，还能够进行气门满升程自动测量。在上位机按动自动测量按钮，设定好气门升程每次增加的步长，系统将气门逐步开启，对于每个升程，与单点试验类似。

2 测控系统组成与软硬件设计

此试验台上位机控制程序采用美国NI公司的虚拟仪器编程语言labview编写，其最大特点采用G语言编程，使用简单，它还可以在多种操作系统下运行；PLC采用三菱FX1N-14MR带4AD(4～20 mA)、2DA(4～20 mA)转换模块、PC机与PLC通过系统自带的RS232串口通讯，PLC采用梯形图编程。电气系统的性价比、经济性与通用性比较好。

测控系统组成如图3所示。此试验台孔板流量计信号经过TY-1151变送器转化成4～20 mA电流信号；压差传感器采用JG-130 M1变送器将稳压箱1内空气与大气压的压差信号转化成4～20 mA的电流信号，此两个电流信号分别与4AD转换模块的0、1通道相连。PLC通过FROM指令将与0、1通道相连的缓存区内转换后的数字量存储到PLC中的普通寄存器。转速传感器采用NPN型霍尔式开关，信号端直接与PLC的0通道相连，PLC利用SPEED指令能够计算出叶片的转速并保存到相应的寄存器中，上位机可以定时读取相应寄存器的数据。上位机给PLC寄存器写入气门升程时，下位机通过驱动器控制步进电机旋转相应的角度，通过丝杠结构，开启气门。PLC、步进电机、驱动器的接线方法(共阳极接法)如图4所示。驱动器输入信号共有三路，它们是：①步进脉冲信号PUL+、PUL-；②方向电平信号DIR+ 、DIR-③脱机信号EN+、EN-。PLC编程时，利用DRVA绝对位置指令，PUL-端输出脉冲控制步进电机步进的步数及其旋转的速度，将气门的目标位置与实际位置比较自动控制电机旋转的方向在DIR-端输出。ENA-使能信号接入，ENA有效时电机转子处于自由状态(脱机状态)，手动调节气门升程的零点。手动调节完成后，再将 EN 设为无效状态，进行自动控制。

流量调节阀采用智能型电动蝶阀，采用三菱PLC内部的PID指令对流量调节阀进行调节达到稳流箱1的设定压差值与实际测量值相等，其控制原理如图5所示，在使用时应该注意设定值必须是数字量。

3 结论

此气道试验台的测控系统已经调试完成，并对6 100柴油机气缸盖进行了试验，通过试验数据表明涡轮比与流量误差均在5%范围内，表明其能准确反映气道的特性且精度较高。

[1] 池江，余征建， 汤澄，等.在线内燃机气道试验台的设计与实现[J].内燃机工程，2004，25(4):38-40.

[2] 刘兵，王辉. 嵌入式数据库SQLite在WinCE智能终端设备中的应用[J]. 承德石油高等专科学校学报，2016，18(1):36-39.

[3] 孙平，夏开彦，谢雪峰，等. 柴油机稳流气道试验台的仿真与试验[J]. 农机工程学报，2007，23(1)45-48.

[4] 刘永长. 内燃机热力过程模拟[M]. 北京：机械工业出版社，2000.

DesignandManufactureofMeasurementandControlSystemofAirPortBlowingTestBenchforInternalCombustionEngines

ZHANG Shu-hua, MA Chun-hui

(Department of Automotive Engineering, Chengde Petroleum College， Chengde 067000， Hebei, China)

The automatic system of measurement and control of air port blowing test bench for internal combustion engines was developed in this paper. It can complete data-acquisition, complete data acquisition, automatic recording data and print, and can adjust the lift-distance of the intake valve automatically via computer, PLC and sensors．The PLC can adjust the flowing control valve automatically, which can realize the measurement of constant pressure.

internal combustion engine; measurement and control system; PID; PLC; sensor

TK4

B

1008-9446(2017)04-0064-03

河北省高等学校科学技术研究重点项目(发动机进气流场对缸内气体运动影响的研究)：ZD2016113

2017-01-11

张淑华(1977-)，女，河北衡水人，讲师，硕士，主要从事内燃机电控、测控系统的开发，E-mail： z_s_h_2003@163.com。