汽车电动燃油泵性能检测系统的研究与开发

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3.0 赵德峰 2024-11-19 4 4 3.33MB 70 页 15积分

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摘要

电动燃油泵是汽车燃油供给系统的重要组成部分，其作用是把燃油从油箱内

吸出并通过喷油器供到发动机各气缸，燃油泵质量的好坏会直接影响到整车性

能，因而在燃油泵的装配过程中进行在线性能测试是提高燃油泵性能、把好质量

源头关、避免浪费、降低生产成本的最有效的途径。本论文所研究的课题结合温

州国鹰公司的系列电动汽油泵，对电动燃油泵性能检测系统进行了深入的研究，

并成功开发了一种电动燃油泵自动检测系统。

本文主要进行了如下一些研究工作：

1. 通过对电动燃油泵泵体及汽车燃油供给系统原理分析，深入了解油泵各参

数的作用、测试方法以及需要达到的技术指标。

2. 喷油泵检测系统的硬件设计。根据喷油泵出厂所需参数要求罗列出所有需

测内容如工作电流、工作电压、功率、输出流量、稳定性等，再确定所有测试所

需仪器设备，设计壳体、面板以及仪器、油路、电路板等零部件的装配。其设计

应尽量减少总体积，并符合操作简便的原则。

3. C8051-F330 单片机控制系统的硬件开发。主要包括微处理器电路、数据采

集电路、控制电路、通信电路等，还包括这些电路的集成、PCB 板的设计等。同

时硬件的设计需满足抗干扰性能、冗余等方面的要求。

4. C8051-F330 单片机控制系统的控制策略制定。以检测喷油泵性能参数为初

衷，制定单片机控制策略，控制喷油泵实施一系列动作以及控制油路、电路的通

断以满足测试的需要，并对数据进行对比作出判断。

5. C8051-F330 单片机控制系统的软件开发。将各种型号喷油泵的工作性能参

数写入单片机，并在喷油泵各种工作情况下实施数据采集、比较，得出喷油泵合

格与否将结论显示在面板上。

6. 面板显示与控制的软件开发。制作能够处理用户面板输入信息并传输至单

片机并能在面板上显示单片机输出的信息的软件。

7. 检测系统校验。接通油路、电路对待测油泵进行测试，对其多次测试结果

进行比较，并对不同型号的油泵进行多次测试，比较结果，从而校验检测系统的

性能。

关键词：电动燃油泵检测系统油泵性能

ABSRACT

Electric fuel pump is an important part of vehicle fuel supply system. Its role is

to suck out the fuel from the fuel tank and into the engine through the fuel injector for

each cylinder, the quality of a fuel pump has a direct impact on vehicle performance,

and thus the performance testing on fuel pump assembly-line process is the most

effective way to improve the fuel pump performance and the quality source, and to

avoid wastage、reduce production costs. This paper studied the subject with series of

electric fuel pump of Guoying company in Wenzhou, with an in-depth research, we

successfully designed and developed a new kind of auto fuel pump performance

testing system.

In this paper, our research work carried out as follows:

1. By analysis of the electric fuel pump and the automobile fuel supply system

theory, we deeply understand the role of pump parameters, test methods and the test

specifications to be achieved.

2. Electric fuel pump testing system hardware design. According to the fuel

pump parameters required to measure, we listed most of the elements, such as

operating current, operating voltage, power, output flow, stability, and then choose all

of the equipments we required for the parameter testing, design shell, panels and the

match of those equipments, fuel lines, circuit boards and other components.It should

be designed to minimize the total volume, and in accordance with simple principles.

3. C8051-F330 microcontroller control system hardware development. This

include microprocessor-based circuit, data acquisition circuit, control circuit,

communication circuits, etc., but also the integration of these circuits, PCB board

design. At the same time the design of the hardware required to meet the anti-jamming

performance, redundancy and other requirements.

4. Control strategies of the C8051-F330 microcontroller control system. For the

mind to test the electric fuel pump performance parameters, we developed the

microcontroller control strategy. Implement a series of actions and control the switch

of electric fuel pump oil line and the circuit in order to meet the needs of the test, and

compare the data to make judgments.

5. C8051-F330 microcontroller control system software development. Writes the

various types of fuel pump performance parameters, implemented data collection,

comparison within variety working conditions of the fuel pump, and draw a

conclusion of the fuel pump at qualified or not, then, displayed it in the panel.

6. Development of panel display and the control software. Develop a software

that can handle the user input informations and transfer it to the microcontroller and

the microcontroller output information can be displayed in this panel as well.

7. Testing system validation. Connected the fuel line and the circuit, test the

sample fuel pump, compare the results, and conducted a number of different types of

pump test to compare the results, and thus verify the performance of the electric fuel

pump testing system.

Key word: Electric fuel pump , Test system, Pump performance

摘要

ABSRACT

目录 ............................................................................................................................... I

第一章绪论 ...............................................................................................................1

§1.1 课题来源及意义 ...............................................................................................1

§1.2 课题目前国内外先进水平 ...............................................................................1

§1.3 研究内容及关键技术 .......................................................................................3

§1.3.1 研究内容 .................................................................................................3

§1.3.2 关键技术 .................................................................................................3

第二章汽车电动燃油泵概述 .......................................................................................5

§2.1 汽车燃油供给系统简述 ...................................................................................5

§2.2 电动燃油泵的功用与类型 ...............................................................................6

§2.3 涡轮式电动燃油泵的结构 ...............................................................................9

§2.4 电动燃油泵的控制 .........................................................................................10

第三章电动燃油泵测试系统原理分析 .....................................................................13

§3.1 传统检测方法及缺陷 .....................................................................................13

§3.2 新检测系统所实现的功能 .............................................................................13

§3.3 汽车电动汽油泵性能检测系统的组成 .........................................................14

§3.4 检测各系统的概述 .........................................................................................15

§3.5 性能检测系统的工作原理 .............................................................................15

§3.5.1 检测系统工作原理 ...............................................................................15

§3.5.2 系统信号采集与处理 ...........................................................................16

§3.6 检测系统需要的器件 .....................................................................................18

§3.6.1 LTS15-NP 型电流互感器 ..................................................................... 18

§3.6.2 CYB13 隔离式压力传感器 .................................................................. 19

§3.6.3 Digmesa FH 型微量电磁流量计 ......................................................... 21

§3.6.4 C8051F330 单片机 ...............................................................................22

§3.6.5 2836 型比例电磁阀 ..............................................................................24

§3.7 电动汽油泵性能检测系统的检测流程 .........................................................25

§3.7.1 出厂性能检测 .......................................................................................26

§3.7.2 汽油泵新产品性能检测 .......................................................................27

§3.8 本章小结 .........................................................................................................27

第四章汽油泵性能检测系统电路部分 .....................................................................29

§4.1 检测系统电路总图 .........................................................................................29

§4.2 检测系统电控硬件单元设计 .........................................................................30

§4.3 电控单元微处理器的选择 .............................................................................30

§4.4 主要硬件模块介绍 .........................................................................................31

§4.4.1 微处理器设计 .......................................................................................31

§4.4.2 输入调理模块 .......................................................................................33

§4.4.3 输出驱动模块 .......................................................................................34

§4.4.4 其他模块 ...............................................................................................36

§4.5 C8051F330 单片机程序编写 ..........................................................................37

§4.6 电控系统硬件的抗干扰设计 .........................................................................39

§4.6.1 供电系统的抗干扰设计 .......................................................................39

§4.6.2 输入输出通道的抗干扰设计 ...............................................................39

§4.6.3 系统布线设计 .......................................................................................40

§4.7 电路和电路板的设计 .....................................................................................40

§4.8 本章小结 .........................................................................................................41

第五章电动汽油泵性能检测系统实验内容 .............................................................43

§5.1 检测系统实验程序界面 .................................................................................43

§5.2 汽油泵出厂性能测试 .....................................................................................43

§5.3 汽油泵新产品性能检测 .................................................................................45

§5.3.1 新产品性能检测过程 ...........................................................................45

§5.3.2 新产品性能检测数据 ...........................................................................46

§5.3.3 系统其他功能 .......................................................................................48

§5.4 试验验证与系统功能评价 .............................................................................50

§5.5 本章小结 .........................................................................................................51

第六章全文总结 .........................................................................................................53

参考文献 .........................................................................................................................55

附录 .................................................................................................................................55

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................71

一、论文、专利 ......................................................................................................71

二、科研项目 ..........................................................................................................71

致谢 .............................................................................................................................73

第一章绪论

§1.1 课题来源及意义

众所周知，我国入世以来经济迅猛腾飞，汽车产业也有了非同寻常的发展。

汽车零部件产业当然也随之迅速发展。汽车汽油发动机燃油泵是发动机供给系统

中不可或缺的重要部分。喷油泵的性能好坏直接关系到发动机的功率与排放性能，

目前世界环保组织对汽车排放问题越来越重视，所以，汽车喷油泵的生产、校验

与检测过程及其精确性是至关重要的。

目前我国汽油燃油泵的生产水平已经居于世界领先地位，然而燃油泵的检测

程序却很复杂，而且需要很长的工时和很多劳动力，精确性也不能令人满意。

以往的汽油泵出厂检测时，需要分别测试其密封性，工作流量，工作电流，

工作电压，输油的稳定性和功率等等或者是用传统的油泵检测系统进行检测。前

者不仅需要很多劳动力与工时，还需要很多检验设备和检测流水线，从而也占用

了不少厂房面积。而传统的检测系统体积大，检测过程复杂，不方便操作，精确

性也不高。为了解决这个问题，本着提高生产效率降低生产成本的目的，我们研

究开发了一种新型的汽车汽油发动机燃油泵检测控制台，它将上面所有的测试步

骤结合在一起，体积小，操作方便，只需一名工人操作即可，测试时间也大大的

缩短了，精确性也比传统的检测方法要高。

这种检测系统通过 ECU 控制需检测的燃油泵作供油动作，从而检测系统上的

各种传感器与测试电路就可以测试出其工作电流、工作电压、工作流量、供油稳

定性、功率和密封性等重要参数，这些参数将随后传输到 ECU 进行分析并与此型

号燃油泵的标准参数进行对比，得出此燃油泵合格与否的结论并可以通过显示面

板展示出来。操作时只需将需检测的燃油泵的型号通过操作面板输入，再将待测

燃油泵的油路与电路接入到检测系统，就可进行检测步骤。检测系统还可以显示

出待测燃油泵不合格的原因。

这种检测系统如果能应用到汽车燃油泵生产企业，定能非常有效的提高燃油

泵的生产效率，对我国的汽车产业也会起到一定的促进作用。本检测系统的制造

成本相对较低，控制程序也不复杂，具有广泛普及和批量生产的潜力。市场前景

也很不错。

§1.2 课题目前国内外先进水平

目前，国内外主要油泵检测系统都是针对柴油机喷油泵的，汽车电动汽油泵

汽车电动燃油泵性能检测系统的研究与开发

自动检测系统基本没有。下面介绍一下喷油泵检测系统的现状。

20 世纪 90 年代初，我国的喷油泵检测系统行业引进意大利先进技术，制造变

频调速喷油泵检测系统。变频调速的传动原理是将三相交流点输入到变频器，通

过变频器将三相交流电变成频率和电压可变的三相交流电（交-直-交），从而使三

相异步电机实现无级调速。它运转平稳，操作更加方便，功能也更加完善。因而

国内喷油泵检测系统生产企业有的通过引进专利生产技术的产品，有的自行开发

设计，很快开发出多种规格的变频式喷油泵检测系统，使国产化喷油泵检测系统

在技术上得到了较大的提高。有的生产厂家在研制的喷油泵检测系统上还普遍增

加了附加功能，如提高稳压电源、气源、流量计等。目前国内喷油泵检测系统生

产厂家主要以变频式喷油泵检测系统为主。

目前，国内喷油器检测系统的品牌很多，如成都神鹰机电设备厂生产的

12PSDW-Ⅱ系列喷油泵检测系统，它采用变频调速，转速量由次数、油温采用微

机控制数字显示。湖北罗田鑫峰试验设备有限公司生产的 PSDW 系列大功率检测

系统，它可对喷油泵在各种转速下的供油量及均衡性进行测试，并对泵体密封性、

供油间隔角、机械式调速器工作状况进行检查。无锡英特迈精密试验设备有限公

司生产的 ITM700 系列检测系统，它可存储 200 种型号喷油泵的调速参数，任意档

转速预置，次数和温度范围的设置，具有检测系统故障诊断和保护功能。泰安试

验设备厂和泰安拉宝地试验设备有限公司生产的喷油泵检测系统，它的主机采用

主机变频调速，可完成对转速、计数、温度、气压、齿杆行程、相位角的数字显

示。可见我国的变频调速喷油泵检测系统，已经处于成熟和发展阶段，部分设备

实现了测量参数的电子显示，并能打印输出，但主要限于速度、温度、压力等方

面。

在国外，随着电子技术和计算机技术的发展和普遍应用，许多国家用现代电

测技术对喷油泵检测系统的控制系统、量油系统进行智能化自动测量。其中意大

利、德国、日本的技术尤为先进。

最近几年，德国 Moehwald 公司研制成功的 EPB2000 型，RPB2000 型喷油泵

检测系统采用 KMM 测量系统可以连续地测量各缸喷油量。BD850 型15KW 喷油

泵检测系统是由意大利 Rabotti 公司研制饿一种新型检测系统之一，转速稳定，加

载降速值小，超低噪声，输出功率大，升降速时间短，功能齐全。日本喷油泵检

测系统采用 VS-616G3 变频器，频率控制范围在 0.1-400Hz，过载能力 15%保持

1min、变频器的显示器可显示输出功率、电压、频率、电流等参数。它所采用的

大功率半导体器件绝缘栅，具有抑制和消除高次谐波的特点，因此输出的交变电

压接近正弦波，而且噪声低，工作环境也得到了很大的改善。[1~3]

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摘要：

摘要电动燃油泵是汽车燃油供给系统的重要组成部分，其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供到发动机各气缸，燃油泵质量的好坏会直接影响到整车性能，因而在燃油泵的装配过程中进行在线性能测试是提高燃油泵性能、把好质量源头关、避免浪费、降低生产成本的最有效的途径。本论文所研究的课题结合温州国鹰公司的系列电动汽油泵，对电动燃油泵性能检测系统进行了深入的研究，并成功开发了一种电动燃油泵自动检测系统。本文主要进行了如下一些研究工作：1.通过对电动燃油泵泵体及汽车燃油供给系统原理分析，深入了解油泵各参数的作用、测试方法以及需要达到的技术指标。2.喷油泵检测系统的硬件设计。根据喷油泵出厂所需参数要求罗列出所有需测...

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