汽車(chē)柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

龐成立

汽車(chē)柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

龐成立

（大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院（大連開(kāi)放大學(xué)）汽車(chē)與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116037）

汽車(chē)柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)屬于汽車(chē)監(jiān)測(cè)裝置領(lǐng)域范疇，在汽車(chē)柴油機(jī)裝配熱試驗(yàn)的過(guò)程中，構(gòu)想設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)器進(jìn)氣壓力等運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)監(jiān)控測(cè)量出的柴油機(jī)中冷前后壓力參數(shù)，判斷柴油機(jī)故障并提供依據(jù)。同時(shí)該設(shè)計(jì)方案可減少生產(chǎn)過(guò)程中更換增壓器造成的浪費(fèi)，提高臺(tái)架效率。而且測(cè)量過(guò)程不需要進(jìn)入試驗(yàn)間讀取數(shù)據(jù)，能夠遠(yuǎn)程控制，保證操作者人身安全。該設(shè)計(jì)方案在保障柴油機(jī)熱試安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上科學(xué)地降低成本，提高效率。

汽車(chē)柴油機(jī)；進(jìn)氣壓力；遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在社會(huì)生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，提高產(chǎn)品零部件質(zhì)量、降低成本是汽車(chē)行業(yè)的必由之路[1]。柴油機(jī)作為車(chē)用、船用、工程機(jī)械等供電設(shè)備的主要?jiǎng)恿︱?qū)動(dòng)裝置，其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的主要運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀況能否被及時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的評(píng)估及故障預(yù)警具有重大的意義。汽車(chē)柴油機(jī)在制造裝配熱試過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)中冷前后進(jìn)氣壓力是重要的性能指標(biāo)，它的指標(biāo)大小直接影響柴油機(jī)的性能，如柴油機(jī)功率、扭矩、油耗等。影響中冷前后進(jìn)氣壓力的因素有增壓器、熱試設(shè)備上的傳感器、管路泄漏等。柴油機(jī)試驗(yàn)規(guī)范也有明確要求，額定工況必須查看并記錄中冷前后壓力。在熱試過(guò)程經(jīng)常遇到柴油機(jī)中冷前后壓力低的故障，現(xiàn)在的常規(guī)做法是更換增壓器，但是更換增壓器后，故障并沒(méi)有得到解決。更換下來(lái)的增壓器雖然是好的，但是根據(jù)零部件使用流程規(guī)定，物流庫(kù)不回收使用過(guò)的零部件，只能當(dāng)作廢品，這樣就造成浪費(fèi)。本設(shè)計(jì)對(duì)熱試柴油機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并遠(yuǎn)程對(duì)柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力等狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的預(yù)判，從而在保障柴油機(jī)熱試安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上科學(xué)地降低成本，從而達(dá)到降本增效的良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 研究主體內(nèi)容

隨著汽車(chē)產(chǎn)量和保有量的不斷增加，能源與環(huán)保問(wèn)題，以及舒適性、安全性的更高要求促使電控化成為汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)，電子器件及電控單元開(kāi)始逐步廣泛地使用在汽車(chē)上，其控制系統(tǒng)普遍實(shí)現(xiàn)電控化[2]。本文開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一種柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置。眾所周知，當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，柴油機(jī)排氣管排出的尾氣帶有一定的壓力，推動(dòng)增壓器排氣端葉輪旋轉(zhuǎn)。由于排氣端葉輪與進(jìn)氣端葉輪同軸，因此，進(jìn)氣端的進(jìn)氣葉輪轉(zhuǎn)速與排氣端的排氣葉輪轉(zhuǎn)速都一樣[3]。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速越高，增壓器葉輪轉(zhuǎn)速越高，進(jìn)氣葉輪產(chǎn)生的壓力越大。當(dāng)熱試過(guò)程中出現(xiàn)中冷前后進(jìn)氣壓力低的故障時(shí)，將柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置串聯(lián)到柴油機(jī)中冷前進(jìn)氣管路、中冷后進(jìn)氣管路上，對(duì)柴油機(jī)中冷前后進(jìn)氣壓力進(jìn)行在線測(cè)量，如圖1所示。作為一種卓有成效的創(chuàng)新智能化設(shè)計(jì)，旨在提高研究對(duì)象的功能、降低投入成本、提高效率、避免浪費(fèi)，以達(dá)到提升產(chǎn)品價(jià)值并滿足用戶需求的目的。引入到汽車(chē)柴油機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中，對(duì)發(fā)展和提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要意義。

1—壓力表（1）；2—壓力表（2）；3—中冷器；4—中冷器進(jìn)氣管（中冷前）；5—中冷器出氣管（中冷后）。

為了避免柴油機(jī)在熱試規(guī)程中操作者進(jìn)入工作間帶來(lái)的安全隱患，將遠(yuǎn)程電子壓力表遠(yuǎn)程控制連接線引到操作間，將測(cè)量信號(hào)傳到控制電腦上讀取。遠(yuǎn)程電子壓力表連接控制如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程電子壓力表連接控制

在線測(cè)量出來(lái)的中冷前后壓力值通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳輸?shù)娇刂崎g的控制電腦里，這樣柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線檢測(cè)裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)與熱試臺(tái)架測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如果熱試臺(tái)架測(cè)量的數(shù)據(jù)與該裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)相同，那么說(shuō)明熱試臺(tái)架測(cè)量的數(shù)據(jù)沒(méi)有問(wèn)題；如果熱試臺(tái)架測(cè)量的數(shù)據(jù)與該裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)不相同，那么說(shuō)明熱試臺(tái)架測(cè)量的數(shù)據(jù)有問(wèn)題。這樣就能判斷出來(lái)是臺(tái)架問(wèn)題還是柴油機(jī)本身質(zhì)量問(wèn)題引起的故障?？刂齐娔X將中冷前后壓力記錄頻次可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，從0.1 s～30 min之間任意調(diào)整，試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線控制電腦直接畫(huà)出測(cè)量出來(lái)的曲線。部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 控制電腦顯示的部分試驗(yàn)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)曲線

2 具體實(shí)施方式

本柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置包括中冷前、后進(jìn)氣壓力管路、中冷前、后進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)傳壓力表、計(jì)算機(jī)（顯示測(cè)量參數(shù)）、遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線等，如圖4所示。

圖4 柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)體設(shè)計(jì)

具體設(shè)計(jì)為將中冷器進(jìn)氣管（中冷前）連接在柴油機(jī)的出氣管路上，另一端連接在中冷器進(jìn)氣口，在中冷器進(jìn)氣管（中冷前）中間串聯(lián)有遠(yuǎn)傳壓力表（1）。將中冷器出氣管（中冷后）連接在柴油機(jī)的進(jìn)氣管路中，另一端連接在中冷器的出氣口，在中冷器出氣管（中冷后）中間串聯(lián)有遠(yuǎn)傳壓力表（2）。遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（1）和遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（2）連接到計(jì)算機(jī)上（顯示測(cè)量參數(shù)）。

柴油機(jī)裝配完成后需要在熱試線進(jìn)行柴油機(jī)性能試驗(yàn)和漏油、漏水、漏氣“三漏”等相關(guān)試驗(yàn)，在性能試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)柴油機(jī)中冷前后壓力不符合試驗(yàn)規(guī)范要求[5]。不符合試驗(yàn)規(guī)范要求，那么就存在問(wèn)題，這樣的柴油機(jī)就屬于不合格產(chǎn)品，需要查找出現(xiàn)故障的原因。按照老的故障查找方法，需要更換增壓器等零部件一個(gè)一個(gè)的排查，這樣大費(fèi)周章?lián)Q件排查，既浪費(fèi)成本，又浪費(fèi)時(shí)間，還增加操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，勞民傷財(cái)，苦不堪言。因此，設(shè)計(jì)出一種柴油機(jī)進(jìn)氣壓力在線檢測(cè)裝置。它測(cè)得的中冷前后壓力直接遠(yuǎn)傳顯示在計(jì)算機(jī)上，如圖5所示，極大地保證了操作者的安全。

圖5 遠(yuǎn)傳在計(jì)算機(jī)上顯示的數(shù)據(jù)

柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，增壓器將增壓后高密度的氣體輸入到中冷器進(jìn)氣管（中冷前）中，遠(yuǎn)傳壓力表（1）測(cè)量出來(lái)的中冷前壓力通過(guò)遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（1）在計(jì)算機(jī)（顯示測(cè)量參數(shù)）顯示測(cè)量出的中冷前進(jìn)氣壓力，氣體經(jīng)過(guò)增壓器增壓后空氣密度增大，進(jìn)氣溫度大約為150 °C。中冷前進(jìn)氣壓力經(jīng)過(guò)中冷器后，變?yōu)橹欣浜筮M(jìn)氣壓力，進(jìn)氣溫度降低至40 °C左右，進(jìn)入到中冷器出氣管（中冷后）中，此時(shí)遠(yuǎn)傳壓力表（2）測(cè)量出來(lái)的中冷后壓力通過(guò)遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（2）在計(jì)算機(jī)（顯示測(cè)量參數(shù)）顯示出的中冷后進(jìn)氣壓力，結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。

1—柴油機(jī)；2—中冷器進(jìn)氣管（中冷前）；3—遠(yuǎn)傳壓力表（1）；4—遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（1）；5—中冷器；6—計(jì)算機(jī)（顯示測(cè)量參數(shù)）；7—遠(yuǎn)傳壓力表信號(hào)線（2）；8—遠(yuǎn)傳壓力表（2）；9—中冷器出氣管（中冷后）

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中冷前后壓力傳感器實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)位置如圖7所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文是在汽車(chē)柴油機(jī)進(jìn)氣壓力遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中應(yīng)用價(jià)值工程，通過(guò)創(chuàng)新思維提出改進(jìn)方案，結(jié)合質(zhì)量功能進(jìn)行方案評(píng)價(jià)，從而在保持原有性能的前提下提升了改進(jìn)監(jiān)測(cè)方案的價(jià)值[8]。

綜上所述，本開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)工作原理簡(jiǎn)單、智能化程度高，裝置具有自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、自動(dòng)畫(huà)出測(cè)量曲線、歷史數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄、自動(dòng)測(cè)量最大值、最小值、自動(dòng)顯示測(cè)量時(shí)間等功能。本裝置不需要進(jìn)入試驗(yàn)間讀取數(shù)據(jù)，能夠遠(yuǎn)程控制，能夠保證操作者人身安全；能夠有效減少生產(chǎn)過(guò)程中更換增壓器造成的浪費(fèi)；提高臺(tái)架效率；并且通過(guò)監(jiān)控測(cè)量出來(lái)的柴油機(jī)中冷前后壓力的參數(shù)，為判斷柴油機(jī)故障模式提供重要依據(jù)。

[1] 應(yīng)駿.汽車(chē)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中的價(jià)值工程[D].上海:上海交通大學(xué),2007.

[2] 丘源.汽車(chē)遠(yuǎn)程在線檢測(cè)監(jiān)控平臺(tái)及信息管理系統(tǒng)研發(fā)[D].南寧:廣西大學(xué),2015.

[3] 肖擁軍.探討船舶柴油機(jī)摩擦磨損在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程故障診斷關(guān)鍵技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014(5): 129-131.

[4] 蔡俊敏.進(jìn)氣壓力傳感器模態(tài)分析與優(yōu)化[J].汽車(chē)維修技師,2017(6):129.

[5] 常勇,胡以懷,張學(xué)強(qiáng).船用柴油機(jī)遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[C]//第十五屆全國(guó)大功率柴油機(jī)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.北京:中國(guó)造船工程學(xué)會(huì),2007:271-273.

[6] 于淼.變海拔條件下的車(chē)用柴油機(jī)進(jìn)氣壓力控制策略研究[D].重慶:重慶理工大學(xué),2009.

[7] 段禮祥,張來(lái)斌,王朝暉.柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷特征參數(shù)研究[J].車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī),2007(1):76-79.

[8] 董大偉.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器故障診斷與分析[J].南方農(nóng)機(jī),2018,49(18):74.

Design and Development of Remote On-line Monitoring System for Intake Pressure of Automotive Diesel Engine

PANG Chengli

(School of Automotive and Marine Engineering, Dalian Vocational and Technical College (Dalian Open University), Dalian 116037, China )

Automotive diesel engine inlet pressure remote on-line monitoring device design and development of belong to the category of auto monitoring device field, in the process of automotive diesel engine assembly thermal test,concept design remote monitoring machine operation parameters such as inlet pressure, by monitoring the pressure before and after the measure of inter-cooled diesel engine parameters, provides the basis for judgment for diesel engine fault. At the same time, the design scheme can reduce the waste caused by replacing the supercharger in the production process and improve the efficiency of the bench. And the measurement process does not need to enter the test room to read data, remote control, to ensure the operator's personal safety. On the basis of ensuring safe and reliable operation of diesel engine thermal test, this design scheme can scientifically reduce cost and improve efficiency.

Automotive diesel engine; Intake pressure; Remote on line monitoring system;System design and development

U262.11

A

1671-7988(2022)21-64-04

U262.11

A

1671-7988(2022)21-64-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.021.012

龐成立（1978—），男，碩士，副教授，研究方向?yàn)槠?chē)制造與試驗(yàn)技術(shù)，E-mail:3113002969@qq.com。

大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院（大連開(kāi)放大學(xué)）校級(jí)科研課題（DZDD2020B-09）。