柴油電控噴油器波形診斷

馮婷婷，孫振偉，姜廣超，李 方，張 進

(東北林業大學交通學院，哈爾濱150040)

1 國內外電磁閥故障檢測現狀

目前國內電磁閥故障檢測方法是監測發動機瞬時轉速，通過軟件間接檢測到故障狀態［1］或者利用故障工作電流的特性通過基于硬件的CPLD(復雜可編程邏輯器件)來實現保護［2］。現有的電磁閥故障診斷技術，往往針對具體系統的執行器，此類診斷技術通用性差，對于其他類型的電磁聞故障需重新制定診斷措施，應用范圍十分有限。

國外的檢測方法主要有如下三種:①監測電磁閥開啟和關閉時碰撞聲音的時間間隔判斷故障［3］;②利用卡爾曼濾波器結合相應的檢測算法完成電磁閥柱塞堵塞等機械故障診斷［4］;③根據電磁閥電阻值及柱塞余隙，運用神經網絡理論進行故障判斷［5］。上述檢測技術基本應用于實驗室或科研中，由于需要的儀器都非常精密而且儀器的價格昂貴，所以在實際生產中不能得到廣泛的應用。

電控柴油噴油器電磁閥故障波形檢測是全新的檢測診斷技術，目前還沒有檢索到此種電磁閥診斷儀器。此種故障檢測裝置中自帶電磁閥驅動裝置，使用起來方便，簡單，易操作。此裝置中含有波形顯示器，可以直接顯示出電磁閥波形，比以往使用示波器更加方便，成本更低。

2 電磁閥驅動裝置的設計

2.1 ATmega128的基礎和特點

ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器，如圖1所示。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，ATmega128的數據吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。高性能、低功耗的AVR@8位微處理器先進的RSIC結構，非易失性的程序和數據存儲器-具有獨立鎖定、可選擇的啟動代碼區，通過片內的啟動程序實現系統內編程［6］。

圖1 ATmega128原理圖Fig.1 Schematic diagram of ATmega128

2.2 電磁閥的啟動原理

先通過AVR單片機的PG2 I/O口給芯片ka3842的第四管腳輸入脈沖信號，來控制第六管腳輸出電頻的高低，再將此電頻的脈沖信號輸入給MOS管來實現對噴油器電磁閥的開關控制，從而實現電磁閥的驅動［7］。在電磁閥驅動過程中來采集電磁閥的驅動電流，通過液晶顯示屏來顯示出電磁閥驅動電流的控制波形，在經過下面的波形對比來檢測出柴油噴油器電磁閥的故障所在［8］。

高壓共軌噴油器電磁閥驅動電路如圖2所示。噴油器電磁閥在電路上表現出感抗的特性，噴油器的開啟和關閉相對相對控制信號均有延遲，可簡化為理想電感 L1和電阻 R1［9］。

圖2 電磁閥驅動電路基本示意圖Fig.2 Basic schematic drive circuit of electromagnetic valve

噴油器控制邏輯選擇目前工作的缸號，通過設置高壓開放時間和噴油信號將電磁閥的電流拉升至12A并維持在3A左右。部分噴油器電磁閥為了減少功率損耗及保證噴油器穩定打開，電流維持采用兩級維持的方式。高壓檢測電路和噴油器電磁閥動作指示電路實時監測升壓電路的工作狀態及電磁閥的故障狀態，實現柴油機噴油器電磁閥的故障診斷［10-13］。

3 通過液晶顯示屏進行波形檢測

通過ATmega128處理后的電流信號經波形顯示屏與原有電流波形進行對比，通過波形的對比可以方便快捷地找出噴油器電磁閥的故障所在。如圖3所示，電磁閥正常工作的狀態下驅動電流的波形為圖3(a)所示的波形，工作時間在300～450 μs時的波形明顯有一處拐點，而當噴油器在電磁閥銜鐵未吸合狀態下工作時驅動電流的波形如圖3(b)所示，工作時間在300～450 μs時的波形幾乎為直線，無明顯的拐點存在。通過此種波形的對比可以簡單快捷地找到柴油噴油器故障所在。柴油噴油器故障有很多種，都可以通過上述波形的對比方法來判斷其故障。

圖3 正常波形與故障波形的對比圖Fig.3 Comparison chart of normal waveform and fault waveform

4 結果分析

將驅動裝置與波形顯示裝置聯機，經過試驗測量，得出不同故障下柴油機噴油器電磁閥的驅動電流的波形，與正常工作的波形進行對比，進行試驗精度的校核，并分析試驗誤差，提出改進措施，逐步完善柴油電控噴油器波形診斷。經過實驗的數據分析，在發生電磁閥和高壓電源之間開路和短路的情況下，噴油器電磁閥仍然可以工作，但此時的噴油量發生了變化，若不采取補償修正措施，故障缸噴油量和其他正常缸之間的差異較大。因此診斷出故障后應及時對故障控制通道的驅動波形參數進行調整，使差異減小到最小程度。實驗表明，柴油機噴油器電磁閥發生故障后，如果不能及時地發現故障，不能及時的進行故障修復，則會對柴油機的使用效率和使用壽命都有極大的影響。因此柴油機噴油器電磁閥的故障檢測是至關重要的程序。

5 結束語

目前波形診斷系統已經在汽車維修和故障診斷方面得到了廣泛的應用與普及，尤其是汽油機噴油器的波形診斷儀器和設備已經應用到實際生產中，由于柴油電控噴油器近年剛剛發展起來，目前還沒有人研究電控柴油噴油器波形診斷的儀器或設備，但此種儀器具有廣泛發展的前景。通過本次柴油噴油器電磁閥波形檢測裝置的研究，可以完成柴油噴油器的驅動與波形顯示，并且具有被檢測波形與標準波形對比，可以滿足噴油器電磁閥組件的波形檢測與診斷，進而可以迅速的判別出問題所在，減少了大量的復雜工作程序，方便快捷。此種裝置可以廣泛應用于故障檢測方面。

［1］徐權奎，祝軻卿，陳志強，等.高壓共軌柴油機噴油器電磁閥故障診斷系統設計［J］.內燃機工程，2007，28(4):69-72.

［2］王 孝.新型高壓共軌噴油器電磁閥驅動系統故障診斷及自保護系統設計［J］.內燃機工程，2009，30(6):58-60.

［3］ HironobuS，Nagoya J P.Diagnosis method for solenoid valve based on noise detection［P］.US patent:7877194，2011-01-25.

［4］ Tseng C Y，Lin C F.A simple method for automotive switching-type solenoid valve stuck fault detection［J］.International Journal of Heavy Vehicle Systems，2007，14(1):20-35.

［5］ Tsai H H，Tseng C Y.Detecting solenoid valve deterioration in inuse electronic diesel fuel injection control systems［J］.Sensors，2010，10:7157-7169.

［6］郭 清，馬紹宇，黃小偉，等.低功率高線性度音頻Sigma-Delta調制器［J］.Journal of Zhejiang University:Engineering Science，2009，43(2):266-270.

［7］張 奇，張科勛，李建秋，等.電控柴油機電磁閥驅動電路優化設計［J］.內燃機工程，2005，26(2):2-3.

［8］王靜光，馬德群，洪志良.用于藍牙接收通道的CM OS限幅放大器和功率指示設計［J］.應用科學學報，2005，23(5)4782-482.

［9］徐權奎，祝軻卿，陳志強，等.基于PSPICE的電控柴油機電磁閥驅動電路仿真設計［J］.農業機械學報，2008，39(2):16-17.

［10］袁義生，錢照明.分析傳到EXI的功率MOSFET建模［J］.浙江大學學報(工學版)，2003，37(2):198-199.

［11］李 陽，郭秀榮，金 帆，等.可拆卸式柴油機尾氣顆粒捕集器研制及安裝［J］.林業機械與木工設備，2013(2):39-41.

［12］秦曉龍，楊 銳，王巖斐，等.負離子對柴油機節能作用的研究［J］.林業機械與木工設備，2013(3):29-30+39.

［13］吳慧仙.柴油機氣缸體缸孔與干式薄壁缸套配合工藝研究［J］.林業機械與木工設備，2013(7):54-56.