淺議一種發(fā)動機故障保護裝置

摘 要： 針對車輛在運行過程中出現(xiàn)的一些影響安全行車及設(shè)備安全的常見故障，如車輛行駛途中水泵皮帶突然斷裂;起動機主觸點黏連;離合器不當操作（半聯(lián)動使用）等，通過加裝并采集傳感器數(shù)據(jù)，達到提示故障點及控制故障進一步發(fā)展，以保護設(shè)備安全為目的所設(shè)計并制作了發(fā)動機故障保護裝置。文章旨在分析這幾種故障產(chǎn)生的危險及防范控制措施，以及故障保護裝置本身的技術(shù)特點并探討該裝置的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞： 故障危害;裝置結(jié)構(gòu);控制措施及預防

一、 幾種故障出現(xiàn)時對設(shè)備造成的危害

（一）水泵皮帶斷裂

該故障出現(xiàn)時，冷卻系統(tǒng)停止工作，發(fā)動機溫度急劇上升，車輛上雖然裝有水溫表，但有時駕駛?cè)藛T限于路面情況疏于觀察儀表或者儀表已損壞，無法正確顯示水溫，則很容易造成發(fā)動機活塞膨脹并出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，嚴重時甚至會搗壞發(fā)動機，造成嚴重的設(shè)備故障。僅某公司車輛2013年一年就出現(xiàn)此類故障6起，因駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)及時，未造成嚴重后果，但駕駛?cè)藛T普遍反映迫切需要一種能在水泵皮帶斷裂瞬間立即報警的裝置，以便能專注于路面情況而不是分心觀察儀表影響行車安全。

（二）起動機主觸點黏連

該故障出現(xiàn)在車輛啟動之后，盡管主觸點出現(xiàn)黏連，但車輛狀態(tài)一切正常，儀表也無法報警或指示該故障，又由于目前客車絕大多數(shù)為后置式發(fā)動機，即使是有經(jīng)驗的駕駛?cè)藛T也無法從發(fā)動機響聲和氣味方面來察覺此故障。由于起動機工作時的大電流，觸點黏連后造成起動線路嚴重過載，時間稍長即會造成起動機燒毀和車輛線路燒壞，出現(xiàn)此類故障往往要等到駕駛?cè)藛T聞到異味或車輛熄火后再次發(fā)動時才能發(fā)現(xiàn)，而此時起動機及線路往往已經(jīng)燒毀，車輛無法啟動，影響設(shè)備安全及正常行車。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅僅南京江北地區(qū)三家客運企業(yè)2013年全年即出現(xiàn)此類故障26起。

（三）離合器半聯(lián)動使用

該情況不能屬于故障，應(yīng)該屬于駕駛?cè)藛T的不良操作習慣，但它對離合器的使用壽命影響很大。會造成離合器片超常磨損，嚴重時甚至會對離合器壓盤造成損傷，影響車輛安全，也造成車輛故障率的上升。同時廣大修理人員也對這種操作習慣深惡痛絕，強烈要求加裝報警裝置，以杜絕駕駛?cè)藛T的不良操作習慣，減輕勞動強度，提高車輛完好率。

二、故障預防的對策及改造方法

由于以上三種故障危及設(shè)備安全、影響安全行車，因此設(shè)想通過制作一種類似PLC的控制裝置，采集傳感器信號并進行分析判斷，在確實有故障出現(xiàn)時，通過報警裝置及執(zhí)行機構(gòu)來控制故障的發(fā)生及蔓延，達到保護設(shè)備的目的。下面分別對三種故障的預防對策做分析：

對于車輛行駛途中水泵皮帶斷裂故障，通過對各種車型的客車結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)可以用發(fā)電機作為監(jiān)測水泵皮帶斷裂的傳感器，因為絕大多數(shù)發(fā)動機水泵與主發(fā)電機共用一根皮帶，水泵皮帶斷裂后發(fā)電機隨之不發(fā)電，因此可以用發(fā)電機的輔助輸出電源線作為傳感器的信號線，作為報警及控制信號。

對于起動機主觸點黏連的故障，用起動機的ST控制線作為監(jiān)測起動機主觸點是否黏連的信號線，因為觸點發(fā)生黏連時ST線上一定有24V的電壓，但此方式存在不確定性，因為當起動機正常工作時ST線上也有電壓，對此需要進行邏輯判斷以確定到底是正常工作還是發(fā)生黏連，具體實現(xiàn)方式見第3點。

對于離合器半聯(lián)動操作方式，采用在離合器踏板拐臂兩側(cè)合理位置固定一個光電式感應(yīng)開關(guān)，當離合器不用時，光線被離合器拐臂遮擋，光電傳感器無信號輸出;當離合器處于半聯(lián)動位置時，光電傳感器輸出信號，控制指示燈點亮，同時蜂鳴器鳴叫，提示駕駛?cè)藛T處于半聯(lián)動的不當操作中。

三、 具體實現(xiàn)方式及技術(shù)特點

根據(jù)以上思路，采用STC89C52單片機為核心控制器，用其P1口加上兩個中斷口提供八路輸入，用其P2口作為輸出，提供六路輸出信號。同時在電路上設(shè)置RS232口作為程序?qū)懭胙b置（ISP），電源部分由FM5-24S05型DC-DC直流轉(zhuǎn)換模塊提供5V電源。在電路中設(shè)置了六個報警燈，作為故障出現(xiàn)時的故障指示燈（目前只用三個）及系統(tǒng)工作指示燈。程序以C51語言編制，集成開發(fā)環(huán)境采用Keil uVision2平臺。電路原理圖及PCB用Protel 99SE軟件設(shè)計繪制。發(fā)動機故障保護電路原理圖，如圖1所示。

當水泵皮帶發(fā)生斷裂時，發(fā)電機輔助電源線失壓，J1的12腳上無電壓，P1.3腳為高電平，程序在檢測到該腳為高電平后，先做一個6秒的延時處理（延時時間可調(diào)，延時主要是為了保證正常起動時防止誤報警），延時后再次檢測P1.3腳的電平，如果仍然為高電平，說明水泵皮帶斷裂，則從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.2腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫;同時P2.2腳的高電平使水泵皮帶報警燈（紅）點亮、并且P2.6腳的低電平經(jīng)過ULN2003的轉(zhuǎn)換使得系統(tǒng)燈（綠）熄滅。由于此時紅燈點亮并且蜂鳴器鳴叫，以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員依據(jù)對應(yīng)紅燈的顯示可以判斷出水泵皮帶發(fā)生故障，可以采取熄火措施并排除故障。

當起動機主觸點發(fā)生黏連時，則ST線上有24V的電壓，該電壓使輸入繼電器KI3保持吸合，使P1.2為低電平，此時程序也做一個6秒的延時（延時也是為了保證正常起動發(fā)動機時不報警），延時后若P1.2仍為低電平，程序據(jù)此判斷起動機的主觸點發(fā)生黏連故障，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.3腳輸出高電平，P2.3腳的高電平點亮起動機黏連故障報警燈;P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫，配合起動機黏連故障報警燈以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員根據(jù)對應(yīng)紅燈的指示，知道起動機主觸點發(fā)生黏連故障，采取熄火斷電措施，達到保護起動機的目的。

對于離合器半聯(lián)動操作發(fā)生時，光電傳感器的輸出端有24V電壓從J1的10腳輸入，此電壓將STC89C52單片機的P1.4腳拉至低電平，程序據(jù)此判斷出離合器處于半聯(lián)動狀態(tài)，于是程序做一個0.5秒的延時，采用延時的意思是避開離合器的正常操作，0.5秒后程序再次對STC89C52的P1.4腳的電平進行判斷，如果仍然是低電平，則說明此時離合器處于半聯(lián)動狀態(tài)，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平，從P2.4腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳和P2.6腳的低電平使蜂鳴器鳴叫、系統(tǒng)燈（綠）熄滅;P2.4腳的高電平經(jīng)過ULN2003的轉(zhuǎn)換，從其12腳輸出低電平，該低電平使離合器半聯(lián)動報警燈（紅）點亮，配合蜂鳴器提醒駕駛員不要采取半聯(lián)動操作。

四、保護裝置產(chǎn)生的效果及適用范圍

該保護裝置自裝車使用以來，有效避免了上述三種故障的發(fā)生40余次，獲得了駕駛?cè)藛T的好評，由于該裝置的通用性強、拓展性好，可以裝設(shè)在絕大多數(shù)商用車上來保護類似故障的發(fā)生。

五、結(jié)語

在后續(xù)改進中，通過外接傳感器，內(nèi)部修改控制程序，該裝置又增設(shè)了對氣壓式剎車故障報警及發(fā)動機艙火災(zāi)故障的報警功能，以及水泵皮帶斷裂和起動機觸點黏連時發(fā)動機自動熄火功能。集成以上五種報警功能的故障報警及保護裝置于2017年5月獲國家發(fā)明專利。

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作者簡介：? 李勁，南京鋼鐵四通運輸有限責任公司。