工程車用柴油發(fā)動機運行監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

奉立濤

摘 要：通過對多缸柴油發(fā)動機在某工程車上的應(yīng)用對柴油發(fā)動機的主要監(jiān)控傳感器功能及狀態(tài)監(jiān)控在機載MCU上的實現(xiàn)進(jìn)行介紹和說明。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動機;機載;MCU

序言

隨著科技的不斷進(jìn)步和社會的發(fā)展，在我們進(jìn)行正常的生產(chǎn)中，工程車輛在我們的日常工程建設(shè)中扮演者不可或缺的角色，而柴油發(fā)動機因其擁有的熱效率高，功率范圍廣，經(jīng)濟性能良好，大扭矩、結(jié)構(gòu)簡單其易于維修等特點，在工程車輛中動力單元中大量的采用了柴油發(fā)動機，而柴油發(fā)動機的在實際過程中對其本身運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的配置也千差萬別。同時對于某些狀態(tài)量的監(jiān)控上也往往有缺失。本文介紹了發(fā)動機各傳感器的功能及應(yīng)用以及監(jiān)控系統(tǒng)的簡單實現(xiàn)方法。

1、傳感器配置及功能必要性說明

1.1柴油發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控傳感器額配置及功能介紹

發(fā)動機上配置的傳感器按信號類型可分為開關(guān)量，模擬量類型，其中開關(guān)量有油壓檢測開關(guān)、空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)、發(fā)動機冷卻液溫度超高報警開關(guān)、而模擬量的則有發(fā)動機冷卻溫度檢測傳感器、發(fā)電機轉(zhuǎn)速脈沖輸出傳感器。以及用于監(jiān)控燃料的液位傳感器。

1.1.1油壓檢測開關(guān)

油壓檢測開關(guān)安裝在發(fā)動機機殼頂部，用來監(jiān)控發(fā)動機的潤滑效果，由于發(fā)動機的潤滑方式屬于飛濺潤滑，當(dāng)發(fā)動機處于靜止?fàn)顟B(tài)時發(fā)動機頂部無法獲得潤滑油此時發(fā)動機的油壓報警開關(guān)處于接通，當(dāng)發(fā)動機正常啟動后油壓報警開關(guān)應(yīng)該處于斷開狀態(tài)，此時說明機器潤滑良好。當(dāng)發(fā)動機處于正常運行而油壓檢測開關(guān)又處于接通狀態(tài)時則說明發(fā)動機潤滑不良需要對發(fā)動機潤滑油油量進(jìn)行檢查。油壓開關(guān)的存在起到了很好的提示作用。

1.1.2溫度檢測開關(guān)及溫度檢測傳感器

溫度檢測傳感器和溫度檢測開關(guān)安裝在發(fā)動的冷卻液循環(huán)水的出口端，在正常狀態(tài)下溫度檢測開關(guān)屬于斷開狀態(tài)當(dāng)發(fā)動機冷卻液溫度超過某一限值時，溫度檢測開關(guān)接通。在冷卻系統(tǒng)運行良好的情況下在發(fā)動機的運行過程中冷卻開關(guān)不應(yīng)該出現(xiàn)接通狀態(tài)。而溫度檢測傳感器則提供了很好的冷卻系統(tǒng)狀態(tài)評估依據(jù)，發(fā)動機從啟動到停止的過程中發(fā)動機的冷卻溫度應(yīng)該經(jīng)歷一段從升溫到恒溫小范圍波動的過程，通過評估不同使用時間段的發(fā)動機恒溫溫度可以客觀的反應(yīng)發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)，在不增加額外傳感器的前提下實現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的冷卻效果的評估。通過配合MCU的相關(guān)編程可以實現(xiàn)預(yù)警性提示，提醒人工進(jìn)行提前干涉對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行檢修和故障預(yù)防。

1.1.3空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)

空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)的存在防止了發(fā)動機由于供氣不足導(dǎo)致的燃燒不完全發(fā)動機積碳以及動力損失問題，同時由于燃燒不充分還會造成了發(fā)動機污染物的排放增加。空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)應(yīng)安裝在發(fā)動機進(jìn)氣道靠近發(fā)動機的位置，或者在空氣過濾器之后。空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)在發(fā)動機停止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)處于斷開狀態(tài)，在空氣濾芯狀態(tài)良好發(fā)動機的運行過程中其也應(yīng)處于斷開狀態(tài)下，當(dāng)發(fā)生發(fā)動機空氣濾芯由于灰塵或者異物導(dǎo)致堵塞而造成發(fā)動機進(jìn)氣量不足，空氣濾芯堵塞檢測開關(guān)會從斷開狀態(tài)變成接通狀態(tài)。

1.1.4 發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測

發(fā)動機的轉(zhuǎn)速檢測開關(guān)一幫都是通過發(fā)動機所附帶的發(fā)電機來實現(xiàn)的，通過選用帶有脈沖輸出的發(fā)電機實現(xiàn)速度的輸出，而發(fā)電機和發(fā)動機之間通過皮帶輪進(jìn)行連接。通過計算兩者之間的速比關(guān)系由發(fā)電機轉(zhuǎn)速間接計算出發(fā)動機轉(zhuǎn)速。

1.1.5燃油液位檢測

目前大部分的工程車燃油油箱都是獨立于發(fā)動機之外的，燃油的供應(yīng)通過燃油泵和燃油管路實現(xiàn)的，當(dāng)燃油液位不足時發(fā)動機得不到充分的燃料供應(yīng)就會出現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，影響到車輛的正常運行，燃油液位的檢測一般都是通過燃油液位傳感器來實現(xiàn)的，通過信號輸入機載MCU實現(xiàn)燃油液位的顯示報警。

2、控制系統(tǒng)系統(tǒng)的實現(xiàn)

整體發(fā)動機的控制系統(tǒng)框圖如下

發(fā)動機在啟動完成后對各狀態(tài)量進(jìn)行檢測，并讀取各狀態(tài)量，機載MCU通過對各狀態(tài)量進(jìn)行判斷和顯示，并在人機界面上輸出相應(yīng)的顯示和報警內(nèi)容。

2.1發(fā)動機的啟停

發(fā)動就供油油路如下：

發(fā)動機上電后默認(rèn)對燃油泵和燃油控制電磁閥進(jìn)行供電，系統(tǒng)油路部分已經(jīng)進(jìn)行充分供油，發(fā)動機的啟動流程如下圖，預(yù)熱功能可以通過一個簡單的延時斷開單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)，在系統(tǒng)完成預(yù)熱后通過操作啟動按鈕即可實現(xiàn)發(fā)動機的啟動，而通過停止按鈕關(guān)閉燃油控制閥后實行發(fā)動機的停止。

2.2預(yù)熱功能

發(fā)動機正常啟動后通過機載MCU的信號輸入端讀取發(fā)動機各檢測傳感器的信號，其中開關(guān)量信號的輸入通過簡單的光耦隔離和電平轉(zhuǎn)換電路后實行信號輸入到機載控制MCU中。而模擬量型號則通過A/D轉(zhuǎn)換電路后輸入到MCU中以及進(jìn)行相應(yīng)的編程后實行實時狀態(tài)量的顯示。

2.3發(fā)動機狀態(tài)量的顯示

在機載控制端通過顯示面板在界面上通過不同顏色圖標(biāo)的變化指示開關(guān)量的信號變化，同時用指針及表盤以及數(shù)字的方式實現(xiàn)實時模擬信號量的顯示。

3、結(jié)語

通過介紹柴油發(fā)動機的傳感器的功能的介紹和其必要性的說明，為工程車輛在柴油發(fā)動的狀態(tài)監(jiān)控設(shè)計方面提供一定的參考，讓發(fā)動機的狀態(tài)監(jiān)控內(nèi)容更加的豐富，同時可以通過機載MCU 的功能完善可以對發(fā)動機的狀態(tài)評估，及故障預(yù)警提供更多的支撐。為以后實現(xiàn)車輛的智能化和無人化操作提供必要的硬件基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]科勒發(fā)動機用戶手冊