汽车柴油机进气压力远程在线监测系统设计与开发

庞成立

汽车柴油机进气压力远程在线监测系统设计与开发

庞成立

（大连职业技术学院（大连开放大学）汽车与船舶工程学院，辽宁 大连 116037）

汽车柴油机进气压力远程在线监测装置设计与开发属于汽车监测装置领域范畴，在汽车柴油机装配热试验的过程中，构想设计远程监控机器进气压力等运行参数，通过监控测量出的柴油机中冷前后压力参数，判断柴油机故障并提供依据。同时该设计方案可减少生产过程中更换增压器造成的浪费，提高台架效率。而且测量过程不需要进入试验间读取数据，能够远程控制，保证操作者人身安全。该设计方案在保障柴油机热试安全可靠运行的基础上科学地降低成本，提高效率。

汽车柴油机；进气压力；远程在线监测系统；系统设计与开发

汽车产业在社会生活中扮演着越来越重要的角色，近年来随着科学技术的发展及国际竞争的日益激烈，提高产品零部件质量、降低成本是汽车行业的必由之路[1]。柴油机作为车用、船用、工程机械等供电设备的主要动力驱动装置，其运转过程中的主要运行参数及运行状况能否被及时准确监测，对设备运行状况的评估及故障预警具有重大的意义。汽车柴油机在制造装配热试过程中，发动机中冷前后进气压力是重要的性能指标，它的指标大小直接影响柴油机的性能，如柴油机功率、扭矩、油耗等。影响中冷前后进气压力的因素有增压器、热试设备上的传感器、管路泄漏等。柴油机试验规范也有明确要求，额定工况必须查看并记录中冷前后压力。在热试过程经常遇到柴油机中冷前后压力低的故障，现在的常规做法是更换增压器，但是更换增压器后，故障并没有得到解决。更换下来的增压器虽然是好的，但是根据零部件使用流程规定，物流库不回收使用过的零部件，只能当作废品，这样就造成浪费。本设计对热试柴油机的状态进行实时在线监测，并远程对柴油机的进气压力等状态进行科学的预判，从而在保障柴油机热试安全可靠运行的基础上科学地降低成本，从而达到降本增效的良好经济效益和社会效益。

1 研究主体内容

随着汽车产量和保有量的不断增加，能源与环保问题，以及舒适性、安全性的更高要求促使电控化成为汽车的发展趋势，电子器件及电控单元开始逐步广泛地使用在汽车上，其控制系统普遍实现电控化[2]。本文开发设计一种柴油机进气压力远程在线监测装置。众所周知，当柴油机运转时，柴油机排气管排出的尾气带有一定的压力，推动增压器排气端叶轮旋转。由于排气端叶轮与进气端叶轮同轴，因此，进气端的进气叶轮转速与排气端的排气叶轮转速都一样[3]。柴油机转速越高，增压器叶轮转速越高，进气叶轮产生的压力越大。当热试过程中出现中冷前后进气压力低的故障时，将柴油机进气压力远程在线监测装置串联到柴油机中冷前进气管路、中冷后进气管路上，对柴油机中冷前后进气压力进行在线测量，如图1所示。作为一种卓有成效的创新智能化设计，旨在提高研究对象的功能、降低投入成本、提高效率、避免浪费，以达到提升产品价值并满足用户需求的目的。引入到汽车柴油机产品设计与开发中，对发展和提升产品的市场竞争力有重要意义。

1—压力表（1）；2—压力表（2）；3—中冷器；4—中冷器进气管（中冷前）；5—中冷器出气管（中冷后）。

为了避免柴油机在热试规程中操作者进入工作间带来的安全隐患，将远程电子压力表远程控制连接线引到操作间，将测量信号传到控制电脑上读取。远程电子压力表连接控制如图2所示。

图2 远程电子压力表连接控制

在线测量出来的中冷前后压力值通过数据传输线传输到控制间的控制电脑里，这样柴油机进气压力远程在线检测装置测量的数据与热试台架测量数据进行对比。如果热试台架测量的数据与该装置测量的数据相同，那么说明热试台架测量的数据没有问题；如果热试台架测量的数据与该装置测量的数据不相同，那么说明热试台架测量的数据有问题。这样就能判断出来是台架问题还是柴油机本身质量问题引起的故障。控制电脑将中冷前后压力记录频次可以根据实际需要进行调整，从0.1 s～30 min之间任意调整，试验数据曲线控制电脑直接画出测量出来的曲线。部分试验数据如图3所示。

图3 控制电脑显示的部分试验数据及试验曲线

2 具体实施方式

本柴油机进气压力远程在线监测装置包括中冷前、后进气压力管路、中冷前、后进气压力远传压力表、计算机（显示测量参数）、远传压力表信号线等，如图4所示。

图4 柴油机进气压力远程在线监测装置实体设计

具体设计为将中冷器进气管（中冷前）连接在柴油机的出气管路上，另一端连接在中冷器进气口，在中冷器进气管（中冷前）中间串联有远传压力表（1）。将中冷器出气管（中冷后）连接在柴油机的进气管路中，另一端连接在中冷器的出气口，在中冷器出气管（中冷后）中间串联有远传压力表（2）。远传压力表信号线（1）和远传压力表信号线（2）连接到计算机上（显示测量参数）。

柴油机装配完成后需要在热试线进行柴油机性能试验和漏油、漏水、漏气“三漏”等相关试验，在性能试验过程中经常出现柴油机中冷前后压力不符合试验规范要求[5]。不符合试验规范要求，那么就存在问题，这样的柴油机就属于不合格产品，需要查找出现故障的原因。按照老的故障查找方法，需要更换增压器等零部件一个一个的排查，这样大费周章换件排查，既浪费成本，又浪费时间，还增加操作者的劳动强度，劳民伤财，苦不堪言。因此，设计出一种柴油机进气压力在线检测装置。它测得的中冷前后压力直接远传显示在计算机上，如图5所示，极大地保证了操作者的安全。

图5 远传在计算机上显示的数据

柴油机在运行过程中，增压器将增压后高密度的气体输入到中冷器进气管（中冷前）中，远传压力表（1）测量出来的中冷前压力通过远传压力表信号线（1）在计算机（显示测量参数）显示测量出的中冷前进气压力，气体经过增压器增压后空气密度增大，进气温度大约为150 °C。中冷前进气压力经过中冷器后，变为中冷后进气压力，进气温度降低至40 °C左右，进入到中冷器出气管（中冷后）中，此时远传压力表（2）测量出来的中冷后压力通过远传压力表信号线（2）在计算机（显示测量参数）显示出的中冷后进气压力，结构示意图如图6所示。

1—柴油机；2—中冷器进气管（中冷前）；3—远传压力表（1）；4—远传压力表信号线（1）；5—中冷器；6—计算机（显示测量参数）；7—远传压力表信号线（2）；8—远传压力表（2）；9—中冷器出气管（中冷后）

柴油发动机中冷前后压力传感器实际设计标准位置如图7所示。

3 结束语

本文是在汽车柴油机进气压力远程在线监测系统设计与开发中应用价值工程，通过创新思维提出改进方案，结合质量功能进行方案评价，从而在保持原有性能的前提下提升了改进监测方案的价值[8]。

综上所述，本开发设计工作原理简单、智能化程度高，装置具有自动存储数据、自动画出测量曲线、历史数据查询、实时数据显示、数据自动记录、自动测量最大值、最小值、自动显示测量时间等功能。本装置不需要进入试验间读取数据，能够远程控制，能够保证操作者人身安全；能够有效减少生产过程中更换增压器造成的浪费；提高台架效率；并且通过监控测量出来的柴油机中冷前后压力的参数，为判断柴油机故障模式提供重要依据。

[1] 应骏.汽车进气系统设计与开发中的价值工程[D].上海:上海交通大学,2007.

[2] 丘源.汽车远程在线检测监控平台及信息管理系统研发[D].南宁:广西大学,2015.

[3] 肖拥军.探讨船舶柴油机摩擦磨损在线监测与远程故障诊断关键技术研究[J].数字技术与应用,2014(5): 129-131.

[4] 蔡俊敏.进气压力传感器模态分析与优化[J].汽车维修技师,2017(6):129.

[5] 常勇,胡以怀,张学强.船用柴油机远程无线监测系统[C]//第十五届全国大功率柴油机学术年会论文集.北京:中国造船工程学会,2007:271-273.

[6] 于淼.变海拔条件下的车用柴油机进气压力控制策略研究[D].重庆:重庆理工大学,2009.

[7] 段礼祥,张来斌,王朝晖.柴油机状态监测与故障诊断特征参数研究[J].车用发动机,2007(1):76-79.

[8] 董大伟.汽油发动机进气压力传感器故障诊断与分析[J].南方农机,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

庞成立（1978—），男，硕士，副教授，研究方向为汽车制造与试验技术，E-mail:3113002969@qq.com。

大连职业技术学院（大连开放大学）校级科研课题（DZDD2020B-09）。