馮婷婷，孫振偉，姜廣超，李 方，張 進(jìn)

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，哈爾濱150040)

1 國(guó)內(nèi)外電磁閥故障檢測(cè)現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)電磁閥故障檢測(cè)方法是監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速，通過(guò)軟件間接檢測(cè)到故障狀態(tài)［1］或者利用故障工作電流的特性通過(guò)基于硬件的CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)［2］?，F(xiàn)有的電磁閥故障診斷技術(shù)，往往針對(duì)具體系統(tǒng)的執(zhí)行器，此類診斷技術(shù)通用性差，對(duì)于其他類型的電磁聞故障需重新制定診斷措施，應(yīng)用范圍十分有限。

國(guó)外的檢測(cè)方法主要有如下三種:①監(jiān)測(cè)電磁閥開啟和關(guān)閉時(shí)碰撞聲音的時(shí)間間隔判斷故障［3］;②利用卡爾曼濾波器結(jié)合相應(yīng)的檢測(cè)算法完成電磁閥柱塞堵塞等機(jī)械故障診斷［4］;③根據(jù)電磁閥電阻值及柱塞余隙，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行故障判斷［5］。上述檢測(cè)技術(shù)基本應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或科研中，由于需要的儀器都非常精密而且儀器的價(jià)格昂貴，所以在實(shí)際生產(chǎn)中不能得到廣泛的應(yīng)用。

電控柴油噴油器電磁閥故障波形檢測(cè)是全新的檢測(cè)診斷技術(shù)，目前還沒(méi)有檢索到此種電磁閥診斷儀器。此種故障檢測(cè)裝置中自帶電磁閥驅(qū)動(dòng)裝置，使用起來(lái)方便，簡(jiǎn)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(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

2.1 ATmega128的基礎(chǔ)和特點(diǎn)

ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器，如圖1所示。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)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(jìn)的RSIC結(jié)構(gòu)，非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器-具有獨(dú)立鎖定、可選擇的啟動(dòng)代碼區(qū)，通過(guò)片內(nèi)的啟動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程［6］。

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

2.2 電磁閥的啟動(dòng)原理

先通過(guò)AVR單片機(jī)的PG2 I/O口給芯片ka3842的第四管腳輸入脈沖信號(hào)，來(lái)控制第六管腳輸出電頻的高低，再將此電頻的脈沖信號(hào)輸入給MOS管來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油器電磁閥的開關(guān)控制，從而實(shí)現(xiàn)電磁閥的驅(qū)動(dòng)［7］。在電磁閥驅(qū)動(dòng)過(guò)程中來(lái)采集電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流，通過(guò)液晶顯示屏來(lái)顯示出電磁閥驅(qū)動(dòng)電流的控制波形，在經(jīng)過(guò)下面的波形對(duì)比來(lái)檢測(cè)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(qū)動(dòng)電路如圖2所示。噴油器電磁閥在電路上表現(xiàn)出感抗的特性，噴油器的開啟和關(guān)閉相對(duì)相對(duì)控制信號(hào)均有延遲，可簡(jiǎn)化為理想電感 L1和電阻 R1［9］。

圖2 電磁閥驅(qū)動(dòng)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(hào)，通過(guò)設(shè)置高壓開放時(shí)間和噴油信號(hào)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(wěn)定打開，電流維持采用兩級(jí)維持的方式。高壓檢測(cè)電路和噴油器電磁閥動(dòng)作指示電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)升壓電路的工作狀態(tài)及電磁閥的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)噴油器電磁閥的故障診斷［10-13］。

3 通過(guò)液晶顯示屏進(jìn)行波形檢測(cè)

通過(guò)ATmega128處理后的電流信號(hào)經(jīng)波形顯示屏與原有電流波形進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)波形的對(duì)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(tài)下驅(qū)動(dòng)電流的波形為圖3(a)所示的波形，工作時(shí)間在300～450 μs時(shí)的波形明顯有一處拐點(diǎn)，而當(dāng)噴油器在電磁閥銜鐵未吸合狀態(tài)下工作時(shí)驅(qū)動(dòng)電流的波形如圖3(b)所示，工作時(shí)間在300～450 μs時(shí)的波形幾乎為直線，無(wú)明顯的拐點(diǎn)存在。通過(guò)此種波形的對(duì)比可以簡(jiǎn)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(guò)上述波形的對(duì)比方法來(lái)判斷其故障。

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

4 結(jié)果分析

將驅(qū)動(dòng)裝置與波形顯示裝置聯(lián)機(jī)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)量，得出不同故障下柴油機(jī)噴油器電磁閥的驅(qū)動(dòng)電流的波形，與正常工作的波形進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行試驗(yàn)精度的校核，并分析試驗(yàn)誤差，提出改進(jìn)措施，逐步完善柴油電控噴油器波形診斷。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，在發(fā)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(shí)的噴油量發(fā)生了變化，若不采取補(bǔ)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(yīng)及時(shí)對(duì)故障控制通道的驅(qū)動(dòng)波形參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使差異減小到最小程度。實(shí)驗(yàn)表明，柴油機(jī)噴油器電磁閥發(fā)生故障后，如果不能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障，不能及時(shí)的進(jìn)行故障修復(fù)，則會(huì)對(duì)柴油機(jī)的使用效率和使用壽命都有極大的影響。因此柴油機(jī)噴油器電磁閥的故障檢測(cè)是至關(guān)重要的程序。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前波形診斷系統(tǒng)已經(jīng)在汽車維修和故障診斷方面得到了廣泛的應(yīng)用與普及，尤其是汽油機(jī)噴油器的波形診斷儀器和設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，由于柴油電控噴油器近年剛剛發(fā)展起來(lái)，目前還沒(méi)有人研究電控柴油噴油器波形診斷的儀器或設(shè)備，但此種儀器具有廣泛發(fā)展的前景。通過(guò)本次柴油噴油器電磁閥波形檢測(cè)裝置的研究，可以完成柴油噴油器的驅(qū)動(dòng)與波形顯示，并且具有被檢測(cè)波形與標(biāo)準(zhǔn)波形對(duì)比，可以滿足噴油器電磁閥組件的波形檢測(cè)與診斷，進(jìn)而可以迅速的判別出問(wèn)題所在，減少了大量的復(fù)雜工作程序，方便快捷。此種裝置可以廣泛應(yīng)用于故障檢測(cè)方面。

［1］徐權(quán)奎，祝軻卿，陳志強(qiáng)，等.高壓共軌柴油機(jī)噴油器電磁閥故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2007，28(4):69-72.

［2］王 孝.新型高壓共軌噴油器電磁閥驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障診斷及自保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)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(diào)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(jī)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2005，26(2):2-3.

［8］王靜光，馬德群，洪志良.用于藍(lán)牙接收通道的CM OS限幅放大器和功率指示設(shè)計(jì)［J］.應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，23(5)4782-482.

［9］徐權(quán)奎，祝軻卿，陳志強(qiáng)，等.基于PSPICE的電控柴油機(jī)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路仿真設(shè)計(jì)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，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(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2003，37(2):198-199.

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

［12］秦曉龍，楊 銳，王巖斐，等.負(fù)離子對(duì)柴油機(jī)節(jié)能作用的研究［J］.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2013(3):29-30+39.

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