CN101429913A - 高压共轨智能诊断仪 - Google Patents

Abstract

一种高压共轨智能诊断仪，属于燃油发动机高压共轨系统检测技术领域。由计算机、前端检控系统及接口电路、低压泵、高压泵和调压器、高压共轨池、喷油器、变频控制器和变频调速电机、低压传感器、高压传感器、喷油摄像装置和油量检测装置组成；其特征是运用电子摄像与计算机图像处理技术，对喷油图像和喷油状态进行检测、分析和显示；采用电子测量与统计计算相结合方法，对单次喷油量的检测精度达到毫克量级；综合运用现代电子、数字成像和计算机信号与信息处理技术，实现对整个高压共轨系统及其全部关键部件包括低压泵、高压泵及调压器、高压共轨池及自带高压传感器和喷油器的技术性能和工况进行可视化和智能化的检测与诊断。

Description

高压共轨智能诊断仪

技术领域

本发明属于燃油发动机高压共轨系统检测技术领域，涉及一种高压共轨自动检测与故障诊断系统，特别涉及一种用于燃油发动机中的高压共轨系统及其关键部件包括低压泵、高压泵和调压器、高压共轨池及其自带高压传感器和喷油器进行自动检测与故障诊断的高压共轨智能诊断仪。

背景技术

燃油发动机高压共轨系统是近年来欧洲发达国家在汽车领域开发出来的新技术，具有环保和节能优点，得到了各国汽车行业及消费者的高度认可。高压共轨系统具有工作压力高、检测精度要求严、工况特殊等特点，不借助于先进的检测装置，无法进行检测和故障判断，更无法进行正确维修。目前西方发达国家在该领域实施技术垄断。目前国内尚没有生产出具有完全自主知识产权、能够对整个高压共轨系统及其全部关键部件包括低压泵、高压泵和调压器、高压共轨池及其自带高压传感器和喷油器同时进行自动检测与故障诊断的设备。通过喷油图像，可以非常直观而准确地检测和判断出高压共轨系统的喷油状态和喷油器的技术性能。但由于高压共轨系统的喷油时间短达万分之一秒量级，摄取这种瞬间喷油图像比较困难。查新结果表明，目前在国内和国外现有的高压共轨自动检测设备中，不具有拍摄喷油图像的装置，不能通过对喷油图像进行分析来实现对高压共轨系统的喷油状态和喷油器的技术性能进行检测和诊断。对喷油量的检测，有的是通过流量计来计量、有的则是利用带有刻度的透明试管来测量，不能做到高精度计量；国内现有的高压共轨检测仪器，比较多的是用于检测喷油器或高压泵单件技术性能的检测设备；也有的是用于对高压共轨系统进行试验，称为试验台架，用于在实验室里进行模拟实验，试验高压泵或喷油器；还有的仪器设备是利用国外技术通过与国外合资研制的，不具有自主知识产权；所有国内现有高压共轨检测仪器的特点是检测项目不全，不能同时检测全部关键部件，检测精度不高，远不能满足当前国内市场的实际需求。

为了有效地应用和发展具有环保和节能优点的高压共轨燃油发动机技术，在我国需要全面掌握高压共轨系统的自动检测技术，开发出具有完全自主知识产权的高压共轨智能诊断仪器。在该高压共轨智能诊断仪中通过运用电子成像和计算机图像处理技术，能够达到对整个高压共轨系统全部关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池及其自带高压传感器和喷油器同时进行自动检测与故障诊断，并且可以摄取到瞬间喷油图像进行可视化的检测分析，而且还可以对喷油量的检测精度达到毫克量级，达到准确诊断故障、正确指导维修的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以对整个高压共轨系统全部关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池及自带高压传感器和喷油器同时进行自动检测与故障诊断，并且可以摄取到瞬间喷油图像进行可视化的检测与分析，而且还可以对喷油量的检测精度达到毫克量级的自动检测仪器。以此来解决高压共轨燃油发动机车辆维修中进行高精度的自动检测、快速准确诊断故障和正确指导维修的问题；还解决在高压共轨系统技术研究中构建高压共轨试验平台的问题。

本发明为了达到上述目的采用的技术方案如下：

高压共轨智能诊断仪是由计算机1、前端检控系统及接口电路、低压泵、高压泵和调压器、高压共轨池高压传感器A、喷油器、变频控制器和变频调速电机、低压传感器、高压传感器B、喷油摄像装置和油量检测装置组成。由计算机1通过通信接口与前端检控系统及接口电路连接，高压共轨池经过高压传感器B与前端检控系统及接口电路连接，喷油摄像测装置通过前端检控系统及接口电路与计算机1连接，油量检测装置通过前端检控系统及接口电路与计算机1连接。前端检控系统及接口电路是由中心控制单元、通信控制单元、前台人机交互面板、数据采集单元、压力控制单元、喷油器控制单元和通信接口组成。中心控制单元通过通信控制单元分别与前台人机交互面板、数据采集单元、压力控制单元和喷油器控制单元连接；中心控制单元通过通信接口与计算机1连接。

该高压共轨智能诊断仪由计算机1或前端检控系统及接口电路来变频控制器和变频调速电机作为高压泵的动力，驱动高压泵将低压泵输出的燃油输送到高压共轨池中进行储存和蓄压，并且控制喷油器将燃油喷出。在此过程中，该高压共轨智能诊断仪通过利用低压传感器和高压传感器B分别获取低压泵输出燃油的低压信号和高压共轨池中的高压信号，通过压力控制单元发出脉冲信号A来控制高压泵上的调压器来调节高压泵输出燃油以及高压共轨池中燃油的压力，使其达到10～135MPa之间的任意值；通过喷油器控制单元产生同步的脉冲信号B和脉冲信号C，脉冲信号B驱动喷油器进行喷油，脉冲信号C触发喷油摄像装置来抓拍喷油图像；通过油量检测装置获得油量检测信号。将获得的上述低压信号、高压信号、喷油图像信号和油量检测信号通过通信接口送到计算机1中，由计算机1运用数字信号处理方法、数字图像处理方法和模式识别方法对这些信息进行综合处理、分析和显示，以此来实现对整个高压共轨系统及其各关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池及其高压传感器A和喷油器的性能状态进行自动检测与故障诊断。

本发明的有益效果是：通过运用电子摄像与计算机图像处理技术，对高压共轨系统的喷油状态和喷油器进行检测分析和显示；采用电子计量与软件计算相结合方法，提高喷油量检测精度；综合运用现代电子、数字成像和计算机信号与信息处理技术，实现对整个高压共轨系统及其全部关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池及其高压传感器A和喷油器进行可视化和智能化的检测与诊断。还可以解决在高压共轨系统技术研究中构建高压共轨试验平台的问题。

附图说明

图1是本发明高压共轨智能诊断仪的组成框图。

图2是本发明中的前端检控系统及接口电路组成框图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本高压共轨智能诊断仪由计算机1或前端检控系统及接口电路来控制变频控制器和变频调速电机作为高压泵的动力，驱动高压泵将低压泵输出的燃油输送到高压共轨池中进行储存和蓄压，再通过喷油器控制单元产生脉冲信号B控制喷油器将燃油喷出。在此过程中，通过利用低压传感器获取低压泵输出燃油的低压信号和利用高压传感器B获取高压共轨池中的高压信号，通过压力控制单元产生脉冲信号A来控制高压泵上的调压器来调节高压泵输出燃油以及高压共轨池中燃油的压力，使其达到10～135MPa之间的任意值；通过喷油器控制单元产生同步的脉冲信号B和脉冲信号C，脉冲信号B驱动喷油器进行喷油，脉冲信号C触发喷油摄像装置来抓拍喷油图像；通过油量检测装置获得油量检测信号。将获得的上述低压信号、高压信号、喷油图像信号和油量检测信号通过通信接口送到计算机1中，由计算机1运用数字信号处理方法、数字图像处理方法和模式识别方法对这些信息进行综合处理、分析和显示，以此来实现对整个高压共轨系统及其各关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池及其高压传感器A和喷油器的技术性能进行自动检测与故障诊断。

本发明中的各组成部分具体实施方式如下：

(1)计算机1本身是一台通用微机，是该系统的主控中心，其功能和作用相当于一个人的“大脑”。而该“大脑”的智力水平关键在于其中的软件。在本发明中，通过软件编程技术来综合运用现代信号处理方法、数字图像处理方法、人工智能方法和自适应控制方法来解决本仪器的控制、信号检测和故障分析与诊断问题。在计算机1中，在对由数据采集单元获得的低压传感信号和高压传感信号进行处理中，通过软件编程来设计和实现数字滤波器，以此来进一步去除低压传感信号和高压传感信号中的噪声干扰，得到准确的高压信号和低压信号值，将信号波形在计算机屏幕上显示出来，并进一步提取信号特征参数，对高压信号和低压信号的信号特征进行识别与诊断；在计算机1中，在对由喷油摄像装置拍摄的喷油图像进行处理中，首先直接将喷油图像显示在计算机屏幕上，然后进一步通过应用数字图像处理方法实现喷油图像的值域分割和空域分割，将喷油图像从有噪声干扰的背景图像中分割出来，并对喷油图像的分布结构、几何形状进行定量分析，提取出几何特征参数，再通过采用模式识别算法对喷油图像进行自动识别和诊断；在计算机1中，在对由油量检测装置获得的油量检测信号进行处理中，通过对喷油次数计数，并进一步通过应用概率与数理统计理论中的大数定理原理采用统计计算方法实现总的喷油重量以及单次喷油重量的计算，以此实现对单次喷油量的检测精度达到毫克量级。

(2)前端检控系统及接口电路是实现检测和控制功能的执行机构，计算机1发出的各种检测和控制操作都是经过该子系统来执行的。而该子系统本身具备完整的检测和控制功能—当计算机1让权或不工作时，自己可独立行使主控功能。该子系统由中心控制单元、通信控制单元、前台人机交互面板、数据采集单元、压力控制单元、喷油器控制单元和通信接口组成。其中数据采集单元由多路A/D变换器和数字滤波器组成，用于将各传感器检测到的模拟信号转换成数字信号，再进行数字滤波处理初步去除较大的噪声干扰，采集到系统中。传感信号包括当前的燃油温度传感信号、低压泵输出燃油的低压传感信号、高压共轨池中燃油的高压传感器B信号。高压传感器A为待测高压共轨池自带的高压传感器，高压传感B是本诊断仪专门装配的高压传感器，通过高压传感B来准确测出高压共轨池中的当前压力值，同时还用于检测高压共轨池自带的压力传感器A是否正常。压力控制单元用于控制和调节高压共轨池中的压力。该单元以采集到的实际压力信号和当前系统期望达到的理想压力值为输入，通过采用自适应控制方法，并由其中压力控制单元产生脉冲信号A来控制高压泵上的调压器和调节高压共轨池中的压力，使该压力不断地向当前系统设置的理想压力目标值逼近。喷油器控制单元根据中心控制单元发出的指令，产生频率和占空比可调的同步脉冲信号B和脉冲信号C，脉冲信号B用于控制喷油器的喷油，脉冲信号用于控制喷油摄像装置以抓拍瞬间的喷油图像。喷油摄像装置由具有外触发功能的CCD摄像机和照明装置组成。通信控制单元是一个由CPLD及外围电路实现的数据自动交换系统，用于实现前端检控系统及接口电路中各单元之间的数据传输。前台人机交互面板是由单片机、CPLD、数码显示器、面膜键盘和外围电路实现的显示与输入系统，用于实现前端检控系统及接口电路的人机交互功能。中心控制单元是由微处理器和CPLD实现的控制系统，对于整个系统而言，相当于“前线指挥部”。前端检控系统及接口电路中所有模块及其操作均是由该单元统一控制。而计算机1对前端检控系统及接口电路所做的全部操作命令也是通过该单元来执行的。通信接口是计算机1和前端检控系统及接口电路之间的通讯枢纽，用于传输二者之间的控制命令和通信数据，同时用于实现喷油摄像装置和油量检测装置与计算机1之间的数据通信。

(3)低压泵是高压共轨系统中的组成部件之一，用于将油箱中的燃油传送到高压泵中。在此过程中，低压泵将燃油压力从常压提升至200～300KPa之间。低压传感器是用于获取低压泵输出燃油的压力信号而设置的，在该系统中用于作为检测低压泵工作状态的定量依据。

(4)变频调速电机和变频控制器是作为本高压共轨智能诊断仪的动力源，用于驱动高压泵，将输送到高压共轨池中的燃油压力提升至预定的10～135MPa之间的某一压力值。采用变频调速电机作为驱动动力可以适合多种不同型号的高压共轨系统、增加本检测设备的通用性，并且降低设备的硬件成本。

(5)高压泵是高压共轨系统中的关键部件之一，用于将系统中的燃油输送到高压共轨池中，并且将油压从200～300KPa提升至135MPa的超高压状态。调压器是高压泵上的关键部件，专门用于控制高压泵输出的油压，使其达到期望的压力值。调压器本身是由前端检控系统及接口电路中的压力控制单元发出的频率与占空比都可变的脉冲信号A来控制的。

(6)高压共轨池用于存储高压泵输送过来的高压燃油，起蓄油蓄压的作用，同时也是喷油器的供油池。高压共轨池上面自带一个与其安装成一体的高压传感器A。该传感器是车上电控单元(ECU)获取高压共轨系统工作状态的关键器件，一旦出现故障就会导致ECU误判，从而导致整个发动机系统工作异常，甚至出现危险。因此需要对该传感器进行检测。

(7)高压传感器B用于准确检测高压共轨池中的油压，测量范围为0～200MPa。通过该传感器可以获得高压共轨池中全部油压变化过程的动态信号。在本诊断仪中该信号既被用于检测高压共轨池中的高压状态，同时也用于检测高压共轨池自带的高压传感器A是否工作正常。

(8)喷油器是高压共轨系统的另一关键部件，直接与高压共轨池相连，在喷油脉冲信号B控制下将高压燃油从喷孔中呈雾状喷出。喷油器在车上由ECU控制，在本诊断仪中是由前端检控系统及接口电路中的喷油器控制单元产生频率和宽度可变的脉冲信号B进行控制。

(9)喷油摄像装置在硬件上是一个由带外同步触发功能的CCD摄像机和照明装置构成的摄像装置，用于获取喷油过程的瞬时图像。本诊断仪采用脉冲触发电子成像方法来获取喷油时间为万分之一秒量级的瞬间喷油图像，将其传送到计算机1中进行显示、并采用计算机图像处理和模式识别方法对喷油图像进行分析、处理和识别，从而实现对高压共轨系统的喷油状态和喷油器的性能进行可视化和定量化的检测与诊断。

(10)油量检测装置用于对喷油量的检测，将油量检测信号通过通信接口传送到计算机1中，在计算机1中，通过对喷油次数计数并进一步通过应用概率与数理统计理论中的大数定理原理采用统计计算方法来实现总的喷油重量和单次喷油重量的计算，以此实现对单次喷油量的检测精度达到毫克量级。

(11)为了应用本高压共轨智能诊断仪对待检测的高压共轨系统的某一个或全部关键部件包括低压泵、高压泵和调压器、高压共轨池及其自带高压传感器A和喷油器进行检测与诊断，首先应将其安装到本诊断仪的相应工位上，经检查安装妥善后，按前述具体实施步骤进行检测与诊断。

(12)当用本发明作为构建高压共轨试验平台时，则可以直接按前述具体实施步骤进行各种高压共轨系统运行试验，获取高压共轨系统及其各关键部件的压力参数、动态特性和工作状态等技术参数。

Claims (2)

1、高压共轨智能诊断仪，包括计算机1、前端检控系统及接口电路、低压泵、高压泵及其调压器、高压共轨池、喷油器、变频控制器和变频调速电机、低压传感器、高压传感器B、喷油摄像装置和油量检测装置；计算机1通过通信接口与前端检控系统及接口电路连接，前端检控系统及接口电路中的喷油器控制单元与喷油器和喷油摄像装置连接，喷油摄像测装置通过前端检控系统及接口电路与计算机1连接，油量检测装置通过前端检控系统及接口电路2与计算机1连接；其特征在于，由计算机1或前端检控系统及接口电路通过喷油器控制单元发出同步的喷油驱动脉冲信号B和摄像触发脉冲信号C，脉冲信号B驱动喷油器进行喷油，脉冲信号C触发喷油摄像装置抓拍喷油图像，喷油摄像装置通过前端检控系统及接口电路将抓拍到的喷油图像送到计算机1中，由计算机1对图像进行显示，并进一步通过采用数字图像处理方法对喷油图像进行值域分割和空域分割，将喷油图像从有干扰的背景图像中分离出来，对喷油图像的分布结构、几何形状进行定量分析，提取出喷油图像的几何特征参数，再采用图像识别算法对喷油图像进行自动识别，以此来实现对高压共轨系统的喷油状态和喷油器进行自动检测与故障诊断；通过油量检测装置获得油量检测信号，将该信号经前端检控系统及接口电路送到计算机1中，由计算机1通过应用概率与数理统计理论中的大数定理原理，采用统计计算方法来实现总的喷油重量以及单次喷油重量的计算，对单次喷油量的检测精度达到毫克量级。

2、根据权利要求1所述的高压共轨智能诊断仪，其特征在于，由计算机1或前端检控系统及接口电路控制变频控制器和变频调速电机作为动力，驱动高压泵将低压泵输出的燃油输送到高压共轨池中进行储存和蓄压，并且通过喷油器控制单元产生脉冲信号B来控制喷油器将燃油喷出；在此过程中，通过利用低压传感器获取低压泵输出燃油的压力信号，利用高压传感器B获取高压共轨池中的高压信号，通过压力控制单元来调控高压泵上的调压器来调节高压共轨池中的压力；将获得的上述低压信号和高压信号送到前端检控系统及接口电路中，由其中的数据采集单元进行预处理，去除噪声干扰，然后经通信接口送到计算机1中，在计算机1中通过采用数字信号处理和智能诊断方法对这些信息进一步进行滤波处理、特征分析和信号显示，由此来实现对整个高压共轨系统及其关键部件包括低压泵、高压泵及其调压器、和高压共轨池及其自带高压传感器A的性能状态进行自动检测和故障诊断。

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