CN200968900Y

CN200968900Y - 便携式船用大功率柴油机模块化测试装置

Info

Publication number: CN200968900Y
Application number: CN 200620045276
Authority: CN
Inventors: 谷峰; 苏荣艳; 任自中; 刘晓英; 季诚
Original assignee: 711th Research Institute of CSIC
Current assignee: 711th Research Institute of CSIC
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-08-30

Abstract

本实用新型涉及便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特点是，包括用于测试柴油机有关部件的多个传感器、分别与各传感器对应连接的多个信号放大器、与各信号放大器的输出端连接的信号采集分配器、与信号采集分配器的输出端连接的信号分析处理系统、以及与信号分析处理系统的输出端连接的输出部件。各传感器模块可根据试验需要灵活选择，与放大模块中的各类放大器匹配。可对柴油机气缸工作过程的相关动态参数进行高速数据采集，经过数据处理，对柴油机的燃烧过程、换气过程及燃油喷射特性进行显示分析。具有灵活、快捷地测取柴油机的高速动态参数并进行各项性能分析的优点。

Description

便携式船用大功率柴油机模块化测试装置

技术领域

本实用新型涉及一模块化、可扩展的便携式模块化测试装置，特别针对船用大功率柴油机整机试验的高速动态参数的测试和分析，为船用柴油机提供测试手段的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置。

现有技术

柴油机的测试装置是反映发动机性能的重要载体。目前船用柴油机的台架测试主要是对整机的常规参数进行监测和控制，均集中在集控室内以工控机配合台式电脑进行监控。整个集控台体积庞大，缺乏灵活性和多样性，且扩展性相对较差。而针对性能参数方面的测试特别是一些动态参数的测试一般是采取专门的测试仪器如研究燃烧方面的燃烧分析仪等。目前还没有针对船用柴油机气缸工作过程动态参数的监控和燃烧分析、换气过程分析、燃油喷射特性分析的集成测试系统。

发明内容

本实用新型是为了克服现有技术存在的上述缺点而提供的一种便携式船用大功率柴油机模块化测试装置。该便携式模块化测试装置，以模块化的测试结构，对测点分布范围较为分散的整机台位船用大功率柴油机整机试验的气缸工作过程中高速动态参数进行方便的监测和数据分析。

本实用新型采取的技术方案是：便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特点是，包括用于测试柴油机有关部件的多个传感器、分别与各传感器对应连接的多个信号放大器、与各信号放大器的输出端连接的信号采集分配器、与信号采集分配器的输出端连接的信号分析处理系统、以及与信号分析处理系统的输出端连接的输出部件。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的多个传感器包括气缸压力传感器、燃油喷射压力传感器、进气压力传感器、排气压力传感器、针阀升程传感器、以及曲轴转角信号传感器。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的转角传感器采用非接触式的测量转角信号的传感器，可以在柴油机上任意端安装，以实现对柴油机的上止点的定位。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的排气压力传感器上还包括设有一连接冷却水的转接头，冷却水通过该转接头直接由被测柴油机的冷却水辅助管系引出。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的多个信号放大器分别是：与气缸压力传感器的输出端连接的电荷放大器，分别与燃油压力传感器、进气压力传感器、排气压力传感器的输出端连接的压阻放大器，与针阀升程传感器的输出端连接的电容放大器，以及与转角信号传感器的输出端连接的信号调理器。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的多个信号放大器的输出端通过一信号汇流排与信号处理分配器的输入端连接。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的信号采集分配器主要由高速数据采集器构成，其输入端采集多个信号放大器输出的信号，经A/D转换后通过接口电路送到信号分析处理系统中进行数据的分析处理。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的信号分析处理系统包括一参数配置单元、一数据循环采集单元、一数据监测单元、一计算分析单元、一数据存储单元、一曲线生成单元、以及一驱动输出单元；所述的参数配置单元、数据循环采集单元和数据监测单元顺序连接，数据监测单元的输出端分别与数据存储单元和计算分析单元的输入端连接；所述的数据存储单元和计算分析单元的输出端与数据存储单元的输入端连接；所述的数据存储单元、曲线生成单元、以及驱动输出单元顺序连接；所述的驱动输出单元连接输出部件。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的数据监测单元包括单循环值监测单元和多循环值监测单元；所述的数据循环采集单元输出的信号分别送到单循环值监测单元和多循环值监测单元，经监测后合并送到数据存储单元。

上述便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其中，所述的计算分析单元包括数据计算单元和数据分析单元，顺序连接；所述的数据分析单元的输出端与数据存储单元连接。

本实用新型由于采用了以上的技术方案，在便携式箱体内设置多个用于测试柴油机的传感器，各传感器模块可根据试验需要灵活选择，与放大模块中的各类压电、压阻放大器匹配。信号采集分配器中，电源模块输出24VDC为放大模块供电，高速数据采集模块通过接口电路例如USB接口与便携式笔记本电脑通讯，并可根据测试的需要扩展通道。因USB接口的高速特性，当今应用范围的广泛，使这样的通讯模式更适合现代发展趋势，模块化的结构更使得整套柴油机测试系统能灵活、快捷地测取柴油机的高速动态参数并进行各项性能分析。

附图说明

本实用新型的具体结构由以下的实施例机器附图进一步给出。

图1是本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置的便携式箱体的内部结构示意图。

图2是本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置中设在该便携式箱体内的测试部件的电方框图。

图3是图2测试部件中的信号分析处理系统的电方框图。

图4是图2测试部件的工作流程图。

图5～图11是本实用新型对发动机缸内燃烧过程及相关参数监测和分析处理的各曲线示意图，其中：图5是动态参数曲线图；图6是示功曲线图；图7是放热率曲线图；图8是气缸温度曲线图；图9是累计放热百分比曲线图；图10是啮合放热率曲线图；图11是压力升高率曲线图。

具体实施方式

请参阅图1、图2。本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，包括便携式箱体1，设在该便携式箱体内的测试部件2、以及用于安装测试部件的安装工具3。箱体1上设有把手11。所述的测试部件2包括用于测试柴油机有关部件的多个传感器21、分别与各传感器连接的多个信号放大器22、与各信号放大器的输出端连接的信号采集分配器23、与信号采集分配器的输出端连接的信号分析处理系统24、以及与信号分析处理系统24的输出端连接的输出部件25。还包括电源模块26为放大器和信号处理分配器供电(24V或15V)。传感器测量获取的原始电压或电流信号，分别送到各自对应的放大器进行信号调理放大，并由信号采集分配器进行高速数据采集及分配，然后通过USB接口送入信号分析处理系统24对数据进行分析处理，最后存盘、显示、打印结束。

为方便各部件的放置，可将便携式箱体1内设置几个区域，包括：放置线缆和传感器的区域12、放置多个放大器模块的区域13、放置信号处理分配器的区域14、放置安装工具的区域15、以及放置其它零件的区域16。

由于本实用新型的传感器、放大器模块、信号采集分配器、各种电缆、转接头、安装工具等能全部放入自制便携式手提箱中，并留有冗余，因此，具有更换灵活，携带轻巧，同时能快速搭建整个测试平台的优点。

请继续参阅图2。本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置中：

所述的多个传感器包括气缸压力传感器211、燃油压力传感器212、进气压力传感器213、排气压力传感器214、针阀升程传感器215、以及转角信号传感器216。转角传感器216采用非接触式的测量转角信号的传感器，其安装灵活，可以在柴油机上任意端安装，以实现对柴油机的上止点的定位。排气压力传感器等由于测试环境的恶劣，需要冷却水冷却，其冷却水路转接头，直接由柴油机的辅助管系引出(根据传感器要求可添加滤网)，无需另置一整套冷却水系统，该转接头平时放置在便携式箱体1的放置其它零件的区域16内，测试时与被测柴油机的辅助冷却水管系连通，很大程度上增加了系统的便携性。

所述的多个信号放大器22分别是：与气缸压力传感器的输出端连接的电荷放大器221，分别与燃油压力传感器、进气压力传感器、排气压力传感器的输出端连接的压阻放大器222、223、224，与针阀升程传感器的输出端连接的电容放大225，以及与转角信号传感器的输出端连接的信号调理器226。该多个信号放大器的输出端通过一信号汇流排T与信号处理分配器23的输入端连接。

所述的信号采集分配器23主要由高速数据采集器构成，本实施例主要由两个8路高速数据采集器231、232构成，其输入端采集多个信号放大器输出的信号，经该高速数据采集器内部的A/D转换后通过接口电路送到信号分析处理系统24中进行数据的分析处理。

请参阅图3。本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置中，所述的信号分析处理系统24包括一参数配置单元241、一数据循环采集单元242、一数据监测单元243、一计算分析单元244、一数据存储单元245、一曲线生成单元246、以及一驱动输出单元247；所述的参数配置单元241、数据循环采集单元242和数据监测单元243顺序连接，数据监测单元243的输出端分别与数据存储单元245和计算分析单元244的输入端连接；所述的数据存储单元245和计算分析单元244的输出端与数据存储单元245的输入端连接；所述的数据存储单元245、曲线生成单元246、以及驱动输出单元247顺序连接；所述的驱动输出单元247连接输出部件25。输出部件25可以包括显示器251和/或打印机252。

本实施例中，所述的数据监测单元243包括单循环值监测单元2431和多循环值监测单元2432；所述的数据循环采集单元242输出的信号分别送到单循环值监测单元2431和多循环值监测单元2432，经监测后合并送到数据存储单元245。所述的计算分析单元244包括数据计算单元2441和数据分析单元2442，顺序连接；所述的数据分析单元2442的输出端与数据存储单元245连接。

本实施例中所述的信号分析处理系统24可以由一外接的计算机或便携式电脑构成。

本实用新型便携式船用大功率柴油机模块化测试装置中，所述的输出设备25包括显示屏251和/或打印设备252。

本实用新型测试时，传感器按测点要求安装在柴油机本体上，测试完成后即可拆卸。各类放大器集中在自制放大模块盒中，就传感器附近安放，位置比较灵活，并由信号采集分配器中的电源模块供电。放大后的信号直接连接到信号采集分配器中，由信号采集分配器中高速数据采集模块进行A/D处理，并通过USB接口传输给笔记本电脑，通过电脑的处理，实现数据的显示、计算分析、存盘和打印等功能。

请参阅图4，这是本实用新型测试部件的工作流程图。

本实用新型能监测参数包括气缸压力、燃油喷射压力、进气压力、排气压力、针阀升程、曲轴转角以及其他温度和压力，同时进行气缸示功图、气缸温度、放热率和累积放热百分比等放热规律的计算及分析。其具体流程是：

测控循环始点→配置发动机参数，通道参数及存盘打印路径(进入参数设置页)→根据通道配置进行循环数据采集，并按要求进行数字滤波(进入数据监测处理页)→根据设置的工作循环数，以转角信号为基准，取出单个完整循环数据→根据设置的工作循环数，以转角信号为基准，取出N个完整循环数据→求多次循环平均→求取单次循环的各类参数表征值并显示单次工作循环曲线→求取N次循环的各类参数特征值并显示平均工作循环曲线→表征值表格、参数曲线存盘或打印→结合发动机参数设置，求取各缸相关放热规律(进入放热规律计算，分析页)→求取该状态时的气缸燃烧分析特征值并进行放热规律曲线显示→特征值表格、放热规律曲线存盘→打印和/或显示→返回测控循环始点。

本实用新型可对发动机缸内燃烧过程及相关参数监测和分析处理，能全面的分析发动机燃烧过程、换气过程及燃油喷射特性，其测试曲线请参阅图5～图11。图中：Mpa表示为压力；℃A表示为曲轴转角；％表示为百分比；L表示为气缸容积；℃表示为温度。

图5所示例如为一12缸船用柴油机工作于转速1500r/min、功率256kW工况时，在数据监测处理页所测得的参数曲线及其相位关系图，包括缸内爆压曲线、针阀升程曲线、燃油喷射压力曲线及曲轴转角信号曲线。根据曲线计算可得出该工况下所对应的特征值，包括缸内最大燃烧压力14.5MPa、喷油持续角35.8deg、燃油最大喷射压力115.3MPa及爆压位置11.6deg。

图6至图11分别为上述实施例在放热规律计算、分析页得到该工况下所对应的示功曲线图，以及放热率、气缸温度、累计放热百分比、啮合放热率及压力升高率曲线图。从各图可看出本实用新型整个测试系统精度高，参数覆盖全面，能准确监测发动机运行状态，并完整反映该工况下的放热规律。

本实用新型的技术效果是明显的：

1、可根据测试种类的不同，结合考虑频响范围、放大增益、精度等因素，选择不同类型的放大器单元与相对应的传感器进行匹配组合，对原始信号进行放大处理，实现对信号前处理的模块化测试管理。

2、信号采集分配器支持上述信号前处理的模块式构架，以USB接口与电脑进行高速数据交互。并可根据需要进行通道数量的扩展，为数据的传输与交换提供了新的思路。

3、测试过程中本实用新型测试装置与集控台本身的测试系统互不影响，可将获取的整个发动机运行中的常规和动态数据上传给集控台。并可与集控台进行双向通讯。

4、本实用新型测试装置灵活、便携、成本低廉、应用广泛，能适应各类复杂、恶劣环境的现场测试(如试验站，船舱等)，有效的为柴油机性能调整提供测试平台。

5、本实用新型中，灵活的传感器安装和拆卸能根据试验要求可快速地构建整个测点网络。同时从机旁辅助管系引入冷却水的解决方案，不仅省去了一整套冷却水系统，降低了整个系统的成本，更增加了系统的便携性。

Claims

1、便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，包括用于测试柴油机有关部件的多个传感器、分别与各传感器对应连接的多个信号放大器、与各信号放大器的输出端连接的信号采集分配器、与信号采集分配器的输出端连接的信号分析处理系统、以及与信号分析处理系统的输出端连接的输出部件。

2、根据权利要求1所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的多个传感器包括气缸压力传感器、燃油喷射压力传感器、进气压力传感器、排气压力传感器、针阀升程传感器、以及曲轴转角信号传感器。

3、根据权利要求2所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的转角传感器采用非接触式的测量转角信号的传感器，可以在柴油机上任意端安装，以实现对柴油机的上止点的定位。

4、根据权利要求2所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的排气压力传感器上还包括设有一连接冷却水的转接头，冷却水通过该转接头直接由被测柴油机的冷却水辅助管系引出。

5、根据权利要求1所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的多个信号放大器分别是：与气缸压力传感器的输出端连接的电荷放大器，分别与燃油压力传感器、进气压力传感器、排气压力传感器的输出端连接的压阻放大器，与针阀升程传感器的输出端连接的电容放大器，以及与转角信号传感器的输出端连接的信号调理器。

6、根据权利要求1所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的多个信号放大器的输出端通过一信号汇流排与信号处理分配器的输入端连接。

7、根据权利要求1所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的信号采集分配器主要由高速数据采集器构成，其输入端采集多个信号放大器输出的信号，经A/D转换后通过接口电路送到信号分析处理系统24中进行数据的分析处理。

8、根据权利要求1所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的信号分析处理系统包括一参数配置单元、一数据循环采集单元、一数据监测单元、一计算分析单元、一数据存储单元、一曲线生成单元、以及一驱动输出单元；所述的参数配置单元、数据循环采集单元和数据监测单元顺序连接，数据监测单元、单循环值监测单元、多循环值监测单元和数据监测单元的输出端分别与数据存储单元和计算分析单元的输入端连接；所述的数据存储单元和计算分析单元的输出端与数据存储单元的输入端连接；所述的数据存储单元、曲线生成单元、以及驱动输出单元顺序连接；所述的驱动输出单元连接输出部件。

9、根据权利要求8所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的数据监测单元包括单循环值监测单元和多循环值监测单元；所述的数据循环采集单元输出的信号分别送到单循环值监测单元和多循环值监测单元，经监测后合并送到数据存储单元。

10、根据权利要求8所述的便携式船用大功率柴油机模块化测试装置，其特征在于，所述的计算分析单元包括数据计算单元和数据分析单元，顺序连接；所述的数据分析单元的输出端与数据存储单元连接。