CN205404125U - 一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于汽车技术领域，公开了一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置。该装置包括用于接收传感器信号并将传感器信号进行降压和滤波处理形成AD输入信号，然后进行电压比较形成触发信号的信号调理电路；用于接收AD输入信号后对其进行模数转化形成转速信号的模数转化电路；用于根据触发信号实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，并对每个发动机工作循环的转速信号进行短时傅立叶变换获得每个发动机工作循环内的瞬时转速的DSP芯片，用于将瞬时转速转化为波形显示并与设定阈值进行比较完成对发动机失火故障进行诊断的计算机。该装置能准确获得发动机瞬时转速，利用其进行失火故障诊断；且成本低、集成度高、诊断准确率高。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车技术领域，特别涉及一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置。
背景技术
发动机台架试验是发动机研制阶段中的重要一环，它不仅用来检验发动机整体以及相关零部件的可靠性，同时还用来验证发动机的性能是否达到了最初的设计指标，所以一台发动机在成功量产前离不开大量的台架试验。在台架试验过程中，由于发动机供油不足，气缸密封不良等原因造成的气缸内不发生燃烧或燃烧不良的现象被成为发动机失火。失火故障是多缸发动机的一种常见故障，它不仅降低了发动机的动力性、经济性，而且加剧排放污染。及时而准确的对发动机失火故障进行诊断，对于台架试验的顺利开展具有重要意义。
发动机在稳定工况下工作时，其曲轴平均转速是不变的，但其瞬时转速却在波动。曲轴在一个工作循环内的转速波动信息能够反映各缸的工作状态。内燃机发生失火故障时，由于故障缸的工作状态发生了显著变化，因此准确获得瞬时转速的波动，就能对发动机失火故障进行有效诊断。目前最为常见的瞬时转速测量手段是采用霍尔式传感器，直接利用内燃机固有的编码盘(如飞轮齿圈)通过计数法进行测量。这种测量方式影响测量精度的因素较多，需要对传感器原始信号进行处理。处理的方法主要包括硬件计数法和软件计数法两种。前者测量成本高昂。后者主要通过软件插值的方法计算瞬时转速，但此方法受噪声信号影响较大，当齿圈存在缺齿时(用于指示气缸压缩上止点)，瞬时转速计算结果会出现严重畸变。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，该装置能准确获得发动机瞬时转速，并利用其进行失火故障诊断，该装置重点解决传统诊断系统成本高、集成度低，诊断准确率低等问题。
为达到以上目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。
一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：包括用于接收传感器信号并将传感器信号进行降压和滤波处理以形成AD输入信号，然后进行电压比较进而形成触发信号的信号调理电路；用于接收AD输入信号后对其进行模数转化形成转速信号的模数转化电路；用于根据触发信号实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，并对每个发动机工作循环的转速信号进行短时傅立叶变换获得每个发动机工作循环内的瞬时转速的DSP芯片，用于将瞬时转速转化为波形显示并与设定阈值进行比较完成对发动机失火故障进行诊断的计算机。
上述技术方案的特点和进一步改进：
进一步的，所述信号调理电路包括依次连接的电阻分压电路、带通滤波电路、电压比较器；传感器信号通过所述电阻分压电路进行限幅处理，然后通过所述带通滤波电路去除低频和高频干扰后分成两路，一路形成AD输入信号，另一路经过所述电压比较器形成脉冲式的触发信号。
进一步的，所述信号调理电路的输入端连接有形成传感器信号的霍尔式转速传感器。
进一步的，所述DSP芯片与计算机之间通过USB接口连接。
进一步的，所述DSP芯片上还连接有静态随机存储器。
本实用新型的用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，以发动机台架自带的霍尔式转速传感器原始信号为输入信号，连接到信号调理电路，由发动机飞轮盘齿圈缺齿，产生发动机气缸压缩上止点触发信号，通过AD(模数转化)电路进行转速信号采集，由上述触发信号触发，实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，采用DSP芯片对每个发动机工作循环的转速信号进行STFT(短时傅立叶变换)，获得每个发动机工作循环内的瞬时转速。将此瞬时转速信号通过USB接口发送至计算机，由计算机软件计算瞬时转速波形指标，根据所设置阈值，完成对发动机失火故障进行诊断。该装置硬件成本低，结构紧凑、数字信号处理算法先进，实时性好，能实现在线发动机失火故障诊断功能。
附图说明
图1为本实用新型的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置的原理示意图；
图2为图1中所示的信号调理电路的示意图；
图3为数字信号处理工作过程流程图；
图4为计算机软件失火故障诊断工作过程流程图；
图5a、5b、5c、5d分别为发动机正常工作和气缸1、2、4分别出现单缸失火故障时的曲轴瞬时转速波形图；
图6a为单缸失火故障诊断指标中T2指标检测波形图，图6b为单缸失火故障诊断指标重SPE指标检测波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
参照图1，本实用新型的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置的原理示意图；该失火故障诊断装置包括用于接收传感器信号并将传感器信号进行降压和滤波处理以形成AD输入信号，然后进行电压比较进而形成触发信号的信号调理电路；用于接收AD输入信号后对其进行模数转化形成转速信号的模数转化电路(AD)；用于根据触发信号实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，并对每个发动机工作循环的转速信号进行短时傅立叶变换获得每个发动机工作循环内的瞬时转速的DSP芯片，用于将瞬时转速转化为波形显示并与设定阈值进行比较完成对发动机失火故障进行诊断的计算机。
如图2所示的信号调理电路，所述信号调理电路包括依次连接的电阻分压电路、带通滤波电路、电压比较器；传感器信号通过所述电阻分压电路进行限幅处理，然后通过所述带通滤波电路去除低频和高频干扰后分成两路，一路形成AD输入信号，另一路经过所述电压比较器形成脉冲式的触发信号。
信号调理电路的输入端连接有形成传感器信号的霍尔式转速传感器。因为输入的传感器信号为霍尔式转速传感器提供的信号，霍尔式转速传感由发动机电源供电，所以传感器输出信号的高电平较高(超过+10V)，需要进行降压；此外，由于发动机电源的不稳定，会给原始输入信号带来一定的杂波干扰，需要对原始输入信号进行滤波处理。信号调理电路的功能是对原始信号进行限幅处理，并尽量去除干扰。首先原始信号通过电阻分压电路进行限幅处理，然后通过带通滤波电路，去除低频和高频干扰。带通滤波电路是由精密高速运放构成的RC带通滤波电路。当发动机飞轮盘齿圈缺齿转至转速传感器探头位置时，传感器输出明显低于正常幅值电压，因此将此信号连接至精密高速运放构成的电压比较器输入端，电压比较器会产生一个脉冲信号，用于指示发动机气缸压缩上止点，该触发信号用于转速信号的整周期分割。装置信号调理电路所用运放型号为LM4562。
DSP芯片与计算机之间通过USB接口连接。
DSP芯片上还连接有静态随机存储器(SRAM)。
经过信号调理后的转速信号被模数转换和相应的数字信号处理，其工作过程如图3所示。装置采用的DSP芯片型号为TMS320F2812，它的结构专为实时信号采集和数字信号处理算法而设计。此芯片自带精度为12位的高速采样电路，经过信号调理后的转速信号连接至芯片的AD接口，实现数据高速采集。同时，DSP芯片接收气缸压缩上止点触发信号，实现连续转速信号的整周期分割。DSP芯片采用数字信号处理专用指令,实现转速信号的STFT变换，获得转速信号的时频谱。通过时频脊线提取，并对其进行峰值搜索计算以及插补运算，最后获得发动机的瞬时转速。以上过程由写入DSP芯片的程序自动完成。如图5a、5b、5c、5d所示的发动机正常工作和气缸1、2、4分别出现单缸失火故障时的曲轴瞬时转速波形图。
获得的瞬时转速数据可以通过DSP芯片的串口对外进行发送，装置采用型号为PL2303的串口转USB接口专用芯片，实现DSP芯片和计算机的通讯，由USB接口连接至计算机，通过计算机软件进行实施分析诊断，软件失火故障诊断工作过程如图4所示。首先根据瞬时转速的做功缸序对单周期内的瞬时转速波形进行分段，然后计算各个缸内区间内瞬时转速波形的时域统计指标，由多个周期内计算的统计指标构成高维特征向量，采用PCA(主成分分析)方法进行监测指标计算，由事先设定的指标阈值判断是否出现失火故障。如图6a所示的单缸失火故障诊断指标中T2指标检测波形图、图6b所示的单缸失火故障诊断指标重SPE指标检测波形图。
本实用新型的用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，以发动机台架自带的霍尔式转速传感器信号为输入信号，连接到信号调理电路，由发动机飞轮盘齿圈缺齿，产生发动机气缸压缩上止点触发信号，通过AD(模数转换)电路进行转速信号采集，由上述触发信号触发，实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，采用DSP芯片对每个发动机工作循环的转速信号进行STFT(短时傅立叶变换)，获得每个发动机工作循环内的瞬时转速。将此瞬时转速信号通过USB接口发送至计算机，由计算机软件计算瞬时转速波形指标，根据所设置阈值，完成对发动机失火故障进行诊断。该装置硬件成本低，结构紧凑、数字信号处理算法先进，实时性好，能实现在线发动机失火故障诊断功能。
尽管以上结合附图对本实用新型的实施方案进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本实用新型保护之列。
Claims (5)
1.一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：包括用于接收传感器信号并将传感器信号进行降压和滤波处理以形成AD输入信号，然后进行电压比较进而形成触发信号的信号调理电路；用于接收AD输入信号后对其进行模数转化形成转速信号的模数转化电路；用于根据触发信号实现发动机转速信号按照发动机工作循环进行整周期分割，并对每个发动机工作循环的转速信号进行短时傅立叶变换获得每个发动机工作循环内的瞬时转速的DSP芯片，用于将瞬时转速转化为波形显示并与设定阈值进行比较完成对发动机失火故障进行诊断的计算机。
2.如权利要求1所述的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：所述信号调理电路包括依次连接的电阻分压电路、带通滤波电路、电压比较器；传感器信号通过所述电阻分压电路进行限幅处理，然后通过所述带通滤波电路去除低频和高频干扰后分成两路，一路形成AD输入信号，另一路经过所述电压比较器形成脉冲式的触发信号。
3.如权利要求1或2所述的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：所述信号调理电路的输入端连接有形成传感器信号的霍尔式转速传感器。
4.如权利要求1或2所述的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：所述DSP芯片与计算机之间通过USB接口连接。
5.如权利要求1或2所述的一种用于发动机台架试验的失火故障诊断装置，其特征在于：所述DSP芯片上还连接有静态随机存储器。
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| CN113074045A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-06 | 东风柳州汽车有限公司 | 发动机失火诊断方法、装置、设备及存储介质 |
| CN114563189A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-05-31 | 西北工业大学 | 基于瞬时转速的无人机发动机故障诊断方法 |
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