汽车发动机状态在线监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种汽车发动机状态在线监测系统。通过分析发动机排气系统内排气波动的形成和传播，研究排气波动信号，例如排气压力波动信号与发动机运行之间的关系；在记录和分析排气系统的波动的基础上，得出一种采用极少的检测项目便能够准确地实现汽车发动机的在线监测的汽车发动机状态在线监测系统。系统能以较少的检测量获取较全面的发动机工况，检测和诊断汽车发动机的故障，从而实现汽车发动机的在线监测。该智能波动检测系统可以作为发动机优化控制的有力工具，在内燃机的故障诊断、优化控制和汽车发动机的噪音控制方面有长远的应用前景。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

汽车发动机状态在线监测系统(一)
本技术涉及一种发动机状态监测系统，特别涉及一种汽车发动机 状态在线监测系统。(二)
技术介绍
汽车发动机是一个十分复杂的机、电、液系统，由两大机构(曲柄连 杆机构、配气机构)和五大系统(燃料供给系、冷却系、润滑系、点火系、 启动系)组成，其故障也是种类繁多，故障现象与原因之间的关系也是纷 繁复杂，可能是一对多、多对一或者多对多的关系。不同的故障以不同的 方式表现出来，因此，选择什么样的检测对象，检测哪些参量，以及如何 进行信号分析与数据处理是状态监测和故障诊断要解决的主要问题。传统的发动机性能检测是对发动机各系统的工作状态，如点火、喷油、 电控系统和传感元件以及进排气系统和机械工作状态等的静态和动态参 数进行分析，为发动机状态判断和故障诊断提供科学依据。随着汽车的普及，汽车电子技术的发展，利用电子设备实时监测汽车 发动机的工作状态是一个必然趋势。因为汽车发动机工作状况的好坏直接 关系到发动机的效率以及排气的污染程度问题；而且及时地监测发动机发 生故障前的工况对发动机的合理保养维护乃至汽车安全行驶都有重要的意义o目前的发动机综合性能测试的测试点和监测量， 一般选取缸体(缸盖) 振动、高压油管压力波、汽缸压力和排气成分等，前人在这些方面做了不 少研究也取得了不少成果。但是由于传感器安装麻烦，工作环境恶劣，系 统通用性差等原因，难以获得实际的应用。同时由于现有发动机的检测、 诊断系统，其信号源主要取自发动机起动过程参数、点火波形、进气歧管 真空度波形、发动机转速、缸体振动、电控喷油过程参数以及排气成分等等，致使发动机综合性能测试需检测的参数多达70多项，使用传感器较 多，系统比较庞大复杂，需配备计算机及其相关测评软件，只有专业的汽 车检测站或大修理厂才使用，不适合于安装在汽车上进行在线监测。为了 实现发动机的在线监测，如何以较少的检测项目实现准确的发动机监测和 故障诊断是实现高效车载系统首先需要解决的问题。(三)
技术实现思路
本技术是为了解决现有的汽车发动机检测系统中测试点和监测量过多、传感器安装困难、无法实现车载在线监控等问题。通过分析发动 机排气系统内排气波动的形成和传播，研究排气波动信号，例如排气压力波动信号与发动机运行之间的关系；在记录和分析排气系统的波动的基础 上，得出一种采用极少的检测项目便能够准确地实现汽车发动机的在线监 测的汽车发动机状态在线监测系统。本技术所设计的汽车发动机状态在线监测系统，包括如下模块构成数据采集模块包括用于发动机在工作过程中的采集排气波动信号的 传感器；数据处理模块与数据采集模块相连，对数据采集模块输出的信号进 行处理，分离或提取特征量作为特征参数或判定参数，输出到模式识别模 块；排气波动信号数据库包括发动机在正常状态的排气波动的判定参数；模式识别模块分别与排气波动信号数据库和数据处理模块的信号输 出端相连，通过比较数据处理模块所得的特征参数和排气波动信号数据库 的判定参数，得出判定结果；控制模块控制协调整个系统工作，并负责输出判定结果。管道气体的气体流的动力学性能可以直接地反映出流体经过的管道 或者腔体的状况。发动机排出的废气的动力学特性受到混合气体燃烧过程 及其流经的腔体和排气管道的边界条件的影响，它能直接反映发动机的喷 油器、排气阀、火花塞等附件的工作状况。利用排气气流的动态特性去分 析产生源的运动和故障，不仅信号的采集更为方便，而且能够以较少的检 测量便可获取较为全面的发动机工作状况，从而使得发动机的监测从技术 上更容易实现车载在线监控。作为改进，所述系统的模式识别模块还包括故障检测模块，与之对应 的排气波动信号数据库内还包括发动机在不同故障状态的排气波动信号 的判定参数；故障检测模块用于判断发动机在故障状态的故障类型。作为进一步改进，所述系统的模式识别模块的输出端用于存储无法检 测出故障类型的排气波动信号的存储模块，将无法检测的信号留待后期进 行进一步的信号处理和分析，以作为系统升级之用。存储模块的输出端可 与控制模块相连，将无法检测的信号直接输入控制系统中；或悬空，留待 后期系统升级时进行信号提取。所述排气波动气体流的动力学性通过压力传感器进行采集。为了能够 有效的采集发动机排气波动信号，所述传感器位于汽车排气管道的内侧。 为进一步降低对传感器的要求，降低传感器安装和维护难度，使得选取的 检测点能够获得更为准确的监测量，所述传感器设置于汽车排气管道内侧 的中部或排气管道内侧的末端。排气管道的内侧设有消噪器，如为了提高 传感器的检测能力，可将压力传感器位于消噪器之前；如为了降低成本、 方便传感器的安装，可将压力传感器位于消噪器之后。所述压力传感器釆集的排气波动信号为排气压力波，该排气压力波包 括随着发动机工作状态在改变的频率和幅值。本技术汽车发动机状态在线监测系统所述控制模块的输出端还 接有报警装置和/或扩展接口。报警装置在出现紧急故障时可以自动报警并 且停车，在出现严重故障时报警，在出现需关注故障时提示并记录相关参数o所述扩展接口包括使系统与汽车内部控制系统相连的人机接口和/或 与远程诊断中心通讯的总线接口。本技术与现有技术相比，其优点为1、 气体流的动力学性能可以方便地提取，相比其它检测方式更容易 实现，成本也更低；2、 传感器的安装更方便，同时有效解决了现有技术中传感器所处工 作环境恶劣而造成的系统稳定性差等问题；3、 可以以较少的检测量获取较全面的发动机工况，紧凑的系统设计 易于实现为车载系统；4、 系统还通过总线技术与发动机集中控制器等其它汽车电子控制系 统互连，成为汽车内部网的一个单元；5、 系统不仅可以作为发动机优化控制的有力工具，还可适通过软件 移植，用于其它类型的发动机和不同应用场合；6、 系统接口类型可按需求设置，因而使得系统的通用性更强，在内 燃机的故障诊断、优化控制和汽车发动机的噪音控制方面有长远的应用前 景。(四) 附图说明图1为本技术一种实施实施方式的系统组成图2为一种发动机正常状态的排气压力波示意图3为一种发动机3#汽缸缺火故障状态的排气压力波示意图4为一种发动机在运行过程中采集到的排气压力波示意图。具体实施方式如图1所示为本技术汽车发动机状态在线监测系统一种实施实施 方式的系统组成图。系统包括数据采集模块、数据处理模块、排气压力波 动频谱库、模式识别模块、故障检测模块以及控制模块。下面对本技术汽车发动机状态在线监测系统一种实施实施方式 的系统组成及工作原理进行详细说明数据采集模块是一个由位于汽车排气管道的内侧的压力传感器。该压 力传感器如位于消噪器和催化转换器的前端，可以灵敏的捕捉到压力波动 的信号,有效提高系统的检测能力；如压力传感器位于消噪器和催化转换 器等部件之后，可以方便安装，降低成本。本系统采取压力传感器位于消噪器和催化转换器之间的方式，这样即可以保证压力传感器的监测能力， 使得系统能够判别较小的故障，同时对传感器的要求也相对较低，因而使 得成本也相应降低、安装也相应容易。压力传感器将采集到的将排气压力 波的初始信号转化为易于处理的信号输出到数据处理模块中进行信号处 理。数据处理模块对数据采集模块送入信号的频谱成分处理，分本文档来自技高网...

【技术保护点】
汽车发动机状态在线监测系统，其特征在于：包括　数据采集模块：包括用于发动机在工作过程中的采集排气波动信号的传感器；　数据处理模块：与数据采集模块相连，对数据采集模块输出信号进行处理，分离或提取特征量作为特征参数或判定参数，输出到模式识别模块；　排气波动信号数据库：包括发动机在正常状态的排气波动信号的判定参数；　模式识别模块：分别与排气波动信号数据库和数据处理模块的信号输出端相连，通过比较特征参数和排气波动信号数据库的判定参数，得出判定结果；　控制模块：控制协调整个系统工作，并负责输出判定结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许勇，张向文，陈溢文，潘明，樊永显，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：45[中国|广西]