一种柴油机冷热冲击试验装置和方法与流程

本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种柴油机冷热冲击试验装置和方法。

背景技术：

我国是汽车使用和汽车制造大国，平均每三人就拥有一辆汽车。但是由于我国汽车工业起步较晚，对发动机性能测试的自动化水平还比较低，目前在很多方面做出很大的提升空间。发动机作为汽车的心脏单位，其性能的优越性决定着整个汽车使用的寿命年限。相对于汽油发动机，柴油机的测试平台需要更大的功率，与之相对应的工况条件也会变得更加复杂，机械负荷和热负荷的要求也就越高。

另外，我国地域辽阔，南北气候条件差异很大，因此有必要对柴油机在极寒和极热的条件下进行可靠性的试验测试，冷热冲击试验就可以完成这种测试。冷热冲击试验的根本目的在于考验柴油机在极限冷热冲击快速交替的作用下检验其耐久性和磨损情况，再根据出现的缺陷优化设计柴油机的结构和零件。随着现代微电子技术的发展，运用计算机和微处理器构成的全自动化柴油机冷热冲击试验装置不但可以减低工作人员的劳动强度，也可以提高测量的精确度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种柴油机冷热冲击试验装置和方法。

本发明的实施例提供一种柴油机冷热冲击试验装置，所述柴油机连接下位机测控系统，所述下位机测控系统连接上位机监控系统，所述上位机监控系统设定柴油机的运行指令和温度范围指令，并将指令发送给下位机测控系统，所述下位机测控系统根据上位机监控系统的指令运行柴油机，并在运行过程中实时测量柴油机的运行参数和温度参数，并传输给上位机监控系统，所述上位机监控系统监控环境温度参数，将环境温度参数结合柴油机的运行参数和温度参数作出判断，并反馈给下位机测控系统，所述下位机测控系统根据反馈信息调整柴油机的运行，并平衡当前的温度范围。

进一步，所述下位机测控系统包括控制系统、启停装置、油门执行器、测功机、智能温控仪表、冷却液温控装置和中冷器温控装置，所述控制系统连接启停装置、油门执行器、测功机、智能温控仪表、冷却液温控装置和中冷器温控装置。

进一步，所述控制系统是双核系统，包括两个stm32微型单片机，一个stm32微型单片机负责测量，另一个stm32微型单片机负责控制，所述控制系统采用集电极开路的方式分别输出pwm波来控制所述启停装置的通断和所述油门执行器的开度，所述测功机采集柴油机的运行参数，所述智能温控仪表采集温度参数，并通过控制冷却液温控装置和中冷器温控装置来平衡温度范围，所述冷却液温控装置控制冷却液温度，所述中冷器温控装置负责给涡轮增压升温后的气体降温。

进一步，所述智能温控仪表采用pt100铂热电阻来测量低温信号，采用k型热电偶测量高温信号。

进一步，所述下位机测控系统还包括操作键盘和led数码显示屏，所述操作键盘和led数码显示屏连接控制系统。

进一步，所述上位机监控系统包括用户管理模块、系统设置模块、数据处理模块和实时测控模块，所述用户管理模块用于实现用户信息的增添、修改、删除以及设置用户的权限；所述系统设置模块包括参数设置、串口设置，主要就是用来分配通讯协议通道和柴油机的各项参数；所述数据处理模块的主要功能就是将各个串口和总线采集到的数据进行浏览、曲线绘制及输出报表；所述实时测控模块与下位机测控系统进行实时数据传输、温度数据实时采集、曲线显示以及报警与停机。

一种柴油机冷热冲击试验装置进行冷热冲击试验的方法，包括以下步骤：

s1.在上位机监控系统设定柴油机的运行参数和温度范围；

s2.上位机监控系统向下位机测控系统发送控制油门执行器的指令，下位机测控系统根据指令控制油门执行器的油门开度，从而改变柴油机的转速；

s3.柴油机在运转过程中带动测功机一起工作，所述测功机测量柴油机的各项运行参数，同时，智能温控仪表实时测量柴油机的温度参数；

s4.下位机测控系统将测功机测量到的运行参数和智能温控仪表测量到的温度参数传输给上位机监控系统；

s5.上位机监控系统监控环境温度参数，将环境温度参数结合步骤s4接收的运行参数和温度参数作出判断，并反馈给下位机测控系统；

s6.下位机测控系统根据反馈信息控制柴油机调整运行，并通过智能温控仪表控制冷却液温控装置和中冷器温控装置来平衡柴油机当前的温度范围。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的装置和方法能够十分精确的采集到柴油机在运行过程中的数据，并相应的上位机监控系统能够根据传感器和通讯线发送至pc端的数据进行准确的分析，描绘出实时工作曲线。在实际工作中，环境温度的误差都在2℃以内，完全符合实验要求，其中冷却液最大误差为1.8℃，中冷器出口温度最大误差为1.5℃。

(2)本发明的装置和方法能够将采集到的各项数据经过数据处理的方式产生直观的曲线图和输出报表，方便之后人为对数据进行观察分析。

(3)本发明的装置和方法使用简单易上手，操作人员只要通过上位机监控系统就可以完成整个试验流程，基本实现全自动化。

(4)本发明的装置和方法除了机房操作人可以通过观察数据以外，下位机测控系统也有操作键盘和led数码显示供线下工作人员操作。

附图说明

图1是本发明一种柴油机冷热冲击试验装置的一示意图。

图2是图1中下位机测控系统的一示意图。

图3是图1中上位机监控系统的一示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种柴油机冷热冲击试验装置，所述柴油机连接下位机测控系统1，所述下位机测控系统1连接上位机监控系统2。

通过上位机监控系统2设定好实验参数，向下位机测控系统1发送指令来控制整个系统的运作，能够精确的对柴油机的冷热冲击试验参数进行测量，并将测量的数据通过rs485串口传输至下位机测控系统1进行处理和分析。

请参考图3，上位机监控系统2主要借助计算机软件来运行。可以实现对柴油机工作环境的实时监控，并可以将采集到的数据进行保存、处理。上位机监控系统2包括用户管理模块21、系统设置模块22、数据处理模块23和实时测控模块24，所述用户管理模块21用于实现用户信息的增添、修改、删除以及设置用户的权限；所述系统设置模块22包括参数设置、串口设置，主要就是用来分配通讯协议通道和柴油机的各项参数；所述数据处理模块23的主要功能就是将各个串口和总线采集到的数据进行浏览、曲线绘制及输出报表；所述实时测控模块24与下位机测控系统1进行实时数据传输、温度数据实时采集、曲线显示以及报警与停机。

下位机测控系统1需要完成的是对柴油机各个特征参数的测量以及相关多个变量的调整与修改，并且要求与上位机监控系统2通过can总线进行连接。因此采用双核系统，一个负责测量，另一个负责控制。

请参考图2，下位机测控系统1包括控制系统11、启停装置12、油门执行器13、测功机14、智能温控仪表15、冷却液温控装置16和中冷器温控装置17，所述控制系统11连接启停装置12、油门执行器13、测功机14、智能温控仪表15、冷却液温控装置16和中冷器温控装置17。

下位机测控系统1核心部分为控制系统11，通过i/o和ad转换连接启停装置12、油门执行器13、测功机14、智能温控仪表15、冷却液温控装置16和中冷器温控装置17。可以将这些装置相对应的数据采集到下位机测控系统1中，也可以通过下位机测控系统1来控制这些装置的运作。

优选地，控制系统11是双核系统，包括两个stm32微型单片机，一个stm32微型单片机负责测量，另一个stm32微型单片机负责控制，所述控制系统11采用集电极开路的方式分别输出pwm波来控制所述启停装置12的通断和所述油门执行器13的开度，来控制励磁和油门大小致使柴油机转动，在柴油机冷热冲击试验过程中人为的直接对柴油机操作不仅繁琐而且不安全，可以通过上位机监控系统2发送命给继电器驱动启停装置12的运作；所述测功机14采集柴油机的运行参数，所述智能温控仪表15采集温度参数，智能温控仪表15采用pt100铂热电阻来测量低温信号，采用k型热电偶测量高温信号，并通过控制冷却液温控装置16和中冷器温控装置17来平衡温度范围，所述冷却液温控装置16控制冷却液温度，所述中冷器温控装置17负责给涡轮增压升温后的气体降温。冷却液温度对于柴油机冷热冲击试验中是非常重要的，通过冷却液温控装置16对该柴油机进行降温测温，然后再将数据传送至上位机监控系统。中冷器温控装置17用于对涡轮增压产生的高温气体降温，并且可以保持柴油机的温度处于恒值状，然后再将数据传送至上位机监控系统。

下位机测控系统1还包括操作键盘18和led数码显示屏19，所述操作键盘18和led数码显示屏19连接控制系统。

下位机测控系统1可以单独使用，可以键盘18手动控制油门执行器13带动测功机14工作，能够完成试验平台的基本调试工作。当下位机测控系统1和上位机监控系统2联调时，在上位机监控软件2中预先设定好试验流程，能够完成柴油机冷热冲击试验的自动测试，并具备自动报警急停功能。

上位机监控系统2设定柴油机的运行指令和温度范围指令，并将指令发送给下位机测控系统1，所述下位机测控系统1根据上位机监控系统2的指令运行柴油机，并在运行过程中实时测量柴油机的运行参数和温度参数，并传输给上位机监控系统2，所述上位机监控系统2监控环境温度参数，将环境温度参数结合柴油机的运行参数和温度参数作出判断，并反馈给下位机测控系统1，所述下位机测控系统1根据反馈信息调整柴油机的运行，并平衡当前的温度范围。

在对柴油机进行冷热冲击的试验过程中，首先通过上位机监控系统2向下位机测控系统1发送控制油门执行器13的指令，下位机测控系统1接收到信号后，根据上位机监控系统2设定的油门开度，设置产生出相应占空比的pwm波形驱动直流电动机来控制油门执行器13从而改变柴油机的转速。在油门执行器13控制柴油机运转起来以后，柴油机也会带动着测功机14一起工作，测功机14在转动的同时会将柴油机的各项性能数据记录下来，例如：转矩、功率、转速等。与此同时，下位机测控系统1会将测功机14测量到的数据通过a/d转换的方式可以保存到flash闪存卡中，数据在a/d转换完成之后也可以通过上位机监控系统2来观测这些数据。柴油机在工作过程中，会产生大量的热能，为了能够有效的保证柴油机在事先设定好的温度范围内进行工作，采用pt100铂热电阻来测量低温信号；用k型热电偶测量高温信号。最后通过上位机监控系统2设定指定的温度范围，控制冷却液温控装置16和中冷器温控装置17对柴油机的运行环境进行调节。

一种柴油机冷热冲击试验装置进行冷热冲击试验的方法，包括以下步骤：

s1.在上位机监控系统2设定柴油机的运行参数和温度范围；

s2.上位机监控系统2向下位机测控系统1发送控制油门执行器13的指令，下位机测控系统1根据指令控制油门执行器13的油门开度，从而改变柴油机的转速；

s3.柴油机在运转过程中带动测功机14一起工作，所述测功机14测量柴油机的各项运行参数，同时，智能温控仪表15实时测量柴油机的温度参数；

s4.下位机测控系统1将测功机14测量到的运行参数和智能温控仪表15测量到的温度参数传输给上位机监控系统2；

s5.上位机监控系统2监控环境温度参数，将环境温度参数结合步骤s4接收的运行参数和温度参数作出判断，并反馈给下位机测控系统1；

s6.下位机测控系统1根据反馈信息控制柴油机调整运行，并通过智能温控仪表15控制冷却液温控装置16和中冷器温控装置17来平衡柴油机当前的温度范围。

本发明的装置和方法能够十分精确的采集到柴油机在运行过程中的数据，并相应的上位机监控系统能够根据传感器和通讯线发送至pc端的数据进行准确的分析，描绘出实时工作曲线。在实际工作中，环境温度的误差都在2℃以内，完全符合实验要求，其中冷却液最大误差为1.8℃，中冷器出口温度最大误差为1.5℃；本发明的装置和方法能够将采集到的各项数据经过数据处理的方式产生直观的曲线图和输出报表，方便之后人为对数据进行观察分析；本发明的装置和方法使用简单易上手，操作人员只要通过上位机监控系统就可以完成整个试验流程，基本实现全自动化；本发明的装置和方法除了机房操作人可以通过观察数据以外，下位机测控系统也有操作键盘和led数码显示供线下工作人员操作。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。