曹文霞， 汪明磊

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 231603)

預(yù)熱塞是輔助加熱器，是柴油機(jī)進(jìn)氣加熱系統(tǒng)中的一個(gè)重要配件。預(yù)熱塞的品質(zhì)直接影響柴油機(jī)的低溫起動(dòng)性能，而目前行業(yè)內(nèi)尚無(wú)對(duì)預(yù)熱塞性能和可靠性進(jìn)行測(cè)試的專(zhuān)用裝置，一般根據(jù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程和工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)、制作非標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行有針對(duì)性的參數(shù)監(jiān)控和耐久性評(píng)價(jià)。因此需建立一套預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)熱塞關(guān)鍵參數(shù)，以及往復(fù)加熱循環(huán)的耐久性試驗(yàn)來(lái)評(píng)判預(yù)熱塞的品質(zhì)。

1 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)的現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀分析

目前國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行業(yè)對(duì)其所涉及多種產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化要求越來(lái)越高，主要目的在于要提升對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制。預(yù)熱塞是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要的電控部件，其主要功效是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)的空氣進(jìn)行預(yù)熱。為了達(dá)到嚴(yán)格的質(zhì)量監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)階段和產(chǎn)品上市之后，應(yīng)階段性對(duì)其進(jìn)行考核、鑒定和篩選，看其能否滿(mǎn)足產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求和一般性耐久性要求。針對(duì)預(yù)熱塞的潛在失效模式，結(jié)合市場(chǎng)常見(jiàn)的故障模式，在產(chǎn)品研發(fā)階段及量產(chǎn)一致性控制中，主要考核預(yù)熱塞的溫升特性、持續(xù)加熱性能以及相應(yīng)的可靠性要求。

1.2 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作需求

文[1]和文[2]規(guī)定的試驗(yàn)規(guī)范，設(shè)計(jì)預(yù)熱塞性能與耐久試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)，通過(guò)上位機(jī)軟件控制通電時(shí)間(占空比)和試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)，利用前臺(tái)控制器和后臺(tái)軟件控制按鈕，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)開(kāi)始、暫停、繼續(xù)和停止的人工控制。測(cè)量過(guò)程中，軟件界面要顯示GCU診斷信號(hào)、預(yù)熱塞加熱電壓和多路(4～6)加熱電流、試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)。預(yù)熱塞加熱電流出現(xiàn)異常時(shí)，需通過(guò)指示燈閃爍報(bào)警提示。同時(shí)，需通過(guò)冷卻實(shí)現(xiàn)預(yù)熱塞的安全工作，防止預(yù)熱塞及GCU溫度過(guò)高而損壞，從而實(shí)現(xiàn)以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的采集與檢測(cè)。

2 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作方案

2.1 預(yù)熱塞的結(jié)構(gòu)

預(yù)熱塞的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 常見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱塞的結(jié)構(gòu)組成

2.2 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)臺(tái)。由臺(tái)體與機(jī)柜、電源系統(tǒng)、預(yù)熱塞控制單元(GCU)、前臺(tái)控制器、后臺(tái)管理系統(tǒng)和輔助裝置(預(yù)熱塞固定裝置、冷卻系統(tǒng))構(gòu)成，其中， 電源系統(tǒng)由啟動(dòng)電源、兩組蓄電池、必要的電纜和連接件構(gòu)成，用于GCU、前臺(tái)控制器、電流變送器和電壓變送器供電。 預(yù)熱塞控制單元(GCU)用于預(yù)熱塞的驅(qū)動(dòng)并反饋診斷信號(hào)。 前臺(tái)控制器用于測(cè)量試驗(yàn)中的各種參數(shù)，產(chǎn)生GCU所需的控制信號(hào)，通過(guò)串行通信接口與后臺(tái)管理系統(tǒng)交換信息，上傳數(shù)據(jù)并接收上位機(jī)的指令。 后臺(tái)管理系統(tǒng)由工控機(jī)和管理軟件組成，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的控制，以數(shù)據(jù)和圖形方式顯示測(cè)量參數(shù)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定和發(fā)送控制指令，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。 臺(tái)體用于放置預(yù)熱塞固定裝置和GCU。⑥機(jī)柜用于布置前臺(tái)控制器、上位機(jī)系統(tǒng)和開(kāi)關(guān)、指示燈。⑦冷卻系統(tǒng)由電動(dòng)冷卻風(fēng)扇和控制繼電器組成，用于冷卻預(yù)熱塞和GCU。其系統(tǒng)原理如圖2所示，試驗(yàn)臺(tái)布置圖如圖3所示?？刂葡到y(tǒng)由后臺(tái)設(shè)置預(yù)熱時(shí)間、預(yù)熱周期、試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)，前臺(tái)控制器生成控制信號(hào)發(fā)送給GCU，時(shí)間繼電器吸合后，用汽車(chē)起動(dòng)電源和蓄電池并聯(lián)成的加熱電源激活電熱塞。預(yù)熱時(shí)間控制繼電器則通過(guò)DI線(xiàn)把包括預(yù)熱塞自診斷數(shù)據(jù)在內(nèi)的信息發(fā)送給前臺(tái)控制器，并且把預(yù)熱塞診斷結(jié)果和工作狀態(tài)傳輸?shù)娇刂婆_(tái)，然后發(fā)送到后臺(tái)管理系統(tǒng)顯示出來(lái)。由并聯(lián)在蓄電池上的電壓變送器測(cè)得的電壓、穿過(guò)連接每個(gè)預(yù)熱塞的線(xiàn)路的霍爾電流傳感器測(cè)得的電流、溫度傳感器測(cè)得的溫度，這3個(gè)信號(hào)都由控制器采集并發(fā)送到后臺(tái)顯示出來(lái)，便于監(jiān)測(cè)試驗(yàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)。另控制器采集的溫度信號(hào)可用來(lái)判斷是否需要進(jìn)行冷卻，然后由控制器向繼電器發(fā)送信號(hào)，根據(jù)需要開(kāi)閉冷卻風(fēng)扇(亦可支持手動(dòng)開(kāi)啟冷卻風(fēng)扇)。

圖2 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖

圖3 預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)布置圖

(2)按照發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。將預(yù)熱塞、缸蓋等部件裝配好，接入試驗(yàn)臺(tái)架中，進(jìn)行性能試驗(yàn)一般設(shè)置加熱時(shí)長(zhǎng)為60s，進(jìn)行溫升特性曲線(xiàn)采集，記錄加熱時(shí)間、電流、預(yù)熱塞表面溫度等參數(shù)。 可靠性試驗(yàn)是按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的邊界設(shè)定(加熱時(shí)間和試驗(yàn)循環(huán)次數(shù))，然后進(jìn)行試驗(yàn)評(píng)價(jià)。一般在產(chǎn)品通過(guò)可靠性試驗(yàn)后，繼續(xù)做耐久性評(píng)價(jià)。當(dāng)耐久試驗(yàn)超過(guò)可靠性要求的1.5倍后可選擇終止耐久性試驗(yàn)。

3 應(yīng)用效果舉例

本文提到的方案應(yīng)用到某1直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)金屬預(yù)熱塞進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，所測(cè)得預(yù)熱塞溫升特性曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 某型發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱塞溫升特性曲線(xiàn)

由圖4可知,發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)可以對(duì)預(yù)熱塞試驗(yàn)過(guò)程中的試驗(yàn)時(shí)間、電壓、電流溫度等進(jìn)行監(jiān)控，滿(mǎn)足預(yù)熱塞試驗(yàn)的需求。在此基礎(chǔ)上就能夠改善柴油機(jī)的低溫起動(dòng)性能和降低冷啟動(dòng)過(guò)程中的排放，特別是解決寒冷地區(qū)發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)困難的問(wèn)題。

4 結(jié) 論

本文針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中預(yù)熱塞試驗(yàn)需求，提出了1套能夠滿(mǎn)足該需求的試驗(yàn)臺(tái)，并對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方案、基本原理以及實(shí)施效果等進(jìn)行了介紹。本文提出的預(yù)熱塞試驗(yàn)臺(tái)可在試驗(yàn)過(guò)程根據(jù)參數(shù)設(shè)定開(kāi)展試驗(yàn)，利用控制軟件完成對(duì)參數(shù)的監(jiān)控和顯示，記錄試驗(yàn)進(jìn)程，自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行情況，在異常時(shí)可發(fā)出警報(bào)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)熱塞的試驗(yàn)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] QC/T413，汽車(chē)電氣設(shè)備基本技術(shù)條件[S].

[2] GB/T2423.17，電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造(第5版)(上冊(cè))[M]. 北京:人民交通出版社，2010.

[4] 從孟營(yíng).電控柴油機(jī)低溫起動(dòng)性能關(guān)鍵影響因素研究[D]，天津大學(xué)，2015.

[5] 岳魏強(qiáng)，王朔，劉炳均，等.高原高寒地域中重型車(chē)輛進(jìn)氣預(yù)熱起動(dòng)輔助裝置研究[J].裝備環(huán)境工程，2017，(10):41-46.