專利名稱：一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，屬于發(fā)動機工況控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)動機性能檢測裝置很多，主要是靠檢測發(fā)動機關(guān)鍵性能指標(biāo)(如配氣相位、供油/點火提前角、供油間隔角、供油均勻度、發(fā)動機竄氣量等)來判斷發(fā)動機性能的，使得這類裝置需額外配備大量傳感器，無疑增加了成本，降低了整體可靠性。屬于這類裝置的有中國專利號94119157.5公開的動態(tài)發(fā)動機多功能檢測儀，它是通過在柴油機高壓油管上夾持壓力傳感器、在飛輪上方安裝光電傳感器、在飛輪上貼刻度編碼帶的方式來檢測供油提前角、供油間隔角、供油均勻量等指標(biāo)。該裝置額外增加的傳感器較多，向飛輪上貼刻度編碼帶時需拆卸發(fā)動機，且此裝置應(yīng)用對象僅限于柴油機。中國專利號90215162.2公開的汽車發(fā)動機微電腦檢測裝置，它是通過在汽油發(fā)動機上安裝高壓信號和一缸點火信號采集傳感器及分電器信號采集傳感器，測量發(fā)動機點火系的白金間隙、白金性能、分電器驅(qū)動凸輪磨損程度及發(fā)動機各缸工作一致性，其測量項目較多，但額外安裝的傳感器也較多，且檢測對象只限于汽油機。雖然以上幾種裝置均對發(fā)動機幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行了檢測分析，但都不能直接有效的反應(yīng)出發(fā)動機的功率，此外，上述檢測儀器大部分是單獨的檢測儀器，不能隨車安裝，只能采用定期檢測的方式，這不僅造成檢測過剩，而且并不能完全預(yù)防故障發(fā)生。
為了解決上述問題，技術(shù)人員新開發(fā)了可隨車安裝、不影響機械工作的發(fā)動機性能監(jiān)測裝置，這種監(jiān)測裝置通過分析發(fā)動機各缸作功時對轉(zhuǎn)速提升的幅度來判定發(fā)動機各缸作功一致性及發(fā)動機整體損耗程度，從而反映發(fā)動機的工作性能。雖然這種監(jiān)測在技術(shù)上有了很大的進(jìn)步，使用也很方便，但是還不能直接有效地全面反應(yīng)發(fā)動機的功率隨著工作時間的積累而發(fā)生相應(yīng)變化的情況，以此來隨時檢測發(fā)動機功率并反映發(fā)動機的功率狀態(tài)。因此在實際工作中迫切需要這樣一種檢測發(fā)動機的功率隨著工作時間而發(fā)生相應(yīng)變化監(jiān)測裝置，以便使管理人員和駕駛員能清楚地了解機器的使用情況。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過分析發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升時所需的時間來計算出發(fā)動機的實際功率，通過與發(fā)動機額定功率比較，即可準(zhǔn)確、全面的反映出發(fā)動機整體損耗程度的監(jiān)測裝置。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，它有磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、計算機處理電路、顯示報警部分和鍵盤電路，計算機處理電路由單片機、譯碼器、地址鎖存器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等組成，顯示報警部分和鍵盤電路分別與計算機處理電路相連接，它還有信號采集處理電路，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端接信號采集處理電路，信號采集處理電路的輸出端接計算機處理電路；信號采集處理電路由運算放大器IC41、電阻R41、R42、R43、R44、二極管D41組成，電阻R41和R43串聯(lián)接在電源和地之間，其接點接在運算放大器IC41的同相端，電阻R44接在+5V電源與運算放大器IC41輸出端之間，轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓信號通過電阻R42接運算放大器IC41的反相端，二極管D41接在IC41反相端與地之間，運算放大器IC41的輸出端接計算機處理電路的輸入端。
上述車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置的計算機處理電路的單片機采用80C196型CPU芯片，運算放大器IC41的輸出端接80C196芯片的HIS.0口。
上述車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置的信號采集處理電路由取樣電路、脈沖發(fā)生電路、耦合電路、分頻展寬電路組成；取樣電路由運算放大器IC41、電阻R41、R42、R43、R44、二極管D41組成，電阻R41和R43串聯(lián)接在電源和地之間，其接點接在運算放大器IC41的同相端，電阻R44接在+5V電源與運算放大器IC41輸出端之間，轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓信號通過電阻R42接運算放大器IC41的反相端，二極管D41接在IC41反相端與地之間，運算放大器IC41的輸出端接計算機處理電路的輸入端；脈沖發(fā)生電路由晶振Z41、電阻R45、R46、電容C41和兩輸入四與非門IC42組成，晶振的兩端分別接IC42的1、2腳的接點和9、10腳的接點，電阻R45、R46分別接在IC42的1、3腳和4、9腳之間，電容C41接在IC42的3腳和4、5腳的接點之間，IC42的8腳為脈沖發(fā)生電路的輸出端；耦合電路是兩輸入四與非門IC42的一組與非門輸入端和輸出端，即IC42的11、12、13腳，取樣電路的輸出端和脈沖發(fā)生電路輸出端分別接到IC42的12、13腳，IC42的11腳是輸出端接分頻展寬電路；分頻展寬電路由雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC43、可預(yù)置數(shù)的16進(jìn)制雙向計數(shù)器IC44、電阻R47、R48、電容C42、C43組成，IC43采用74123芯片，IC44采用74193芯片，74123芯片的1～4腳、13～15腳和R47、C42構(gòu)成第一組單穩(wěn)觸發(fā)器，5～7、9～12腳、R48、C43構(gòu)成另一組單穩(wěn)觸發(fā)器，耦合電路輸出端接74123芯片第一組單穩(wěn)觸發(fā)器的1腳，其2、3腳接高電平，4腳為輸出，接至74193芯片的5腳，74193芯片的12腳輸出再接至74123芯片的9腳，74123芯片的12腳接至CPU的T2CLK腳，電阻R47接在Vcc和74123芯片的15腳之間，電容C42接在15腳與14腳之間，14腳接地，74193芯片的1、9、10、13、15腳懸空，5、11腳接高電平，7、6、2、3腳分別接CPU的P0.3～P0.0接口，74193芯片的14腳接至CPU的P1.5接口，74123芯片的另一組單穩(wěn)觸發(fā)器的外圍接線原理同第一組。
本實用新型采用采集精度很高的ns級采集和處理電路，可識別出發(fā)動機飛輪各個齒間的轉(zhuǎn)速差距，通過分析發(fā)動機從某一轉(zhuǎn)速提升至另一轉(zhuǎn)速時所需時間ΔT，按照功率運算公式N＝K/ΔT來運算出此時發(fā)動機的實際功率，(功率常數(shù)K是通過在大量同一車型新出廠的發(fā)動機上在特定工況下實驗得的一個標(biāo)準(zhǔn)值)將發(fā)動機的實際功率與額定功率相比較，來分析發(fā)動機的功率損耗程度，本產(chǎn)品可以隨車安裝監(jiān)測或單獨使用，能夠在機械不停車、不解體、不影響正常工作的情況下實時監(jiān)測，當(dāng)發(fā)動機的功率衰減超標(biāo)時就會向駕駛員報警，防止形成重大故障事故的隱患。本產(chǎn)品反應(yīng)靈敏、控制精度高、抗干擾能力強且體積較小。


圖1是本實用新型的方框圖；圖2是本實用新型的電路原理圖；圖3是本實用新型的另一種信號采集處理電路原理圖；圖4是機械的自動減速功能示意圖。
具體實施方式
本實用新型是一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，其功率運算理論是根據(jù)公式NE＝K/ΔT(NE-發(fā)動機的額定功率；K-發(fā)動機的功率常數(shù)ΔT-時間差)發(fā)動機的額定功率NE是一個定值，ΔT指的是挖掘機自動減速解除的瞬間兩轉(zhuǎn)速的時間差。圖4所示挖掘機的自動減速指的是當(dāng)機器等待工作時，如果所有的控制桿都在空檔位置1，發(fā)動機是在減速驅(qū)動速度(約1400rpm)之上運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機速度立即下降到低于設(shè)定速度約100rpm，達(dá)到1-1減速位置。如果又過4秒鐘，發(fā)動機速度則降到2-2減速位置(約1400rpm)，并保持在該速度直至操作任一控制桿2，發(fā)動機速度立即升高到由燃油控制盤所設(shè)定的速度，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速提升是通過泵控制器控制步進(jìn)馬達(dá)提速，因此從發(fā)動機的2-2減速位置時的轉(zhuǎn)速升至燃油控制盤所設(shè)定的轉(zhuǎn)速時僅用小于1秒的時間，這一工況是一個較標(biāo)準(zhǔn)的、重復(fù)性較好的測試工況，優(yōu)于普通無負(fù)荷測功的人工拉動油門的工況。通過在同一車型新出廠的機器上做大量實驗，取得ΔT的平均值，由于發(fā)動機額定功率是定值，即可得到各發(fā)動機的功率常數(shù)K值，將各種車型的功率常數(shù)K值輸入計算機的存儲器中，這樣計算機就可以根據(jù)實際功率常數(shù)K實、兩轉(zhuǎn)速實際時間差ΔT實，來計算實際功率N實。從實際功率與額定功率的比值就可以得出發(fā)動機的功率的損耗程度。
本實用新型基本電路由信號采集處理電路1、計算機處理電路2、顯示報警部分3和鍵盤電路4組成。計算機處理電路2包括單片機、譯碼器、地址鎖存器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器。顯示報警部分3和鍵盤電路4分別與計算機處理電路2相連接，信號采集處理電路1的輸出端接計算機處理電路2。
圖2中顯示的計算機處理電路2中的IC31是CPU，采用80C196芯片。IC33是地址鎖存器，為74HC573芯片，它的作用是產(chǎn)生獨立的地址信號供程序存儲器使用。IC34是程序存儲器，為2764芯片，用來存儲計算機程序和計算常數(shù)以及程序運行時的一些依據(jù)、參數(shù)(如發(fā)動機的功率計算公式、不同發(fā)動機、不同轉(zhuǎn)速幅度范圍內(nèi)的功率常數(shù)K值，以及各種型號發(fā)動機的額定功率NE值等)都存于其中。IC35是數(shù)據(jù)存儲器，為EEPROM28256芯片，用以存儲程序運行時的中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)。IC32是譯碼器，為74LS138芯片，用來產(chǎn)生程序存儲器2764、數(shù)據(jù)存儲器28256及顯示報警部分的選擇信號。以上集成電路與CPU一起構(gòu)成一個完整的工作系統(tǒng)。
圖2顯示的信號采集處理電路1具體由運算放大器IC41、電阻R41～R44、二極管D41組成。R41和R43串在電源和地之間，為運算放大器IC41提供比較基準(zhǔn)電壓；R44接在+5V電源與IC41輸出端之間，用以將IC41的輸出上拉。IC41的反相端接轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓信號，電阻R42接在輸入信號與IC41反相端之間，防止輸入電壓低于-0.7V時，由地經(jīng)二極管D41流向輸入端的電流過大而損壞轉(zhuǎn)速傳感器。二極管D41接在IC41反相端與地之間，防止輸入端輸出至IC41反相端的電壓過低。
圖3所示的是另一種信號采集處理電路，它由取樣電路、脈沖發(fā)生電路、耦合電路、路、分頻展寬電路組成。取樣電路用以將轉(zhuǎn)速傳感器輸出的感應(yīng)電動勢轉(zhuǎn)換為方波信號，脈沖發(fā)生電路用以產(chǎn)生高頻脈沖，耦合電路用以將取樣電路輸出的方波信號和脈沖發(fā)生電路輸出的高頻脈沖相耦合，以提高計數(shù)精度，分頻展寬電路是高頻耦合信號和CPU之間的過渡電路，用以間接提高CPU性能，提高本裝置的性能價格比。
信號采集處理電路的取樣電路與圖2所示的信號采集處理電路1相同，不再贅述。
這種信號采集處理電路采用脈沖發(fā)生電路的原因是，當(dāng)轉(zhuǎn)速在很小的范圍內(nèi)變化時，時間的變化范圍也很小，故需精確計出轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)信號的脈寬，因此通過采用向轉(zhuǎn)速信號中耦合高頻脈沖，通過計高頻脈沖個數(shù)的方式來計轉(zhuǎn)速信號的脈寬。晶振Z41、電阻R45、R46、電容C41和兩輸入四與非門IC42組成高頻脈沖發(fā)生電路，IC42為脈沖發(fā)生電路提供反向器，通過將比較器輸出端和脈沖發(fā)生電路輸出端分別接到IC42的一組與非門輸入端(IC42第12腳和第13腳)，使經(jīng)取樣電路IC41處理的轉(zhuǎn)速信號和脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的高頻脈沖相與非，實現(xiàn)信號耦合。再者，因本實施例采用的CPU芯片80C196支持主頻不是很高，如系統(tǒng)用18Mhz晶振，則其最快計數(shù)速率下也只能計4.5Mhz脈沖，為提高計數(shù)精度，需提高頻脈沖頻率，為彌補CPU速度慢的缺陷，又現(xiàn)采用將高頻脈沖分頻展寬后輸出給CPU的方式。
分頻展寬電路由IC43和IC44組成，IC43現(xiàn)采用74123芯片，是一個雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，IC44現(xiàn)采用74193芯片，是一個可預(yù)置數(shù)的16進(jìn)制雙向計數(shù)器。如電路中所示，耦合信號經(jīng)74123芯片的一組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后輸出至74193芯片的向上計數(shù)5腳，74193芯片計數(shù)輸出12腳至74123芯片的另一組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，經(jīng)第二次單穩(wěn)后輸出接至CPU的T2CLK腳。對于74123芯片，第一組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的三個輸入腳(1、2、3)，2、3腳均接高電平，1腳接高頻耦合信號，由耦合信號的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，電阻R47接在Vcc和15腳之間，電容R42接在15腳與14腳之間，14腳接地，電阻R47和電容R42的連接確定了第一組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度，防止有過窄脈沖輸出以至于74193芯片響應(yīng)不了，而發(fā)生計數(shù)錯誤。74123芯片第一組單穩(wěn)態(tài)觸態(tài)器由腳4輸出至74193有向上計數(shù)輸入腳5，74193芯片的向下計數(shù)功能沒有用到，故向下計數(shù)脈沖輸入腳4接一恒定電平，本電路中始終接高，向下計數(shù)輸出腳13懸空。因沒有用到預(yù)置數(shù)功能，故預(yù)置數(shù)輸入腳15、1、10、9懸空，預(yù)置數(shù)輸入門控腳11接高電平。向上計數(shù)輸出腳12輸出脈沖頻率為輸入頻率的1/16，計數(shù)不足16的數(shù)由腳7、6、2、3接BCD碼格式輸出分別接CPU的P0.3～P0.0。74193芯片計數(shù)結(jié)果清空腳14接至CPU的P1.5腳，使計完一個脈寬后清空計數(shù)輸出，以準(zhǔn)備下一計數(shù)。因74193芯片計數(shù)脈沖輸出腳12輸出脈沖寬度等于輸入脈沖寬度，為防止CPU響應(yīng)不了窄脈沖，故又經(jīng)一組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器后方經(jīng)輸出至CPU。74123芯片第二組單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外圍接線原理同第一組，不再贅述。
以上所敘述的脈沖分頻展寬電路是在CPU支持主頻不高的情況采用的一種彌補措施，如采用高性能、支持主頻較高的CPU，則分頻展寬電路可以省去。
耦合結(jié)果信號通過IC42第11腳輸出至CPU，CPU現(xiàn)采用80C196芯片，其T2CLK腳接耦合結(jié)果信號輸入，取樣電路輸出信號連接到80C196輸入/輸出口，本實例接到P1.4接口。當(dāng)取樣電路輸出電壓為高電平時，對應(yīng)耦合結(jié)果信號的高頻部分，則CPU檢測到P1.4接口輸入信號為高時，通過內(nèi)部定時器2對T2CLK腳輸入的高頻脈沖計數(shù)，可得到取樣電路輸出信號高電平部分的脈寬。將發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升所用時間ΔT代入公式N實＝K/ΔT實進(jìn)行運算就可以得到發(fā)動機的實際功率。當(dāng)發(fā)動機實際功率與額定功率的比值達(dá)到規(guī)定數(shù)值時，則通過顯示器向駕駛員報警，并將檢測運算結(jié)果輸出在顯示器上。
在附圖2所示鍵盤電路4由開關(guān)K31～K34、電阻R35～R38組成。開關(guān)K31～K34位于分別接在CPU輸入/輸出口P1.0～P1.3與地之間，電阻R35～R38分別位于開關(guān)K31～K34與+5V電源之間。四個開關(guān)分別實現(xiàn)“向上翻頁”、“向下翻頁”、“菜單”、“確認(rèn)”功能。
顯示報警部分3由液晶顯示模塊I和控制接口板組成，控制接口板現(xiàn)采用SED1330-II接口板，它是單片機系統(tǒng)與液晶顯示模塊之間的控制接口電路，接收來自單片機的指令與數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生相應(yīng)的時序及數(shù)據(jù)控制液晶顯示模塊的顯示，當(dāng)動機的實際功率逐漸降低時，綜合計算機存貯器中的記錄就可以描繪出發(fā)動機的功率衰變曲線。
權(quán)利要求1.一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，它包括磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、計算機處理電路[2]、顯示報警部分[3]和鍵盤電路[4]，計算機處理電路[2]由單片機、譯碼器、地址鎖存器、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等組成，顯示報警部分[3]和鍵盤電路[4]分別與計算機處理電路[2]相連接，其特征在于它還有信號采集處理電路[1]，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端接信號采集處理電路[1]，信號采集處理電路[1]的輸出端接計算機處理電路[2]；信號采集處理電路[1]由運算放大器IC41、電阻R41、R42、R43、R44、二極管D41組成，電阻R41和R43串聯(lián)接在電源和地之間，其接點接在運算放大器IC41的同相端，電阻R44接在+5V電源與運算放大器IC41輸出端之間，轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓信號通過電阻R42接運算放大器IC41的反相端，二極管D41接在IC41反相端與地之間，運算放大器IC41的輸出端接計算機處理電路的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，其特征在于所述計算機處理電路[2]的單片機采用80C196型CPU芯片，運算放大器IC41的輸出端接80C196芯片的HIS.0口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，其特征在于所述信號采集處理電路[1]由取樣電路、脈沖發(fā)生電路、耦合電路、分頻展寬電路組成；取樣電路由運算放大器IC41、電阻R41、R42、R43、R44、二極管D41組成，電阻R41和R43串聯(lián)接在電源和地之間，其接點接在運算放大器IC41的同相端，電阻R44接在+5V電源與運算放大器IC41輸出端之間，轉(zhuǎn)速傳感器輸出電壓信號通過電阻R42接運算放大器IC41的反相端，二極管D41接在IC41反相端與地之間，運算放大器IC41的輸出端接計算機處理電路的輸入端；脈沖發(fā)生電路由晶振Z41、電阻R45、R46、電容C41和兩輸入四與非門IC42組成，晶振的兩端分別接IC42的1、2腳的接點和9、10腳的接點，電阻R45、R46分別接在IC42的1、3腳和4、9腳之間，電容C41接在IC42的3腳和4、5腳的接點之間，IC42的8腳為脈沖發(fā)生電路的輸出端；耦合電路是兩輸入四與非門IC42的一組與非門輸入端和輸出端，即IC42的11、12、13腳，取樣電路的輸出端和脈沖發(fā)生電路輸出端分別接到IC42的12、13腳，IC42的11腳是輸出端接分頻展寬電路；分頻展寬電路由雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器IC43、可預(yù)置數(shù)的16進(jìn)制雙向計數(shù)器IC44、電阻R47、R48、電容C42、C43組成，IC43采用74123芯片，IC44采用74193芯片，74123芯片的1～4腳、13～15腳和R47、C42構(gòu)成第一組單穩(wěn)觸發(fā)器，5～7、9～12腳、R48、C43構(gòu)成另一組單穩(wěn)觸發(fā)器，耦合電路輸出端接74123芯片第一組單穩(wěn)觸發(fā)器的1腳，其2、3腳接高電平，4腳為輸出，接至74193芯片的5腳，74193芯片的12腳輸出再接至74123芯片的9腳，74123芯片的12腳接至CPU的T2CLK腳，電阻R47接在Vcc和74123芯片的15腳之間，電容C42接在15腳與14腳之間，14腳接地，74193芯片的1、9、10、13、15腳懸空，5、11腳接高電平，7、6、2、3腳分別接CPU的P0.3～P0.0接口，74193芯片的14腳接至CPU的P1.5接口，74123芯片的另一組單穩(wěn)觸發(fā)器的外圍接線原理同第一組。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，其特征在于所述取樣電路的運算放大器IC41的輸出端接計算機處理電路的80C196芯片的P1.4接口。
專利摘要一種車載發(fā)動機功率監(jiān)測裝置，屬于發(fā)動機工況控制技術(shù)領(lǐng)域，所要解決的技術(shù)問題是提供一種通過分析發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升時所需的時間來計算出發(fā)動機的實際功率，而反映出發(fā)動機整體損耗程度的監(jiān)測裝置。技術(shù)解決方案是本裝置包括轉(zhuǎn)速傳感器、計算機處理電路、信號采集處理電路，轉(zhuǎn)速傳感器的輸出端接信號采集處理電路，信號采集處理電路的輸出端接計算機處理電路。本實用新型采用采集精度很高的ns級采集和處理電路，通過分析發(fā)動機從某一轉(zhuǎn)速提升至另一轉(zhuǎn)速時所需時間ΔT，按照功率運算公式N＝K/ΔT來運算出此時發(fā)動機的實際功率，(功率常數(shù)K是發(fā)動機實驗標(biāo)準(zhǔn)值)將發(fā)動機的實際功率與額定功率相比較，來分析發(fā)動機的功率損耗程度。
文檔編號G01M15/00GK2674420SQ20042001577
公開日2005年1月26日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月18日
發(fā)明者韓曉明 申請人:韓曉明