发动机智能检测及控制技术

发动机滑油系统智能检测与控制
PW4056 发动机是用于Boeing747 - 400 和767 - 300 飞机的 一种大推力、高函道比的先进发动机。发动机在工作过程 中, 滑油系统的工作状况不仅影响发动机的工作性能和寿命, 而且由于滑油系统故障导致飞行事故也屡见不鲜。为了保 证发动机安全可靠工作, 以PW4000 型发动机为例, 介绍对滑 油系统故障进行智能监控的原理和方法。 一、滑油系统故障分析 PW4056 发动机滑油系统主要由压力系统PS( Pr es sure System)、回油系统SOS(Scaveng Oil Syst em) 和通 气系统BS(Breather System) 组成。
发动机滑油系统智能检测与控制
• 压力系统PS： 用于将适当压力的滑油提供给发动机 主轴、传动装置、齿轮啮合处等, 并使其表面形成连续 的油膜; • 回油系统SOS ：用来将润滑后的滑油送回滑油箱, 并 和PS 一起构成滑油循环路径, 实现润滑和冷却不间断； • 通气系统BS ：用来保证发动机内部所有的滑油腔与 大气相通, 以维持滑油腔内的适当压力, 防止产生空穴, 排除滑油中的蒸气, 降低滑油粘度。
发动机智能检测及控制技术
一、国外研究现状及发展趋势
• 早在20世纪40、50年代，国外一些发达国家就成功研制 了一些功能单一的检测或诊断设备，它们通过检测电流、 电压、温度等用简单仪表就可获得的参数，结合操作者的 经验进行故障诊断。 • 60年代后期，国外汽车检测简述发展很快，出现了示波器、 转速表、真空表、功率表等检测仪器。 • 进入70年代，计算机的问世和传感器技术的发展，为发动 机性能检测的发展提供了有利的条件。 • 进入80年代，一些发达国家的现代检测和诊断技术已达到 广泛的应用阶段，带来了明显的社会效益和经济效益。
发动机滑油系统智能检测与控制
三、滑油系统监控方案设计及其实现 监控系统的主要功能如下: • 利用滑油压力、温度、消耗量等监测参数, 监视滑油系统 的工作状况, 以保证发动机正常润滑; • 通过分析润滑油中屑末的含量、成分、形状、尺寸等, 监 视发动机润滑零部件的磨损状况和故障特征; • 对滑油系统的工况进行趋势分析和状态监控。 为了实现上述功能, 监控系统主要由数据管理DM, 屑 末分析DA, 滑油监控OM 3 个模块组成。
研究团体
• 斯特林发动机研发团队 该研发团队由中国科学院工程热物理研究 所与北京势焰天强科技有限公司的相关人 员于2007年正式成立，主要从事中国自己 的斯特林发动机的研发
研究团体
• 中国北方发动机研究所
中国北方发动机研究所建于1958年，隶属于中 国北方工业（集团）总公司，是从事各种车用动力 研究开发的大型研究所。主要进行柴油机应用基 础研究和新产品的开发研究，在国内享有盛名。 研究所拥有从内燃机零部件到整机、从性能到 结构的现代研究、设计能力；拥有具国际领先水平 的研究开发手段和测量试验条件，可对3600KW以 下内燃机整机和零部件进行性能和结构试验；拥有 国内领先水平的“柴油机增压技术国家级重点实验 室”
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
一、 汽车发动机冷却系统智能控制的研究意义
传统的发动机冷却系统结构简单，冷却效率较低，属 于被动式的。传统的冷却液大小循环的路线是由节温器控 制的，其节流损失大，工作效率低、不可靠，不能根据发 动机的散热要求对冷却系统的散热能力进行调节，并且人 为控制保温帘，从而改变散热器的通风量，冷却风扇是由 发动机的曲轴直接驱动的，冷却性能随发动机的转速的变 化而变化，满足不了实际散热要求。
发动机滑油系统智能检测与控制
• 数据管理DM 模块：对不同的发动机进行开户、建档、追 加数据, 并对监测数据和监测结果进行管理。 • 屑末分析DA 模块：通过提取屑末含量、成分、形状、尺 寸、产生的速率等, 建立磨损故障模式, 并利用知识库中的 知识和通过逻辑推理, 判断故障原因和故障部位。诊断数 据库包含PW4000 发动机滑油系统中不同磨粒的特征和判 别标准。 • 滑油监控OM 模块：包括滑油压力监视OPM, 滑油温度监 视OTM, 滑油消耗量监视OCM 3 个子块。
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
近十几年来，汽车电子信息化的普及应用是汽车工业最 大的成绩。汽车技术的动力性、安全性、可靠性、经济性、 舒适性和环保性都有大大的提高。汽车发动机冷却系统智能 化控制也是在这一背景下实现的。 在新疆吐哈油田的千里戈壁，夏季高温天气持续时间长 地表温度最高达到50多度，在此恶劣的天气下，汽车冷却系 统的正常运转，就显得尤为重要，这也是汽车发动机正常工 作的必然前提。汽车的冷却系统绝大部分采用含有添加剂的 水作为冷却介质，通过循环运动以及散热器对工作中的发动 机进行散热。因此，研究汽车发动机冷却系统智能控制技术 具有重要的意义。
发动机滑油系统智能检测与控制
二、滑油系统状态信息的来源 发动机在工作过程中, 外来固体微粒( 浮尘、碳粒、 纤维、金属磨粒等) 的研磨, 或有害气体和液体的腐蚀, 都可使零件表面出现溃疡、应力集中、工作间隙超差、 活动件受到阻滞等,最终影响发动机的工作性能, 甚至造 成严重故障。这些有害微粒在发展过程中, 流动的滑油就 不断地将它们从零件受害部位带走, 也就是说活动的滑油 是受害零件的载体。这样, 通过对受害载体的监测, 就可 及时了解零件缺陷的发展情况, 并对发动机的运行状态进 行监测、诊断和预报。
知名科学家
• 叶培梁 他设计的发动机、发动推进器金属研究，在前人研究 的基础上有了极大的突破，是中国式而具有国际水平的动 力工程。 叶培梁后来成为航空航天部624所研究员，参与我国 自行设计的歼八飞机的研制。他在航空动力方面研究设计 的成绩是很大的，由于涉及众多的机密，难以详细具体地 介绍。 现在叶培梁从事二十世纪及跨世纪中国航空动力的战 略研究工作，成为我国著名的航空动力科学家，驰名海内 外。他编著了《中国航空大百科辞典》，畅销国内外。
发动机滑油系统智能检测与控制
滑油系统的常见故障如下： 滑油系统的常见故障如下： • 滑油消耗量过大: 滑油消耗量过大是指发动机滑 油消耗量超过规定值。主要由于涨圈、篦齿在工作 过程中磨损使挡油能力降低, 螺栓、管路接头松动 渗油, 转子不平衡引起的封严失效等造成。 • 滑油压力不正常: 滑油压力不正常主要表现为压 力偏高、偏低和压力脉动。引起滑油压力不正常的 因素有活门卡死、油滤堵塞、滑油泄露、管路破裂 释压活门或滑油泵出现故障等。
发动机滑油系统智能检测与控制
• 滑油温度过高: 滑油温度过高, 会使滑油粘度降低, 润 滑效果变差, 最终导致齿轮和轴承磨损加快, 滑油泵效 率降低, 滑油喷嘴和散热器管路局部堵塞。引起滑油温 度过高的主要原因是空气/ 滑油热交换器的冷却表面过 脏, 使热效率降低所致。 • 滑油量增多: 滑油量增多主要是由于燃油/ 滑油冷却器 内燃油管道磨损, 使燃油进入滑油系统。滑油量增多会 使冷却效果变差。
一、国外研究现状及发展趋势
• 目前国外的汽车发动机检测及诊断技术正在向智能化、自 动化、精密化和综合化方向发展，应用新技术，开拓新领 域，研制新的检测与诊断设备已成为国外发动机检Leabharlann Baidu与诊 断技术发展的标志
二、国内发动机研究现状及发展趋势
• 我国从60年代开始研究汽车发动机检测技术，为满足汽车 维修需要，当时交通部主持进行了发动、机气缸漏气量检 测仪、点火正时灯等检测仪器的研究、开发。 • 70年代，我国大力发展汽车检测技术，由交通部主持研制 开发了发动机综合检测仪、汽车性能综合检测台灯检测设 备。 • 80年代，随着我国经济的发展，以及机动车辆保有量的迅 速增加，我国汽车发动机的检测和诊断技术也得到了飞速 的发展。
二、国内发动机研究现状及发展趋势
• 目前，我国在发动机检测和控制的研发、生产及销售领域， 都取得了一定的成绩。但是由于我国汽车工业发展较晚， 特别是汽车电子技术远远落后于发达国家，因此到目前为 止，发动机检测及控制技术仍然比较落后。目前的发动机 检测及控制技术在测试精度、操作便捷性、界面友好性以 及采用专家系统、智能化诊断等方面与国外相比存在较大 差距，电喷发动机综合检测及控制设备还主要依靠进口。
发动机滑油系统智能检测与控制
发动机在工作过程中, 压力、温度、流量传感器将滑 油系统的监测数据传递给OM模块,并在CRT 上以图形方式 对其变化过程进行实时显示。 每个窗口分别设置了正常、异常和严重故障3 个警戒 线。当发动机滑油系统在正常范围内工作时, CRT 显示“ 运行正常”状态信息, 并对其变化情况时状态预测; 当发现 异常情况时, 红色信号灯亮, CRT 上实时显示出故障原因 、部位和排除方法, 并以声音方式提示操作人员立即采取 相应的措施。
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
2) 温度传感器：实时的监测发动机进气、冷却液、燃油、排 气等温度，是保证电子控制系统能够精确控制发动机的工 作参数的前提。温度传感器按结构可分为热敏、金属膜、 金属沫、碳沫等电阻式。热敏电阻式温度传感器具有响应 特性好、结构简单、灵敏度高、成本低廉等方面的突出优 点，在汽车电子控制系统中得以较为广泛应用。该传感器 的特性曲线如图1所示：
发动机滑油系统智能检测与控制
单位时间内滑油消耗速率可用下式计算: V = ( Qt1 - Qt2 )/ ∆t 式中, V ——— 单时间内滑油消耗速率; Qt1 ——— 飞行过程中t1 时刻的滑油量; t1 ; Qt2 ——— 飞行过程中t2 时刻的滑油量; ∆t ——— 飞行时间,∆t = t2 - t1 。
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
3)转速传感器：车速传感器可：测量差速从动轴转动、车轮 旋转、测量动力传动轴转动等。光电速度传感器是反射型 的光电开关，前端采用光纤封装，适应微小旋转体的测量 。光电式传感器结构见图如图2所示：
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
3 智能系统硬件设计 I) 由于汽车运行过程中会产生一系列反应，如热辐射，强烈 的振动，以及电磁于扰，所以对该系统电路有特殊要求： ① 电路要具有抗振性，保证系统整体的可靠稳定性； ② 电路需要防护隔离措施，使其具有抗干扰性。 2)系统组成：汽车发动机冷却系统智能系统由电控节温器、 电控冷却风扇、微控制机构、电控导风板等部件组成。
汽车发动机冷却系统智能控制技术研究
二、 车用传感器
为了使汽车的发动机处于最佳的工作状态，分别利用空 气流量传感器和压力传感器测量冷却汽缸体的空气流量和压 力，结合温度传感器测得的冷却水温、汽缸周围温度等参数 计算冷却液的动态流量，然后通过相应的传感器检测气门的 开度和发动机实时的工作状况，进而调整控制冷却水的大小 1）车用热线式气体流量传感器：气体流量传感器是安装在空 气滤清器和节气门体之间，用于汽车喷油系统中，测量发动 机吸入空气量的多少，决定射油量的参数。
发动机滑油系统智能检测与控制
1）OPM 子块：通过实时监测发动机滑油压力的变化来判 断滑油系统的故障。如滑油压力升高, 可能是油滤或滑油 喷嘴堵塞, 或释压活门故障; 若滑油压力降低, 可能是管路 破裂、滑油泄漏调压活门工作不正常等。 2）OTM 子块：根据监视滑油温度的变化, 判断空气/ 滑油 热交换器冷却表面是否发生堵塞, 齿轮或轴承是否严重磨 损等。 3）OCM 模块：通过记录分析飞机飞行过程中的滑油消耗 量和滑油消耗速率, 从而得到滑油泄漏或燃油污染的有关 信息。