淺議一種發(fā)動機故障保護裝置

摘 要： 針對車輛在運行過程中出現(xiàn)的一些影響安全行車及設備安全的常見故障，如車輛行駛途中水泵皮帶突然斷裂;起動機主觸點黏連;離合器不當操作（半聯(lián)動使用）等，通過加裝并采集傳感器數(shù)據(jù)，達到提示故障點及控制故障進一步發(fā)展，以保護設備安全為目的所設計并制作了發(fā)動機故障保護裝置。文章旨在分析這幾種故障產(chǎn)生的危險及防范控制措施，以及故障保護裝置本身的技術特點并探討該裝置的應用范圍。

關鍵詞： 故障危害;裝置結構;控制措施及預防

一、 幾種故障出現(xiàn)時對設備造成的危害

（一）水泵皮帶斷裂

該故障出現(xiàn)時，冷卻系統(tǒng)停止工作，發(fā)動機溫度急劇上升，車輛上雖然裝有水溫表，但有時駕駛人員限于路面情況疏于觀察儀表或者儀表已損壞，無法正確顯示水溫，則很容易造成發(fā)動機活塞膨脹并出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，嚴重時甚至會搗壞發(fā)動機，造成嚴重的設備故障。僅某公司車輛2013年一年就出現(xiàn)此類故障6起，因駕駛人員發(fā)現(xiàn)及時，未造成嚴重后果，但駕駛人員普遍反映迫切需要一種能在水泵皮帶斷裂瞬間立即報警的裝置，以便能專注于路面情況而不是分心觀察儀表影響行車安全。

（二）起動機主觸點黏連

該故障出現(xiàn)在車輛啟動之后，盡管主觸點出現(xiàn)黏連，但車輛狀態(tài)一切正常，儀表也無法報警或指示該故障，又由于目前客車絕大多數(shù)為后置式發(fā)動機，即使是有經(jīng)驗的駕駛人員也無法從發(fā)動機響聲和氣味方面來察覺此故障。由于起動機工作時的大電流，觸點黏連后造成起動線路嚴重過載，時間稍長即會造成起動機燒毀和車輛線路燒壞，出現(xiàn)此類故障往往要等到駕駛人員聞到異味或車輛熄火后再次發(fā)動時才能發(fā)現(xiàn)，而此時起動機及線路往往已經(jīng)燒毀，車輛無法啟動，影響設備安全及正常行車。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅僅南京江北地區(qū)三家客運企業(yè)2013年全年即出現(xiàn)此類故障26起。

（三）離合器半聯(lián)動使用

該情況不能屬于故障，應該屬于駕駛人員的不良操作習慣，但它對離合器的使用壽命影響很大。會造成離合器片超常磨損，嚴重時甚至會對離合器壓盤造成損傷，影響車輛安全，也造成車輛故障率的上升。同時廣大修理人員也對這種操作習慣深惡痛絕，強烈要求加裝報警裝置，以杜絕駕駛人員的不良操作習慣，減輕勞動強度，提高車輛完好率。

二、故障預防的對策及改造方法

由于以上三種故障危及設備安全、影響安全行車，因此設想通過制作一種類似PLC的控制裝置，采集傳感器信號并進行分析判斷，在確實有故障出現(xiàn)時，通過報警裝置及執(zhí)行機構來控制故障的發(fā)生及蔓延，達到保護設備的目的。下面分別對三種故障的預防對策做分析：

對于車輛行駛途中水泵皮帶斷裂故障，通過對各種車型的客車結構進行分析，發(fā)現(xiàn)可以用發(fā)電機作為監(jiān)測水泵皮帶斷裂的傳感器，因為絕大多數(shù)發(fā)動機水泵與主發(fā)電機共用一根皮帶，水泵皮帶斷裂后發(fā)電機隨之不發(fā)電，因此可以用發(fā)電機的輔助輸出電源線作為傳感器的信號線，作為報警及控制信號。

對于起動機主觸點黏連的故障，用起動機的ST控制線作為監(jiān)測起動機主觸點是否黏連的信號線，因為觸點發(fā)生黏連時ST線上一定有24V的電壓，但此方式存在不確定性，因為當起動機正常工作時ST線上也有電壓，對此需要進行邏輯判斷以確定到底是正常工作還是發(fā)生黏連，具體實現(xiàn)方式見第3點。

對于離合器半聯(lián)動操作方式，采用在離合器踏板拐臂兩側合理位置固定一個光電式感應開關，當離合器不用時，光線被離合器拐臂遮擋，光電傳感器無信號輸出;當離合器處于半聯(lián)動位置時，光電傳感器輸出信號，控制指示燈點亮，同時蜂鳴器鳴叫，提示駕駛人員處于半聯(lián)動的不當操作中。

三、 具體實現(xiàn)方式及技術特點

根據(jù)以上思路，采用STC89C52單片機為核心控制器，用其P1口加上兩個中斷口提供八路輸入，用其P2口作為輸出，提供六路輸出信號。同時在電路上設置RS232口作為程序寫入裝置（ISP），電源部分由FM5-24S05型DC-DC直流轉換模塊提供5V電源。在電路中設置了六個報警燈，作為故障出現(xiàn)時的故障指示燈（目前只用三個）及系統(tǒng)工作指示燈。程序以C51語言編制，集成開發(fā)環(huán)境采用Keil uVision2平臺。電路原理圖及PCB用Protel 99SE軟件設計繪制。發(fā)動機故障保護電路原理圖，如圖1所示。

當水泵皮帶發(fā)生斷裂時，發(fā)電機輔助電源線失壓，J1的12腳上無電壓，P1.3腳為高電平，程序在檢測到該腳為高電平后，先做一個6秒的延時處理（延時時間可調，延時主要是為了保證正常起動時防止誤報警），延時后再次檢測P1.3腳的電平，如果仍然為高電平，說明水泵皮帶斷裂，則從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.2腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫;同時P2.2腳的高電平使水泵皮帶報警燈（紅）點亮、并且P2.6腳的低電平經(jīng)過ULN2003的轉換使得系統(tǒng)燈（綠）熄滅。由于此時紅燈點亮并且蜂鳴器鳴叫，以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員依據(jù)對應紅燈的顯示可以判斷出水泵皮帶發(fā)生故障，可以采取熄火措施并排除故障。

當起動機主觸點發(fā)生黏連時，則ST線上有24V的電壓，該電壓使輸入繼電器KI3保持吸合，使P1.2為低電平，此時程序也做一個6秒的延時（延時也是為了保證正常起動發(fā)動機時不報警），延時后若P1.2仍為低電平，程序據(jù)此判斷起動機的主觸點發(fā)生黏連故障，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.3腳輸出高電平，P2.3腳的高電平點亮起動機黏連故障報警燈;P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫，配合起動機黏連故障報警燈以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員根據(jù)對應紅燈的指示，知道起動機主觸點發(fā)生黏連故障，采取熄火斷電措施，達到保護起動機的目的。

對于離合器半聯(lián)動操作發(fā)生時，光電傳感器的輸出端有24V電壓從J1的10腳輸入，此電壓將STC89C52單片機的P1.4腳拉至低電平，程序據(jù)此判斷出離合器處于半聯(lián)動狀態(tài)，于是程序做一個0.5秒的延時，采用延時的意思是避開離合器的正常操作，0.5秒后程序再次對STC89C52的P1.4腳的電平進行判斷，如果仍然是低電平，則說明此時離合器處于半聯(lián)動狀態(tài)，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平，從P2.4腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳和P2.6腳的低電平使蜂鳴器鳴叫、系統(tǒng)燈（綠）熄滅;P2.4腳的高電平經(jīng)過ULN2003的轉換，從其12腳輸出低電平，該低電平使離合器半聯(lián)動報警燈（紅）點亮，配合蜂鳴器提醒駕駛員不要采取半聯(lián)動操作。

四、保護裝置產(chǎn)生的效果及適用范圍

該保護裝置自裝車使用以來，有效避免了上述三種故障的發(fā)生40余次，獲得了駕駛人員的好評，由于該裝置的通用性強、拓展性好，可以裝設在絕大多數(shù)商用車上來保護類似故障的發(fā)生。

五、結語

在后續(xù)改進中，通過外接傳感器，內部修改控制程序，該裝置又增設了對氣壓式剎車故障報警及發(fā)動機艙火災故障的報警功能，以及水泵皮帶斷裂和起動機觸點黏連時發(fā)動機自動熄火功能。集成以上五種報警功能的故障報警及保護裝置于2017年5月獲國家發(fā)明專利。

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作者簡介：? 李勁，南京鋼鐵四通運輸有限責任公司。