CN207263437U - 一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，包括具有温度控制功能的发动机冷起动实验舱、进气加热模块、用于采集外界大气温度、进气加热模块的加热温度以及预热后的发动机冷起动实验舱预热后的空气温度的温度采集模块、用于显示大气温度及预热后进气温度变化及预热时间的温度检测模块、用于根据预先选择的燃料类型来判断加热器的工作起始时间的燃料类型选择模块；用于防止加热器温度过高导致损坏的加热保护模块。该测试实验***可有效的检测相应冷起动预热***的工作性能，具有结构简单，检测精度高的优点，便于企业或高校在生产领域和研究开发领域内应用。

Description

一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***

技术领域

本实用新型涉及汽车冷起动性能研究与检测领域，特别涉及一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***。

背景技术

在内燃机实验性能研究中，发动机的冷起动性能是发动机性能研究指标中重要的一个研究内容，而发动机的冷起动性能对汽车的动力性和经济性有着重要的影响。因此，对于发动机冷起动进气温度的测量与预热装置的控制和加热温度测量对开发一种发动机冷起动预热装置是十分关键的。

但在传统的汽车冷起动预热性能检测实验中，一般采用发动机台架测试方式，在外界温度调节下，根据发动机的冷起动次数和时间判断预热装置的性能。该实验方式虽然能够在一定程度上反映预热装置的进气加热性能，但不能准确反映冷起动进气温度和预热加热温度，很难为后期开发较高精度的预热装置提供一定研究参数。因此，为进一步扩展在发动机冷起动预热性能的研究，提高发动机进气预热产品的温度控制精度，有必要设计一种发动机进气预热性能检测实验***。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，可实现汽车冷起动进气温度检测实验、汽车冷起动进气预热装置性能检测实验，该检测实验***的开发与应用可以为汽车冷起动预热装置设计起到一定作用。

本实用新型的技术方案是：一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，包括具有环境温度控制功能的发动机冷起动实验舱、用于实现进气预热的进气加热模块、用于采集外界大气温度、进气加热模块中电加热片表面温度以及预热后的发动机进气温度的温度采集模块；用于根据温度采集模块提供的温度信号来控制加热器工作的温度检测模块；用于根据预先选择的燃料类型来判断加热器的工作起始时间的燃料类型选择模块；用于防止加热器温度过高导致损坏的加热保护模块；所述发动机冷起动实验舱、进气加热模块、温度采集模块、温度检测模块、燃料类型选择模块以及加热保护模块分别与控制器信号连接。

上述发动机冷起动实验舱是独立通过外部控制台实施舱内环境温度控制的实验装置，该***与汽车冷起动进气预热***相互独立，是提供实验所需的外界大气温度需求，该发动机冷起动实验舱具体采用锦华LQD型发动机冷起动实验舱，实验舱实现温度控制范围为-40℃-50℃。

上述温度采集模块包括STC90C52RC控制芯片以及分别与STC90C52RC控制芯片信号连接的进气测温模块和加热器测温模块，所述STC90C52RC控制芯片与控制器信号连接；所述进气测温模块包括大气温度测量测温电桥和预热空气温度测量测温电桥，其中该两个测温电桥中均采用PT100温度传感器测温；所述加热器测温模块包括用于测量加热器温度的K型热电偶电路结构。

上述加热保护模块包括K型热电偶以及与该K型热电偶信号连接的MAX6675温度处理模块，MAX6675温度处理模块与温度检测模块的STC90C52RC控制芯片信号连接。

上述的燃料类型选择模块包括三个选择开关电路，每个选择开关电路均包括一控制指示灯，并且各选择开关电路分别与不同类型的燃料供应***信号连接。

上述进气加热模块为240W和480W两种功率类型的空气预热加热器。

上述温度检测模块包括型号为STC90C52RC的控制芯片以及分别与该控制芯片信号连接的信号放大器LM324、AD转换电路以及LCD1602液晶显示屏。

本实用新型的有益效果：本实用新型实施例中，提供了一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，该***采用单片机控制，通过安置温度传感器和热电偶装置并配合小型温度控制***实现对发动机冷起动进气温度与预热加热装置温度进行测量与控制。本***不仅提高了发动机冷起动预热温度的测量精度，同时***便于针对不同燃料发动机实现进气温度与预热温度的控制扩展，有较强的可塑性及研究价值。

附图说明

图1为本实用新型的硬件结构框图；

图2为本实用新型的工作流程图；

图3为本实用新型的测温电桥电路图；

图4为本实用新型的加热保护电路；

图5为本实用新型的燃料类型选择模块电路；

图6为本实用新型的加热器控制电路；

图7为本实用新型的功率放大模块电路；

图8为本实用新型的温度检测模块电路；

图9为本实用新型的显示模块电路。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1、图2，本实用新型实施例提供了一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，包括具有环境温度控制功能的发动机冷起动实验舱、用于实现进气预热的进气加热模块、用于采集外界大气温度、进气加热模块中电加热片表面温度以及预热后的发动机进气温度的温度采集模块；用于根据温度采集模块提供的温度信号来控制加热器工作的温度检测模块；用于根据预先选择的燃料类型来判断加热器的工作起始时间的燃料类型选择模块；用于防止加热器温度过高导致损坏的加热保护模块；所述发动机冷起动实验舱、进气加热模块、温度采集模块、温度检测模块、燃料类型选择模块以及加热保护模块分别与控制器信号连接。

进一步地，所述发动机冷起动实验舱是独立通过外部控制台实施舱内环境温度控制的实验装置，该***与汽车冷起动进气预热***相互独立，是提供实验所需的外界大气温度需求，该发动机冷起动实验舱具体采用锦华LQD型发动机冷起动实验舱，实验舱实现温度控制范围为-40℃-50℃。

进一步地，所述温度采集模块包括STC90C52RC控制芯片以及分别与STC90C52RC控制芯片信号连接的进气测温模块和加热器测温模块，所述STC90C52RC控制芯片与控制器信号连接；所述进气测温模块包括大气温度测量测温电桥和预热空气温度测量测温电桥，其中该两个测温电桥中均采用PT100温度传感器测温，其测温电桥电路结构如图3所示，其中R4，R5为定值电阻，Rpot为可变调节电阻，PT100为温度传感器。用非平衡电桥测量电阻时，是使R4、R5和Rpot保持不变，PT100变化时则U0变化。再根据U0与Rx的函数关系，通过检测U0的变化从而测得Rx。由于可以检测连续变化的U0。最后将测量的温度电压信息通过放大器及AD转换器处理后，最终传输给温度检测模块STC90C52RC控制芯片。所述加热器测温模块包括用于测量加热器温度的K型热电偶及其电路组成，其具体电路描述见图4的加热保护模块电路结构。

进一步地，所述加热保护模块主要作用是保护加热器正常工作，防止工作温度过高损坏，其主要组成包括K型热电偶以及与该K型热电偶信号连接的MAX6675温度处理模块，MAX6675温度处理模块与温度检测模块的STC90C52RC控制芯片信号连接。加热保护模块的基本电路结构如图4所示，MAX6675温度处理模块采集K型热电偶的测量温度电压信号后经处理后传输给温度检测模块STC90C52RC控制芯片。

进一步地，所述的燃料类型选择模块包括三个选择开关电路，每个选择开关电路均包括一控制指示灯，并且各选择开关电路分别与不同类型的燃料供应***信号连接；通过选择开关电路的开关选择来控制燃料检测类型(汽油、柴油、醇类)如图5所示，当某一选择开关电路的选择开关闭合时，该电路的控制指示灯点亮，并将该选择开关电路的开关选择信息传输给STC90C52RC控制芯片，从而通过STC90C52RC控制芯片控制与该选择开关对应的燃料供应***开启以供应相应的燃料。

进一步地，所述进气加热模块为240W和480W两种功率类型的空气预热加热器。其加热器控制电路如图6所示，控制芯片STC90C52RC由引脚电路JDQ发出加热控制信号，输出一个高电平，经功率三极管Q1放大导通继电器线圈K1，继电器线圈K1接通加热器工作电路，加热器开始工作。进气加热模块可采用通用和自定义两种模式，通用模式选用12V、240W和24V、480W两种空气加热器，自定义模式可选装其他功率类型空气加热器，但配套气管和紧固螺栓需重新定制。

进一步地，所述温度检测模块包括型号为STC90C52RC的控制芯片以及分别与该控制芯片信号连接的信号放大器LM324、AD转换电路以及LCD1602液晶显示屏。信号放大电路将进气测温模块输入的信号电压进行放大并通过AD转换器转换为数字信号，传输给STC90C52RC控制芯片。STC90C52RC控制芯片将测量的大气温度、预热温度通过显示模块LCD1602液晶显示器显示，并根据检测温度信息及燃料类型信息控制进气加热模块和加热保护模块工作；具体电路图如图7、图8以及图9所示。

本实用新型主要采用发动机冷起动实验舱实现进气温度控制，将测试发动机及测试***布置在实验舱中，该实验舱可实现进气温度在-40℃-50℃之间进行控制调节，满足汽车发动机低温起动外界温度模拟需求。进气加热模块主要采用常见的240W和480W两种类型空气预热加热器，也可换装其他类型或功率加热器。温度采集模块主要功能是采集外界大气温度、加热器温度及预热后的空气温度。该模块布置在发动机进气总管节气门后方，其主要组成包括单片机、温度传感器、热电偶探头、继电器及外壳组成。温度检测模块主要功能是通过LED显示器直观的显示大气温度及预热后进气温度变化及预热时间。燃料类型选择模块主要功用是根据预先选择的燃料类型(包含汽油、柴油、醇类燃料)，单片机根据燃料的最低着火温度，判断加热器的工作起始时间。加热保护模块主要功能是防止加热器温度过高导致损坏。其工作原理是通过热电偶反馈工作温度，单片机限制其最高工作温度，当超过热保护温度时，单片机控制其断电保护。

多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***的工作原理是通过发动机冷起动实验舱预设模拟冷起动实验温度，仿真冷起动外界环境。在发动机起动前，由操作人员在测试***上预设测试燃料类型。

当发动机接收起动信号后，温度采集模块、温度监测模块开始工作，采集大气温度、加热器温度及空气预热温度，并将采集的温度信息传输给控制单片机。单片机控制***根据监测大气温度及预设的燃料测试类型判断否是执行加热指令，当测试大气温度低于燃料最低着火温度时，加热装置通过蓄电池进行供电进行空气预热，直至发动机正常起动后，温度检测模块显示进气预热温度及预热时间，若加热器加热超过热保护温度，则单片机控制加热器停止加热，并显示当前进气预热温度。

本实用新型的特点是：所述进气温度控制模块主要采用锦华发动机冷起动实验舱，该实验舱包含舱体、制冷***、加热***、空气对流循环***、冷起动舱机械连接***、计算机控制***和安全保护***等组成。实验舱采用水冷方式，实验舱温度控制范围在-40℃-50℃，升温速率可达到0.5-1℃/min,降温速度可实现25℃-40℃≤120min，温度控制精度≤±1℃，温度偏差≤±2℃。

所述进气加热模块主要包含电源及加热器，其中电源采用风帆系列免维护铅酸电池，电池型号为6-QW-60，电池数量可根据加热器电压需求进行调整。加热器可采用标准12V、240W空气预热电热丝或24V、480W空气预热电热丝，也可换装其他类型空气预热电热丝。

所述温度采集模块包含大气温度采集模块、进气预热温度采集模块、加热器温度采集模块，其中大气温度采集模块和进气预热温度采集模块采用PT100温度传感器，该传感器可实现-50℃-200℃的温度测量，传感器应用非平衡电桥测温原理采集温度信号制作方便，使用简单，而且容易替换。所述加热器温度采集模块采用K型热电偶和Max6675温度处理模块组成。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，可实现0℃-1000℃范围的温度测量。

所述温度检测模块主要包含控制模块和显示模块，其中控制模块采用采用STC90C52RC控制芯片，包含非平衡电桥测温模块、信号放大模块、模拟数字转换模块。所述放大模块采用LM324差分输入放大器，信号处理稳定可靠，采用DIP封装。所述模拟数字转换器采用ADC0804，ADC0804是一款8位、单通道、低价格A/D转换器，模数转换时间大约100us；方便TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；具有参考电压输入端；内含时钟发生器；单电源工作时(0～5)V输入电压范围是0～5V；不需要调零，采用DIP封装。

所述显示模块由LCD1602液晶显示屏及其基本电路组成。

本实用新型主要提供的多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，该***依靠发动机冷起动实验舱精确模拟冷起动外界环境温度，利用温度采集模块的温度传感器进行温度采集，通过成熟的STC90C52RC单片机对进气温度进行判断控制，最终利用闭环控制的方式实现预热温度与加热时间的显示，在紧急情况下单片机还可实现对空气加热装置的通断电控制。该***具有结构简单，检测精度高的优点，便于企业或高校在生产领域和研究开发领域内应用。

本实用新型的的进气温度控制模块主要采用锦华发动机冷起动实验舱，其主要技术参数为：实验舱尺寸为8000*6000*5000mm；实验舱温度控制范围-40℃-50℃；升温速率可达到0.5-1℃/min可调；降温速度可实现25℃-40℃≤120min；温度控制精度≤±1℃；温度偏差≤±2℃；制冷方式采用水冷；湿度控制范围10-95％RH；湿度控制精度±5％RH。

进气加热模块主要采用标准12V，240W空气预热电热丝或24V，480W空气预热电热丝，也可换装其他类型空气预热电热丝。尺寸要求118*118*26mm；固定螺栓孔数4个，规格要求M10，电源采用风帆系列免维护铅酸电池，电池型号为6-QW-60，低温起动电流要求480A，电池数量可根据加热器电压需求进行调整。

温度采集模块主要采用PT100温度传感器、K型热电偶及MAX6675温度处理模块组成。其中此次大气温度采集传感器和预热温度采集传感器使用PT100热敏电阻，该热敏电阻采用三线制结构；测量范围:-50℃-150℃；测量精度≤±0.2℃；反应时间＜1秒；固定螺栓规格要求6M。K型热电偶主要用于加热器温度测量，其测量温度范围为：-50～+1600℃；测量精度≤±3℃；固定螺栓规格要求6M。MAX6675采集模块将K型热电偶测温信号处理后传输至STC90C52RC控制芯片，用于监测加热器温度，防止过热损坏，该采集模块采用温度分辨率为0.25℃，最高读取温度达1024℃，其中在0℃-700℃温度范围内的读取精度为8LSB；采用8引脚SO封装。

温度检测模块主要采用STC90C52RC控制芯片、LM324输入运算放大器、AC0804A/D转换器及LCD1602显示器。其中，STC90C52RC控制芯主要技术参数为外形采用双插直列式DIP封装8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双串行口。LM324信号放大器功用是将采集到的电压信号放大并输入至AD转换器。其主要技术参数为4运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，内部包含4组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，4组运算放大器相互独立，运算放大器工作电压范围为3-32V。

显示模块包含2个LCD1602显示器，分别显示大气温度、预热温度及预热时间，LCD1602显示器是一种工业字符型液晶显示器，能够同时显示16x02即32个字符。

参照图2，本实用新型提供的多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***工作如下：

当通过发动机冷起动实验舱将实验环境调节到规定温度时，由实验操作人员通过选择开关选择测试燃料类型(汽油、柴油、醇类燃料、醚类燃料)。然后通过开关按钮，实现蓄电池依靠稳压元件向控制***供电，并使其温度采集模块进入工作状态。控制***根据预先编入的程序控制大气温度传感器、预热温度传感器工作并向温度检测模块反馈采集数据，温度检测模块将采集的数据通过相应的运算放大、A/D转换及数据处理后在显示器进行显示。在整个***检测过程中温度检测模块根据预先输入的命定对温度数据进行判断，当判断检测的大气温度T1低于选择燃料着火最低温度T0时，若发动机转入起动档位，温度检测模块控制进气加热模块进行空气预热，若大气温度不符合加热需求，则加热器不工作，控制模块判断则进入下一个循环判断。***为保障加热器工作寿命及该测试***的可靠性，在温度检测模块中设计了加热保护程序，判断检测的加热丝温度T3是否低于加热丝安全工作最高温度T4，若符合要求，则温度检测模块才可接通加热控制继电器，实现加热器工作，若不符合工作温度要求，则温度检测模块将断开继电器，加热器不工作。最终温度检测模块将温度检测模块的信息显示在显示器上，包含大气温度信息、预热温度信息及预热时间信息。

综上所述，该***可实现对汽油、柴油、醇类燃料、醚类燃料发动机的冷起动进气预热装置性能进行检测分析与性能评估。该***在依靠发动机冷起动实验舱模拟外界冷起动所需的大气温度，通过***预设的测试燃料类型，测试该型发动机冷起动进气预热***的性能。该***的测试原理主要是通过温度传感器采集发动机起动时的大气温度、加热器温度及空气预热温度，并将采集的温度信息传输给控制单片机，单片机控制***根据监测大气温度及预设的燃料测试类型判断否是执行加热指令，直至发动机正常起动后，温度检测模块显示进气预热温度及预热时间，若加热器加热超过热保护温度，则单片机控制加热器停止加热，并显示当前进气预热温度。该测试实验***的设计可有效的检测相应冷起动预热***的工作性能，具有结构简单，检测精度高的优点，便于企业或高校在生产领域和研究开发领域内应用。

以上公开的仅为本实用新型的一个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，包括具有环境温度控制功能的发动机冷起动实验舱、用于实现进气预热的进气加热模块、用于采集外界大气温度、进气加热模块中电加热片表面温度以及预热后的发动机进气温度的温度采集模块；用于根据温度采集模块提供的温度信号来控制加热器工作的温度检测模块；用于根据预先选择的燃料类型来判断加热器的工作起始时间的燃料类型选择模块；用于防止加热器温度过高导致损坏的加热保护模块；所述发动机冷起动实验舱、进气加热模块、温度采集模块、温度检测模块、燃料类型选择模块以及加热保护模块分别与控制器信号连接。

2.如权利要求1所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述发动机冷起动实验舱是独立通过外部控制台实施舱内环境温度控制的实验装置，该***与汽车冷起动进气预热***相互独立，是提供实验所需的外界大气温度需求，该发动机冷起动实验舱具体采用锦华LQD型发动机冷起动实验舱，实验舱实现温度控制范围为-40℃-50℃。

3.如权利要求1所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述温度采集模块包括STC90C52RC控制芯片以及分别与STC90C52RC控制芯片信号连接的进气测温模块和加热器测温模块，所述STC90C52RC控制芯片与控制器信号连接；所述进气测温模块包括大气温度测量测温电桥和预热空气温度测量测温电桥，其中该两个测温电桥中均采用PT100温度传感器测温；所述加热器测温模块包括用于测量加热器温度的K型热电偶电路结构。

4.如权利要求3所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述加热保护模块包括K型热电偶以及与该K型热电偶信号连接的MAX6675温度处理模块，MAX6675温度处理模块与温度检测模块的STC90C52RC控制芯片信号连接。

5.如权利要求4所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述的燃料类型选择模块包括三个选择开关电路，每个选择开关电路均包括一控制指示灯，并且各选择开关电路分别与不同类型的燃料供应***信号连接。

6.如权利要求4所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述进气加热模块为240W和480W两种功率类型的空气预热加热器。

7.如权利要求4所述的一种多燃料汽车冷起动进气预热性能检测实验***，其特征在于，所述温度检测模块包括型号为STC90C52RC的控制芯片以及分别与该控制芯片信号连接的信号放大器LM324、AD转换电路以及LCD1602液晶显示屏。