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[摘 要]通过动态采集试验过程中柴油机转速，在柴油机超速时做出相应的动作策略，保护柴油机不受损害。
[关键词]柴油机 超速 飞车
中图分类号：TK427 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0139-01
1.背景及意义
国产内燃机车用柴油机在进行台架试验时，由于调速器故障、人为操作不当、电器故障造成大功率突卸等，使柴油机转速瞬间飞升，超过设计要求的最高安全转速，造成柴油机伤害。为了消除这种现象，现柴油机装用极限调控来保护柴油机超速这一现象，使其转速不超过1150r/min。极限调控是通过感受飞锤离心力来对柴油机转速进行判定的，在时间上具有延迟性，在精度上具有模糊性，加之其本身可能出现的机械卡滞等故障，会造成柴油机在发生上述情况后有时转速超过1150 r/min运行一段时间才动作或不动作，造成柴油机损坏。
传统的调速器为机械液压系统，对转速反应灵敏，控制柴油机转速的变化及起停机，如果能将超速信号及时传递给调速器，使其切断燃油系统，让拉杆复位，并且能同时启动预润滑油泵对柴油机进行停机后的润滑降温，便能很好的防止柴油机超速飞车。
基于上述背景，本文通过传感器、单片机、继电器等设计组成柴油机台架试验防超速保护系统，对柴油机的试验过程进行监测与保护。
2.柴油机停机需要具备的条件
2.1 柴油机调速器停车原理
柴油机在工作时，调速器停车电磁阀线圈（DLS）得电，使得阀心吸合而封闭伺服马达液压系统油路，根据飞铁离心力的变化控制滑阀的通断，进而控制伺服马达的位置，伺服马达输出轴拉动拉杆带动油泵齿条，通过各缸喷油量的变化控制柴油机转速变化，在停机时，DLS失电，伺服马达在复原弹簧的作用下迅速回位，使油泵齿条回到停油位，进而使柴油机各缸断油而停机。
2.2 燃油系统
柴油机在试验过程中必需不断提供压力恒定的燃油，以满足柴油机功率和转速的要求，在柴油机起机前需要预先启动燃油输送泵，停机时则要快速切断燃油输送泵。
2.3 预润滑系统
柴油机各零部件工作时需要提供一定的机油进行润滑，在柴油机起机前，则需要提前启动预润滑油泵进行预润滑，在柴油机故障停机时则需要及时启动预润滑油泵进行滑油循环，带走柴油机热量，防止零部件之间产生热涨死。
综上，柴油机停机需要具备：（1）使DLS失电复原；（2）燃油输送泵停止工作；（3）预润滑油泵投入工作。
3.基于传感器、单片机、继电器的防超速保护系统设计
基于柴油机停机条件，本文主要通过传感器、单片机、继电器等电器元件的设计，组成柴油机防超速保护系统，对柴油机试验过程中的转速进行动态监测，出现异常时做出相应的保护措施，防止柴油机损坏。
3.1 保护系统设计框图
保护系统设计框图如图1所示。（1）通过霍尔开关传感器对柴油机转速信号进行获取。（2）信号处理电路对转速信号进行波形变换和波形整形，实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。（3）处理器采用ATM89C51单片机做为处微处理器进行控制，实时对检测的转速信号与设定的超速值进行对比，做出动作策略。（4）根据对比情况，采用三极管驱动继电器来控制燃油泵、预滑油泵、DLS的通断。
3.2 保护系统电路
根据上述框图，设计出保护系统电路简图如图2所示。
其中：
ATM89C51-微处理器
SW1-台位手动预润滑油泵开关
SW2-台位手动燃油输送泵开关
SW3-台位起机准备开关
KA1-预润滑油泵控制继电器（常开）
KA2-燃油输送泵控制继电器（常闭）
KA2-DLS控制继电器（常闭）
3.3 柴油机起动
柴油机起前起动，手动按下SW1开关，对柴油机进行预润滑3-5min后断开。接着按下SW2开关，起动燃油输送泵对燃油系统进行柴油输送并且排除燃油系统里面的空气，待燃油压力稳定后按下SW3使调速器DLS得电闭合。按下起机按钮起动柴油机。
3.4 柴油机超速保护过程
在柴油机工作过程中，由一只霍尔传感器对柴油机实时转速信号进行监测。测量的信号由信号处理电路对其进行变换、整形处理后输入给单片机的P3.2口。当实测转速超过单片机内部设定了柴油机试验时最高极限转速1150r/min时，判定当前柴油机已超速。ATM89C51单片机D0、D1、D3脚有电流信号输出，输出信号通过三级管Q1、Q2、Q3进行放大后来驱动相应的继电器动作。
Q3驱动常闭继电器KA3断开，使调速器DLS失电后断开伺服马达高压油路，在复原弹簧的作用下通过拉杆系统将高压油泵齿条接至停油位，断开各缸燃油供给使其停机。
Q2驱动常闭继电器KA2断开，使燃油输送泵停止工作
Q3驱动常开继电器KA1闭合，使预润滑油泵投入工作，给柴油机降温。
4.小结
通过对现有试验台位进行很小的改动，将保护电路加进去后就可以很好的防止柴油机试验过程中出现“飞车”这一现象，减少损失。电路设计简单，成本低，有一定的现场实用价值。
参考文献
[1] 秦立新.超速对柴油发电机组并联运行的影响及解决措施[J].舰船电子工程，2016，（09）：101-103.
[2] 高骏宇.机车柴油机防飞车装置的研究与设计[D].西南交通大学，2013.
作者简介
李顺刚（1985.10）；性别：男，籍贯：甘肃天水人，学历：本科，毕业于兰州交通大学；现有职称：肋理程师；研究方向：内燃机工程；
[关键词]柴油机 超速 飞车
中图分类号：TK427 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0139-01
1.背景及意义
国产内燃机车用柴油机在进行台架试验时，由于调速器故障、人为操作不当、电器故障造成大功率突卸等，使柴油机转速瞬间飞升，超过设计要求的最高安全转速，造成柴油机伤害。为了消除这种现象，现柴油机装用极限调控来保护柴油机超速这一现象，使其转速不超过1150r/min。极限调控是通过感受飞锤离心力来对柴油机转速进行判定的，在时间上具有延迟性，在精度上具有模糊性，加之其本身可能出现的机械卡滞等故障，会造成柴油机在发生上述情况后有时转速超过1150 r/min运行一段时间才动作或不动作，造成柴油机损坏。
传统的调速器为机械液压系统，对转速反应灵敏，控制柴油机转速的变化及起停机，如果能将超速信号及时传递给调速器，使其切断燃油系统，让拉杆复位，并且能同时启动预润滑油泵对柴油机进行停机后的润滑降温，便能很好的防止柴油机超速飞车。
基于上述背景，本文通过传感器、单片机、继电器等设计组成柴油机台架试验防超速保护系统，对柴油机的试验过程进行监测与保护。
2.柴油机停机需要具备的条件
2.1 柴油机调速器停车原理
柴油机在工作时，调速器停车电磁阀线圈（DLS）得电，使得阀心吸合而封闭伺服马达液压系统油路，根据飞铁离心力的变化控制滑阀的通断，进而控制伺服马达的位置，伺服马达输出轴拉动拉杆带动油泵齿条，通过各缸喷油量的变化控制柴油机转速变化，在停机时，DLS失电，伺服马达在复原弹簧的作用下迅速回位，使油泵齿条回到停油位，进而使柴油机各缸断油而停机。
2.2 燃油系统
柴油机在试验过程中必需不断提供压力恒定的燃油，以满足柴油机功率和转速的要求，在柴油机起机前需要预先启动燃油输送泵，停机时则要快速切断燃油输送泵。
2.3 预润滑系统
柴油机各零部件工作时需要提供一定的机油进行润滑，在柴油机起机前，则需要提前启动预润滑油泵进行预润滑，在柴油机故障停机时则需要及时启动预润滑油泵进行滑油循环，带走柴油机热量，防止零部件之间产生热涨死。
综上，柴油机停机需要具备：（1）使DLS失电复原；（2）燃油输送泵停止工作；（3）预润滑油泵投入工作。
3.基于传感器、单片机、继电器的防超速保护系统设计
基于柴油机停机条件，本文主要通过传感器、单片机、继电器等电器元件的设计，组成柴油机防超速保护系统，对柴油机试验过程中的转速进行动态监测，出现异常时做出相应的保护措施，防止柴油机损坏。
3.1 保护系统设计框图
保护系统设计框图如图1所示。（1）通过霍尔开关传感器对柴油机转速信号进行获取。（2）信号处理电路对转速信号进行波形变换和波形整形，实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。（3）处理器采用ATM89C51单片机做为处微处理器进行控制，实时对检测的转速信号与设定的超速值进行对比，做出动作策略。（4）根据对比情况，采用三极管驱动继电器来控制燃油泵、预滑油泵、DLS的通断。
3.2 保护系统电路
根据上述框图，设计出保护系统电路简图如图2所示。
其中：
ATM89C51-微处理器
SW1-台位手动预润滑油泵开关
SW2-台位手动燃油输送泵开关
SW3-台位起机准备开关
KA1-预润滑油泵控制继电器（常开）
KA2-燃油输送泵控制继电器（常闭）
KA2-DLS控制继电器（常闭）
3.3 柴油机起动
柴油机起前起动，手动按下SW1开关，对柴油机进行预润滑3-5min后断开。接着按下SW2开关，起动燃油输送泵对燃油系统进行柴油输送并且排除燃油系统里面的空气，待燃油压力稳定后按下SW3使调速器DLS得电闭合。按下起机按钮起动柴油机。
3.4 柴油机超速保护过程
在柴油机工作过程中，由一只霍尔传感器对柴油机实时转速信号进行监测。测量的信号由信号处理电路对其进行变换、整形处理后输入给单片机的P3.2口。当实测转速超过单片机内部设定了柴油机试验时最高极限转速1150r/min时，判定当前柴油机已超速。ATM89C51单片机D0、D1、D3脚有电流信号输出，输出信号通过三级管Q1、Q2、Q3进行放大后来驱动相应的继电器动作。
Q3驱动常闭继电器KA3断开，使调速器DLS失电后断开伺服马达高压油路，在复原弹簧的作用下通过拉杆系统将高压油泵齿条接至停油位，断开各缸燃油供给使其停机。
Q2驱动常闭继电器KA2断开，使燃油输送泵停止工作
Q3驱动常开继电器KA1闭合，使预润滑油泵投入工作，给柴油机降温。
4.小结
通过对现有试验台位进行很小的改动，将保护电路加进去后就可以很好的防止柴油机试验过程中出现“飞车”这一现象，减少损失。电路设计简单，成本低，有一定的现场实用价值。
参考文献
[1] 秦立新.超速对柴油发电机组并联运行的影响及解决措施[J].舰船电子工程，2016，（09）：101-103.
[2] 高骏宇.机车柴油机防飞车装置的研究与设计[D].西南交通大学，2013.
作者简介
李顺刚（1985.10）；性别：男，籍贯：甘肃天水人，学历：本科，毕业于兰州交通大学；现有职称：肋理程师；研究方向：内燃机工程；