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基于知识图谱的柴油发动机故障诊断研究与系统设计作者：陈柯谭屈山王佳李伟江雨澳袁文丹吴浩来源：《现代信息科技》2024年第10期摘要：由于高速公路施工项目工期短、成本高等原因，高速公路施工现场的柴油发动机在发生故障时，需要得到及时的故障诊断和故障处理。
通过BiLSTM-CRF模型实现故障实体抽取和关系抽取，利用结构化的语义网络来描述柴油发动机故障知识，以此构建柴油发动机故障领域知识图谱。
同时，结合贝叶斯网络实现故障原因推理以对其知识图谱进行补全，还设计了基于知识图谱的柴油发动机故障诊断系统，以全面提升高速公路施工现场工程机械的维修效率。
关键词：柴油发动机；故障领域；实体抽取；语义网络；贝叶斯网络中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）10-0112-06Diesel Engine Fault Diagnosis Research and System Design Based on Knowledge GraphCHEN Ke1， TAN Qushan2， WANG Jia2， LI Wei2， JIANG Yuao2， YUAN Wendan1，WU Hao1（1.Chengdu Branch of Sichuan Chengmian Cangba Expressway Construction & Development Group Co.， Ltd.， Chengdu 618206， China; 2.Sichuan Digital Transportation Technology Co.，Ltd.， Chengdu 610218 China）Abstract： Due to the short construction period and high cost of highway construction projects，diesel engine on the highway construction site needs to receive timely fault diagnosis and troubleshooting when it malfunctions. It uses the BiLSTM-CRF model to extract fault entities and relationships， a structured semantic network is used to describe the knowledge of diesel engine faults， and a knowledge graph in the field of diesel engine faults is constructed. At the same time，Bayesian networks are combined to achieve fault cause inference and complete its knowledge graph.A diesel engine fault diagnosis system based on knowledge graph is also designed to comprehensively improve the maintenance efficiency of construction machinery on highway construction site.Keywords： diesel engine; fault field; entity extraction; semantic network; Bayesian network0 引言高速公路施工現场的柴油发动机在运行过程中会产生大量的部件故障信息，这些数据中蕴含着丰富的价值，但维修人员无法充分利用这些数据进行故障诊断和故障排除[1]，因此构建柴油发动机故障领域知识图谱和故障诊断系统是需要深入研究的课题[2]，这一研究过程需要以语义信息为基础[3]。
柴油机尿素-SCR后处理系统设计研究李璞;余志兵【摘要】柴油机尿素-SCR系统主要由硬件系统和控制系统组成.自主开发了一套包括尿素储存模块、计量模块、喷射模块和催化反应模块的SCR硬件系统和SCR 电控单元的柴油机尿素-SCR系统.该系统的台架试验表明,自主开发的SCR系统在ESC测试循环中,NOx降低了55％,HC降低65％,CO略有增加,达到了预期效果.【期刊名称】《韶关学院学报》【年(卷),期】2012(033)012【总页数】5页(P40-44)【关键词】柴油机;尾气排放;SCR;后处理【作者】李璞;余志兵【作者单位】韶关学院物理与机电工程学院,广东韶关512005;韶关学院物理与机电工程学院,广东韶关512005【正文语种】中文【中图分类】TK424.5随着排放法规的日趋严格,柴油机排放,特别是氮氧化物NOx的排放成为关注的重点.选择性催化还原(SCR)技术可以有效地降低富氧环境下的柴油机NOx排放量,成为目前柴油机控制NOx排放的主要技术手段之一.SCR所用的还原剂有氨基和烃基［1］等,其中以尿素作为氨(NH3)的载体的SCR系统,因其性能和使用上的便利性被应用到车用柴油机上.尿素SCR的主要工作过程是向柴油机排气中喷入适量的尿素水溶液,经过一系列的热解水解过程，尿素分解成SCR所需的NH3，在催化剂存在的条件下与排气中的NOx发生氧化还原反应生成无害的气体［2-3］.国外研究人员已经对尿素SCR后处理系统反应原理［3-4］、工作特性［5］等作了大量的研究工作.国内柴油机后处理技术起步较晚，国内的发动机和整车企业，如潍柴、玉柴、锡柴、杭发、康明斯、东风汽车有限公司等已经分别同国外公司合作开发了带有尿素-SCR后处理装置的发动机，并达到了国4甚至国5排放法规的要求.但这些开发工作都停留在SCR系统与发动机的匹配应用上，其核心技术掌握在国外供应商手中，使用成本高，不利于在中国大量推广，因此亟待开发一款低成本的尿素-SCR系统，打破国外公司的行业垄断.本文作者对尿素SCR系统进行了自主开发，进行试验并取得了理想的成果.图1所示为尿素SCR系统简图，其中硬件部分由储存模块、计量模块、喷射模块、催化反应模块四大模块组成，包括尿素箱、尿素泵、尿素计量单元、空气辅助系统、混合阀体及喷嘴、催化剂系统及连接管路1；控制模块包括硬件和软件系统，硬件系统由SCR控制器、传感器（如催化剂温度、尿素温度和尿素液面高度等）、执行器（尿素喷射电磁阀）及连接线路组成，软件系统包括尿素喷射控制策略和上位机监控软件.尿素SCR选用32.5%的尿素水溶液（AdBlue）作为还原剂载体.AdBlue的基本特性是无色、无毒、有轻微气味、不会爆炸、不易燃、非危险品.AdBlue具有一定的腐蚀性，因此对于AdBlue的储存和尿素SCR硬件材料的选取要使用抗尿素腐蚀的材料.如使用镍镉合金不锈钢或镍镉钼合金不锈钢，在60℃以下可以使用聚合物或可以抗尿素腐蚀的塑料制品.而铜、含铜合金以及镀锌铁、非合金铁则不耐AdBlue腐蚀.除此之外，Ad-Blue对氟橡胶有腐蚀性，因此氟橡胶O型圈常由硅树脂O型圈代替.尿素SCR系统的储存模块由一个专用的尿素箱构成.尿素箱的主要功能是储存尿素水溶液，要求能将尿素的状态（液面高度和尿素水溶液温度）信号提供给SCR-ECU.除此之外，考虑到车辆行驶在寒冷区域时尿素容易结冰，尿素箱还应带有加温装置以防尿素水溶液凝结.尿素箱材料要求能抗尿素腐蚀、带有过滤装置并能经受一定冲击.本系统选用WEMA（中国）公司的TVD型尿素箱及传感器.浮子式液位传感器和热电阻温度传感器输出为电阻信号，其输出特性表由WEMA公司提供.2.3.1 计量模块的组成：计量模块是尿素SCR硬件系统中最复杂的一个模块.该模块包括尿素压力供应装置尿素泵、尿素压力储存装置轨、尿素恒压装置调压阀、尿素计量开关电磁阀、尿素空气混合室和尿素输出装置喷嘴组成，如图2所示.计量模块内的材料全部选用抗尿素材料.其工作原理为尿素泵在系统工作后持续提供一定压力的尿素到轨，通过调压阀将轨压恒定一定的压力，电磁阀通过控制系统给的PWM信号按固定的频率开启，输出所需的尿素量，尿素喷出后和空气泵提供的恒定压力的空气在气液混合室中混合，最后通过喷嘴喷射到排气管中.2.3.2 尿素泵选型：本系统选用MG204XK/DC24W1磁力齿轮泵作为尿素泵，尿素泵内全部采用抗尿素材料，主要性能指标如表1所示.2.3.2 混合阀体设计：空气辅助喷射装置对于尿素SCR系统并不是必须的，但在排气管上直接喷射尿素溶液对于喷嘴的要求很高：如果喷射压力过大，溶液容易喷射到管壁上；如果喷射压力过小，尿素溶液的液滴不容易分解；喷孔过小，尿素结晶后容易堵塞；喷孔过大，压力不容易建立.空气辅助喷射的引入就是为了解决喷射雾化和防止尿素结晶堵塞喷孔这两个难题的.气液混合室和连接管路给了尿素和空气足够的混合空间和时间，同时，可以降低尿素的喷射压力，减轻了系统的负担；系统开启后和喷射停止后的净空气喷入使喷孔处几乎不残留尿素溶液，有效控制了尿素结晶后堵塞喷孔.因此尿素水溶液和压缩空气的混合装置至关重要.设计开发了一套液-气混合阀体，如图3所示.其中，尿素溶液由尿素计量喷嘴从顶部喷入，压缩空气从侧面压入混合腔.混合后的液-气混合物由底部输送到SCR喷嘴喷入排气管.混合阀体顶部的尿素喷嘴与阀体之间由硅树脂O型密封圈密封，底部的液-气混合物出口靠端面密封（中间加密封垫圈）.混合阀体的材料采用抗尿素腐蚀的不锈钢.2.3.3 空气辅助装置选型：空气辅助喷射系统需要压缩空气作为尿素流动的载体.在实验室环境中可以选用空气压缩机为空气辅助装置提供压缩空气，在重型柴油车上可以利用车上自带的压缩气泵为空气辅助装置提供压缩空气.空气压缩机应能提供0.1～0.4 MPa（表压）之间高压空气，能在一定流量范围内维持这个高压空气在一个恒定的值.2.3.4 液-气混合喷嘴设计：尿素与压缩空气混合后由液-气混合喷嘴喷入排气中，喷嘴的形状、喷孔的大小及数目、喷射方向都对尿素水溶液的雾化及热解水解产生重要的影响.如图4所示，本系统设计的液-气混合喷嘴为4孔结构，4孔在圆周均布，喷孔直径为0.5 mm.喷射方向与排气方向呈45°夹角.本系统选用由无锡威孚力达催化净化器有限责任公司提供的SCR催化剂.将SCR系统硬件部分各模块集成在一起即组成尿素SCR原型机系统，图5为该系统组成示意图.电控单元的目标功能要求如下：1）从车载12 V或24 V（适应不同车型）电瓶中获取电能；2）通过CAN总线与车上其它ECU通讯，存储控制策略及标定MAP；3）采集尿素箱液面和温度信号、空气压力信号、尿素轨压信号、催化剂温度信号；4）尿素箱加温驱动、空气阀驱动、尿素泵驱动、尿素电磁阀驱动、各种故障灯指示灯驱动.2.6.1 微控制器的选型：电控系统的性能决定了SCR系统是否能正常而高效的工作，而电控系统核心部件就是微处理器，本文作者所设计的电控系统采用的是Freescale公司出品的MC9S12DP512单片机.2.6.2 电源模块：由于SCR电控系统属于随车系统，因此电控单元的供电电源必须使用车上现有24 V电源.考虑到ECU驱动模块中尿素泵的驱动电压为24 V，电磁阀的驱动电压为12 V，单片机工作电压为5 V，所以电路板需要把24 V转换成+5 V，＋12 V两种电压.本系统选用了LM2596芯片进行电压转换以提供各执行器所需电压.2.6.3 通讯模块：目前在众多的通信总线中，CAN总线以其高速率、高可靠性等特点获得了广泛的应用，并且成为新型汽车ECU通信的首选.本系统所选用的通讯总线正是CAN总线.2.6.4 I/O模块：I/O模块包括系统的信号采集和输出驱动两部分.本系统需要采集五种共六路信号，分别是尿素液面、尿素温度、空气压力、尿素轨压和催化剂温度（前后共两路）.尿素液面、尿素温度是负温度系数传感器，输出信号是一个电阻值，当被测量介质的温度变大时，输出的电阻值反而变小.催化剂温度传感器是一种PT200的热敏电阻传感器，0度时阻值为200 Ω，700℃时阻值为679 Ω.若要ECU接受这些信号，必须提供合理的传感器信号处理电路，将电阻值转化为单片机可识别的0～5 V的电压值.空气压力、尿素轨压的测量在本系统的开发中使用的是压力表头，并未使用传感器，但ECU里保留了这两个传感器的调理电路.这两种压力的的输出信号是电压，经过滤波限流以后直接输入ECU的AD转换通道就可以采集，但是需要给传感器提供+5 V的电源和回路.本系统共有5路输出驱动，分别为尿素泵驱动、电磁阀驱动、空气阀驱动、加热阀驱动和信号指示灯驱动.其中信号指示灯只需要简单的I/O输出加上电阻保护即可.空气阀和加热阀都是简单的开关阀，由12 V电压直接开启；电磁阀也是需要12V电压来开启，但是它的开启频率至少要达到10 Hz；尿素泵需要24 V电压驱动.因此本电控系统中使用I/O口来控制空气阀、加热阀和尿素泵的开关，使用PWM 输出波来控制电磁阀的开关.考虑到单片机的输出信号电压只有5 V，电流更是非常小，所以本系统采用了型号为VN770的固态继电器提供各阀所需的电流.2.6.5 抗干扰措施：SCR系统的工作环境非常恶劣，要承受振动、冲击等影响，还要受到来自自身以及外界的电磁波的影响.因而，控制系统必须具有很高的可靠性和抗干扰性能，才能保证它的正常工作.所以，在设计中必须采取一些必要的措施，以提高控制系统工作的可靠性.SCR系统进行了标定测试及ESC循环测试.图6、图7是测试现场图片.ESC测试的最终水平如表2所示，可以看出，装配SCR系统后的柴油机的排放水平明显提高了.NOx的排放由原来的不到国3标准水平提升到了远远超过国4标准水平，降低了55.1%；HC的排放从原来的接近国4标准水平也提升到了远远超过国4标准水平，降低了65.4%；只有CO的排放反而变差，从原来的解决国4标准退化到了刚过国3标准，增加了16.1%.【相关文献】［1］李儒龙,帅石金,董红义,等.乙醇选择性催化还原NOx后处理系统在重型柴油机上的应用研究［J］.内燃机工程,2007,28(1):15.［2］Lambert C,Hammerle R.Technical advantages of SCR technologies for lightduty and heavyduty diesel vehicle applications［C］//SAE2004011292,2004.［3］SadykovVA,Paukshtis EA,BeloshapkinS A,et al.Reactivity and transformation routes of surface nitrates in the reaction of NOx reduction by C3H8 over cationexchanged zeolites ［J］.Reaction Kinetics and Catalysis Letters,1998,65(1):113119.［4］Held W,Koehig A,Richter T,et al.Catalytic NOx reduction in net oxidizing exhaust gas［ J］.SAE Transactions,1999,99(4):209216.［5］Miller WR,Klein J T,Mueller R,et al.The development of ureaSCR technology for US heavy duty trucks［C］//SAE2000010190,2000.。
船用柴油机SCR 适配性试验总结船用柴油机SCR适配性试验总结船用柴油机SCR适配性试验是为了评估选择性催化还原（SCR）系统在船用柴油机中的适应性而进行的实验。
通过这项试验，我们可以确定SCR系统在船用柴油机上的有效性和可靠性，以及其在减少氮氧化物（NOx）排放方面的效果。
以下是船用柴油机SCR适配性试验的步骤和总结。
步骤1：准备工作在进行试验之前，需要对SCR系统和船用柴油机进行充分的准备工作。
这包括安装SCR系统到柴油机上，并确保系统的完整性和正常运行。
同时，还需要对柴油机进行调试和优化，以确保其在试验期间的稳定性和性能。
步骤2：试验参数设定在进行试验之前，需要确定试验的参数设置。
这包括选择适当的负荷和转速范围，以及确定SCR系统的运行条件和催化剂的工作温度。
这些参数设置将直接影响到试验结果的准确性和可靠性。
步骤3：试验执行根据参数设置，开始进行试验。
在试验期间，记录并监测柴油机和SCR系统的工作状态和参数。
这包括测量和记录柴油机的负荷、转速、油温、排气温度和NOx排放浓度等指标。
同时，还需要监测SCR系统的氨气输入量和催化剂的工作温度。
步骤4：结果分析对试验数据进行分析和处理，评估SCR系统的适应性和性能。
根据记录的数据，可以计算柴油机的NOx排放浓度和去除效率，评估SCR系统在减少NOx 排放方面的效果。
同时，还可以分析和比较不同工况下SCR系统的工作性能和稳定性。
步骤5：总结和结论根据试验结果，进行总结和结论。
评估SCR系统在船用柴油机上的适应性和可靠性，以及其在减少NOx排放方面的效果。
根据评估结果，可以提出改进和优化建议，以进一步提高SCR系统的性能和可靠性。
综上所述，船用柴油机SCR适配性试验是一个重要的实验，用于评估SCR系统在船用柴油机中的适应性和性能。
通过合理的参数设定和试验执行，可以得出准确的结果并提出相应的改进建议。
这将有助于推动船用柴油机的环保发展，减少对环境的污染。
欧Ⅳ柴油机SCR系统电子控制单元的研发的开题报告一、研究背景和目的欧Ⅳ柴油机SCR系统电子控制单元是一种新型电子控制系统，该系统能够有效地降低柴油机尾气中的氮氧化物排放，从而保护环境，保障人民健康。
本文旨在开展欧Ⅳ柴油机SCR系统电子控制单元的研发，以提高柴油机的排放性能和网络控制能力。
二、研究内容和方法本文研究内容主要包括以下几个方面：1. 柴油机SCR系统的工作原理和基本构成；2. 柴油机SCR系统电子控制单元的设计和开发；3. 柴油机SCR系统电子控制单元的测试和验证。
本文研究方法主要采用理论分析和实验研究相结合的方法。
首先，对欧Ⅳ柴油机SCR系统的工作原理和基本构成进行分析和研究；其次，设计和开发柴油机SCR系统电子控制单元，采用高效可靠的控制算法；最后，对柴油机SCR系统电子控制单元进行测试和验证，验证该系统的性能和稳定性。
三、研究意义柴油机SCR系统电子控制单元的研发，对于提高柴油机的排放性能和网络控制能力具有重要意义。
该系统的成功研发，不仅能够降低柴油机尾气中的氮氧化物排放，还能够为相关领域的研究和应用提供重要的参考和支持。
四、预期成果和进展安排本文预计能够研发出欧Ⅳ柴油机SCR系统电子控制单元，并对该系统进行测试和验证。
具体进展安排如下：1. 第一阶段：对欧Ⅳ柴油机SCR系统的工作原理和基本构成进行分析和研究（2个月）；2. 第二阶段：设计和开发柴油机SCR系统电子控制单元，并采用高效可靠的控制算法（4个月）；3. 第三阶段：对柴油机SCR系统电子控制单元进行测试和验证，并优化系统性能（2个月）；4. 第四阶段：总结论文，并撰写毕业论文（2个月）。
五、研究难点和解决方法本文研究难点主要包括柴油机SCR系统电子控制单元的设计和开发、控制算法的选择和优化、测试和验证等方面。
为解决这些难点，可采用以下方法：1. 对柴油机SCR系统电子控制单元进行深入的研究和分析；2. 选择合适的控制算法，并进行优化；3. 对柴油机SCR系统电子控制单元进行测试和验证，找出存在的问题并进行改进。
12V180柴油机性能试验数据采集处理系统
谢鲲;马修真;王长安
【期刊名称】《大连交通大学学报》
【年(卷),期】2001(022)001
【摘要】开发了一种用于12V180型机车柴油机台架性能试验的数据采集及处理系统.该rn系统能实现试验流程的自动监控，试验数据的自动采集、分析、处理，试验结果的显示、rn存储及打印输出.通过检测柴油机的转速、机油压力、排温等参数，提取反映柴油机状rn态的特征向量，成功地诊断柴油机的技术状态及典型故障.
【总页数】5页(P9-13)
【作者】谢鲲;马修真;王长安
【作者单位】大连铁道学院交通运输工程系;大连铁道学院交通运输工程系;牡丹江机务段
【正文语种】中文
【中图分类】U262.11
【相关文献】
1.铁矿石冶金性能试验炉温度控制及数据采集处理系统 [J], 骆炜
2.空压机性能试验数据采集处理系统 [J], 张志勇;季林生
3.内燃机性能试验数据采集处理系统 [J], 程培源;魏麦成
4.涡轮增压器性能试验台数据采集及处理系统 [J], 张志强;马朝臣;杨长茂
5.发电机性能试验数据采集处理系统及其应用 [J], 汪昌廉
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基金项目:河南省自然科学基金资助项目(994043500)作者简介:胡明江(1974-),男,河南洛阳人,硕士生.收稿日期:2003-02-28文章编号:1000-5080(2003)04-0044-04柴油机电子调速器的研究现状及发展趋势胡明江,杨铁皂,徐 斌,张保恒(河南科技大学车辆与动力工程学院,河南洛阳,471003)摘要:回顾了柴油机电子调速器的发展,综述了电子调速技术在系统模型、软硬件及多功能开发、控制理论、仿真及实验方面的研究现状,提出了柴油机电子调速技术尚需解决的主要问题及发展方向:针对全工况进行系统建模和仿真研究;应用现代控制技术进一步提高调速性能,减少有害排放;增压柴油机的调速控制;并机运行负荷分配的控制;关键部件的研究;多功能开发。
关键词:柴油机;调速器;电子燃油调节系统;控制中图分类号:TK424.31文献标识码:A0 前言柴油机技术近百年来经历了三次飞跃[1]:20世纪20年代以机械喷射式供油系统代替蓄压式供油系统为第一次飞跃;20世纪50年代增压技术的应用使柴油机技术产生了第二次飞跃;20世纪90年代至今,世界各国已将柴油机电控技术作为衡量柴油机先进性的重要指标。
能源短缺、环保问题、微电子技术和控制理论的发展及对自动化水平要求的提高,推动了柴油机电控技术特别是以微机为核心的数字式电子控制技术的发展。
本文回顾了柴油机电子调速器的发展,综述了电子调速技术在系统模型、软硬件及多功能开发、控制理论、仿真及实验方面的研究现状,提出了目前尚需解决的主要问题和今后发展方向。
1 电子调速器的发展及其优点调速器作为发动机控制中心,能根据发动机负载变化自动调节发动机循环供油量,保持发动机的转速稳定,从而保证发动机具有良好的工作性能。
随着微电子技术及微计算机技术的发展及在发动机上的应用,20世纪60～70年代研制成功了模拟式电子调速器,20世纪80年代由模拟式电子调速器发展到了由MPU 微处理器和数字电路组成的数字式电子调速器。
