[發(fā)明專利]一種柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量及氣缸熄火故障診斷裝置和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610079920.6
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105736140B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹龍漢;劉小麗;楊慶;李建勇;李銳
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍重慶通信學(xué)院;重慶信?？萍加邢薰?/a>
• 主分類號: F02B77/08
• 分類號: F02B77/08;G01P3/481
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅,李金蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及柴油機故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量裝置及氣缸熄火故障診斷方法，是一種柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量及氣缸熄火故障診斷裝置。

背景技術(shù)

柴油機作為最常用的動力機械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于石油礦場、固定發(fā)電、鐵路牽引、工程機械等領(lǐng)域以及軍車、坦克、軍艦、船舶等的動力系統(tǒng)，一旦發(fā)生故障往往會造成停工生產(chǎn)、設(shè)備損壞甚至人員傷亡，帶來巨大的經(jīng)濟損失和社會負面影響。因此對柴油機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和快速故障定位顯得十分必要。由于柴油機是一種往復(fù)式運動機械，柴油機的瞬時轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)一定有規(guī)律的波動，其中蘊含了豐富的柴油機工作狀態(tài)信息，且轉(zhuǎn)速信號容易測取，適用于氣缸熄火故障判別，因此利用智能信息處理技術(shù)，檢測柴油機瞬時轉(zhuǎn)速信息并對柴油機進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有重要意義。

柴油機作為一個非線性系統(tǒng)，激勵和響應(yīng)都具有非平穩(wěn)性。系統(tǒng)故障的復(fù)雜性表現(xiàn)在故障的多層次性、模糊性、并發(fā)性以及相對性和相關(guān)性，這給正確提取故障特征、精確故障定位帶來很大困難，使得傳統(tǒng)的診斷技術(shù)越來越難以滿足實際要求。因此，如何從帶故障設(shè)備的復(fù)雜狀態(tài)行為中提取故障特征并探索適用于柴油機故障診斷的方法，以便及時準確地找出故障源，提高整個系統(tǒng)的可靠性、可維修性和安全性，是一個亟待解決的問題，也是柴油機故障診斷技術(shù)繼續(xù)深入發(fā)展所面臨的課題之一。

目前柴油機故障診斷方法主要包括：振動分析法、鐵譜分析法、性能參數(shù)法、瞬時轉(zhuǎn)速法等等?；谡駝臃治龅牟裼蜋C故障診斷方法，通常都是采集缸蓋上的振動信號再經(jīng)過時域分析、頻域分析、時頻分析等信號處理技術(shù)找出故障特征對柴油機進行診斷，但振動傳感器不好安裝，信號處理方法復(fù)雜，不易儀表實現(xiàn)。鐵譜分析法需取樣柴油機潤滑油進行油液成分分析，耗時較長，只能離線進行。性能參數(shù)法根據(jù)柴油機的功率、油壓、溫度、壓縮壓力、爆發(fā)壓力、扭矩、尾氣等有關(guān)參數(shù)的檢測進行故障診斷，測量參數(shù)多，檢測困難，診斷算法復(fù)雜，不易在線實現(xiàn)。

自20世紀80年代以來，利用瞬時轉(zhuǎn)速信號(也稱為曲軸角振動信號)進行柴油機故障診斷取得了很大進展。常用方法包括轉(zhuǎn)速波形分析、氣缸壓力估計反演等。國際上，意大利博洛尼亞大學(xué)、美國福特汽車公司、美國印第安納州普度大學(xué)、英國萊斯特大學(xué)交通學(xué)院等科研人員對于瞬時轉(zhuǎn)速在判斷柴油機各缸做功狀況(工作不均勻性或壓縮不均勻性)和診斷柴油機故障缸方面的研究比較深入，而且在利用瞬時轉(zhuǎn)速信號推算氣缸內(nèi)壓力變化的方面也有所建樹。在國內(nèi)，華中科技大學(xué)、武漢交通科技大學(xué)、大連海事大學(xué)以及西南交通大學(xué)等高校也在研究基于瞬時轉(zhuǎn)速信號進行柴油機故障診斷的方面有所成就，并且發(fā)展了多種故障診斷分析方法。轉(zhuǎn)速波形分析法是直接利用瞬時轉(zhuǎn)速的波形進行柴油機故障特征值的提取，具有可直接提取參數(shù)、計算量小、較通用而且不涉及柴油機結(jié)構(gòu)參數(shù)等優(yōu)點，缺點是：提取的特征參數(shù)并非無量綱量，不好判斷故障閾值；有時對故障的敏感程度不同，對故障判斷和定位帶來困難。氣缸壓力估計反演法雖然可以反演推算出缸內(nèi)壓力、扭矩波動等，但是在實際建模過程中比較復(fù)雜，用于反演的數(shù)據(jù)量和計算量太大，還必須包含整個柴油機的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，實際應(yīng)用困難。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量及氣缸熄火故障診斷裝置和方法，該裝置提供一種具有柴油機瞬時轉(zhuǎn)速在線測試以及進行氣缸熄火故障診斷的設(shè)備，柴油機氣缸熄火故障診斷方法能夠有效地解決因柴油機本身呈復(fù)雜的非線性關(guān)系導(dǎo)致故障診斷結(jié)果誤差大的問題，具有預(yù)測精度高、智能化程度高、可儀表實現(xiàn)等特點。

為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種柴油機瞬時轉(zhuǎn)速測量及氣缸熄火故障診斷裝置包括檢測單元、中央處理單元、顯示單元、輸入單元和輔助電源；所述檢測單元測取柴油機飛輪瞬時轉(zhuǎn)速信號和上止點信號并傳送到中央處理單元；中央處理單元根據(jù)接收到的信號計算瞬時轉(zhuǎn)速，并將瞬時轉(zhuǎn)速平滑濾波處理后送至顯示單元，同時中央處理單元根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速進行氣缸熄火故障診斷，確定故障氣缸的位置，并送至顯示單元；輸入單元與中央處理單元連接，輸入柴油機的飛輪齒數(shù)；輔助電源給各模塊供電。

在上述裝置中，所述檢測單元包括霍爾傳感器、電磁式轉(zhuǎn)速傳感器、脈沖整形單元Ⅰ和脈沖整形單元Ⅱ，其中電磁式轉(zhuǎn)速傳感器將高速運轉(zhuǎn)的柴油機飛輪信號轉(zhuǎn)換成正弦信號，通過脈沖整型單元Ⅱ處理得到規(guī)則方波，輸入中央處理單元(高速頻率測量單元)；霍爾傳感器接近安裝在飛輪上止點處的強力磁鐵時，霍爾傳感器輸出指示信號，通過脈沖整型單元Ⅰ處理后，向中央處理單元送入上止點信號。