CN105784377A - 基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法及装置，采用信号同步技术获取柴油机的上止点和曲轴转角信号，然后上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动图和瞬时转速波动率，并根据柴油机的实际上止点位置和发火顺序，提取出各缸对应的最大做功峰值，根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过30％时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
Description
技术领域
本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法及装置。
背景技术
柴油机在运行过程中，其瞬时转速存在着有规律的波动，瞬时转速蕴含了非常丰富的柴油机运行状态信息，通过对瞬时转速信号的监测和分析处理可以得到柴油机的运行状态和故障的丰富信息。柴油机在正常工况下各缸的动力性能是基本一致的，柴油机运转平稳，各缸瞬时转速波动虽有差异，但总在一个不大的范围内，并呈现某种规律性。但当某个气缸工作不正常时，即柴油机在故障态下运行时，柴油机各缸的动力性能的一致性被破坏，柴油机运转平稳性变差，转速波动信号会产生严重的畸变，据此可以判断其柴油机缸内工作过程的好坏，并可根据发火顺序定位故障缸。
柴油机的气缸动力性能是指单缸的作功能力，它与该气缸的工作过程紧密相关。造成气缸动力性能下降的原因很多，对柴油机而言，主要原因有喷油定时不正常、缸内燃油供给不正常或进气压缩压力过低。主要是因为配气机构故障、燃油系统故障、气门密封故障以及活塞与缸套密封不严所造成。根据气缸动力性能可以确定这些故障，但是判断准确率偏低并且还可以存在故障报警延迟的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法及装置，用以解决现有故障判断方法准确率偏低以及故障报警延迟的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法，包括：
采用信号同步技术获取柴油机各缸的上止点和曲轴转角信号；
根据上止点和曲轴转角信号进行处理，得到瞬时转速波动率；
根据瞬时转动波动率，提取到所述柴油机各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值，并根据实际工况下的各缸最大做功峰值的统计阈值，进行柴油机工作均衡性的故障诊断。
进一步地，得到瞬时转速波动率的过程具体包括：
以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动率。
进一步地，所述柴油机各缸最大做功峰值是对采集到的瞬时转速信号进行齿平均、周期平均和滤波处理后，根据柴油机的上止点位置，结合柴油机的各缸发火间隔角，划分各缸对应的瞬时转速波动率后，提取得到的。
进一步地，根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过预定值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
其中，所述预定值为30％。
本发明还提供了一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断装置，包括：
采集模块，用于采用信号同步技术获取柴油机各缸的上止点和曲轴转角信号；
瞬时转速波动率计算模块，用于根据上止点和曲轴转角信号进行处理，得到瞬时转速波动率；
故障诊断模块，用于根据瞬时转动波动率，提取到所述柴油机各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值，并根据实际工况下的各缸最大做功峰值的统计阈值，进行柴油机工作均衡性的故障诊断。
进一步地，所述瞬时转速波动率计算模块具体用于，以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动率。
进一步地，所述故障诊断模块对采集到的瞬时转速信号进行齿平均、周期平均和滤波处理后，根据柴油机的上止点位置，结合柴油机的各缸发火间隔角，划分各缸对应的瞬时转速波动率后，提取得到柴油机各缸最大做功峰值。
进一步地，所述故障诊断模块根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过预定值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
其中，所述预定值为30％。
本发明有益效果如下：
本发明可以早期地发现柴油机气缸工作均衡性的异常，并可定位到柴油机异常的气缸，速度快，效率高。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例所述方法的流程示意图；
图2示出了高频时钟计数法测量瞬时转速示意图；
图3示出了某缸失火故障态柴油机瞬时转速波动率对比；
图4示出了某缸失火故障态柴油机各缸瞬时转速波动率作功峰值对比；
图5为本发明实施例所述装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
首先，结合附图1到4对本发明所述方法进行详细说明。
如图1所示，图1为基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法的流程示意图，具体可以包括如下步骤：
首先，采用信号同步技术获取柴油机每个缸的上止点和曲轴转角信号；
上述柴油机上止点信号和瞬时转速信号同步采集是以上止点信号作为FPGA的外触发信号，其采样长度需要根据柴油机飞轮的齿数进行采集，实现信号的同步采集和准确定位；
然后，以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，对获得的瞬间变速进行齿平均、周期平均和滤波处理，得瞬时转速波动率；这里，通过曲轴转角信号获得瞬变转速，可以得到精度比较高的瞬变转速，并且处理速度快。
接着，根据柴油机的实际上止点位置和发火顺序，提取出各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值；
最后，根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过某一预定值(例如30％)时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
图2示出了利用FPGA高频时钟计数器同步采集上止点信号和瞬时转速信号，以上止点信号作为外触发和标记信号，作为起始标记可截取柴油机每一循环中特定齿数的瞬时转速信号，其采样长度需要根据柴油机的飞轮齿数进行控制。
图3示出了某型柴油机发生了工作均衡性故障(失火故障)时瞬时转速波动率与正常工作状态在某工况条件下的对比图。在两种状态下，柴油机发生失火故障后，上止点和瞬时转速信号经同步采集、齿平均、周期平均、滤波处理后，并根据上止点位置和发火顺序及发火间隔角处理得到的对比图。
图4示出了在瞬时转速波动率计算正确的基础上，找到各缸对应发火间隔角度范围内的最大做功峰值，从而根据柴油机对应工况下的最大做功峰值统计得到的阈值诊断，从而可以确定柴油机是否发生了工作均衡性故障，并可确定到故障缸。
接下来结合附图5对本发明实施例所述装置进行详细说明。
如图5所示，图5为一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断装置，包括：
采集模块，用于采用信号同步技术获取柴油机各缸的上止点和曲轴转角信号；
瞬时转速波动率计算模块，用于根据上止点和曲轴转角信号进行处理，得到瞬时转速波动率；
故障诊断模块，用于根据瞬时转动波动率，提取到所述柴油机各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值，并根据实际工况下的各缸最大做功峰值的统计阈值，进行柴油机工作均衡性的故障诊断。
其中，瞬时转速波动率计算模块具体用于，以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动率。
故障诊断模块对采集到的瞬时转速信号进行齿平均、周期平均和滤波处理后，根据柴油机的上止点位置，结合柴油机的各缸发火间隔角，划分各缸对应的瞬时转速波动率后，提取得到柴油机各缸最大做功峰值。
故障诊断模块根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过预定值(30％)时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于瞬时转转速的柴油机气缸工作均衡性故障诊断方法及装置，由于柴油机的瞬时转速信号与各缸内的工作过程之间也有着密切的联系，柴油机瞬时转速信号的波动是作用在曲轴上总切向力矩变化的直接反映，是气体压力、往复惯性力、摩擦力及负载等共同作用的结果。缸内气体压力的波动会在瞬时转速的波动中得到体现，故利用瞬时转速诊断影响气体压力变化的故障是可行的，并且要优于现有故障诊断方法。本发明可以早期地发现柴油机气缸工作均衡性的异常，并可定位到柴油机异常的气缸，速度快，效率高。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断方法，其特征在于，包括：
采用信号同步技术获取柴油机各缸的上止点和曲轴转角信号；
根据上止点和曲轴转角信号进行处理，得到瞬时转速波动率；
根据瞬时转动波动率，提取到所述柴油机各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值，并根据实际工况下的各缸最大做功峰值的统计阈值，进行柴油机工作均衡性的故障诊断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体包括：得到瞬时转速波动率的过程具体包括：
以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动率。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柴油机各缸最大做功峰值是对采集到的瞬时转速信号进行齿平均、周期平均和滤波处理后，根据柴油机的上止点位置，结合柴油机的各缸发火间隔角，划分各缸对应的瞬时转速波动率后，提取得到的。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过预定值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定值为30％。
6.一种基于瞬时转速的柴油机工作均衡性故障诊断装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采用信号同步技术获取柴油机各缸的上止点和曲轴转角信号；
瞬时转速波动率计算模块，用于根据上止点和曲轴转角信号进行处理，得到瞬时转速波动率；
故障诊断模块，用于根据瞬时转动波动率，提取到所述柴油机各缸对应的最大转速波动率，即最大做功峰值，并根据实际工况下的各缸最大做功峰值的统计阈值，进行柴油机工作均衡性的故障诊断。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，具体包括：所述瞬时转速波动率计算模块具体用于，以上止点信号作为标识，识别柴油机的完整工作循环，通过曲轴转角信号获得经过柴油机齿盘每一个齿的瞬变转速，通过齿平均、周期平均和滤波技术对获取到的瞬时转速信号进行处理，得到瞬时转速波动率。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述故障诊断模块对采集到的瞬时转速信号进行齿平均、周期平均和滤波处理后，根据柴油机的上止点位置，结合柴油机的各缸发火间隔角，划分各缸对应的瞬时转速波动率后，提取得到柴油机各缸最大做功峰值。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述故障诊断模块根据获取柴油机同一工况下的多组整工作周期对应缸最大做功峰值对比分析，当偏差超过预定值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定值为30％。
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