[发明专利]一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及柴油机故障诊断领域，具体涉及一种柴油机瞬时转速测量装置及气缸熄火故障诊断方法，是一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置。

背景技术

柴油机作为最常用的动力机械设备，广泛应用于石油矿场、固定发电、铁路牵引、工程机械等领域以及军车、坦克、军舰、船舶等的动力系统，一旦发生故障往往会造成停工生产、设备损坏甚至人员伤亡，带来巨大的经济损失和社会负面影响。因此对柴油机运行状态进行实时监测和快速故障定位显得十分必要。由于柴油机是一种往复式运动机械，柴油机的瞬时转速呈现一定有规律的波动，其中蕴含了丰富的柴油机工作状态信息，且转速信号容易测取，适用于气缸熄火故障判别，因此利用智能信息处理技术，检测柴油机瞬时转速信息并对柴油机进行状态监测和故障诊断具有重要意义。

柴油机作为一个非线性系统，激励和响应都具有非平稳性。系统故障的复杂性表现在故障的多层次性、模糊性、并发性以及相对性和相关性，这给正确提取故障特征、精确故障定位带来很大困难，使得传统的诊断技术越来越难以满足实际要求。因此，如何从带故障设备的复杂状态行为中提取故障特征并探索适用于柴油机故障诊断的方法，以便及时准确地找出故障源，提高整个系统的可靠性、可维修性和安全性，是一个亟待解决的问题，也是柴油机故障诊断技术继续深入发展所面临的课题之一。

目前柴油机故障诊断方法主要包括：振动分析法、铁谱分析法、性能参数法、瞬时转速法等等。基于振动分析的柴油机故障诊断方法，通常都是采集缸盖上的振动信号再经过时域分析、频域分析、时频分析等信号处理技术找出故障特征对柴油机进行诊断，但振动传感器不好安装，信号处理方法复杂，不易仪表实现。铁谱分析法需取样柴油机润滑油进行油液成分分析，耗时较长，只能离线进行。性能参数法根据柴油机的功率、油压、温度、压缩压力、爆发压力、扭矩、尾气等有关参数的检测进行故障诊断，测量参数多，检测困难，诊断算法复杂，不易在线实现。

自20世纪80年代以来，利用瞬时转速信号(也称为曲轴角振动信号)进行柴油机故障诊断取得了很大进展。常用方法包括转速波形分析、气缸压力估计反演等。国际上，意大利博洛尼亚大学、美国福特汽车公司、美国印第安纳州普度大学、英国莱斯特大学交通学院等科研人员对于瞬时转速在判断柴油机各缸做功状况(工作不均匀性或压缩不均匀性)和诊断柴油机故障缸方面的研究比较深入，而且在利用瞬时转速信号推算气缸内压力变化的方面也有所建树。在国内，华中科技大学、武汉交通科技大学、大连海事大学以及西南交通大学等高校也在研究基于瞬时转速信号进行柴油机故障诊断的方面有所成就，并且发展了多种故障诊断分析方法。转速波形分析法是直接利用瞬时转速的波形进行柴油机故障特征值的提取，具有可直接提取参数、计算量小、较通用而且不涉及柴油机结构参数等优点，缺点是：提取的特征参数并非无量纲量，不好判断故障阈值；有时对故障的敏感程度不同，对故障判断和定位带来困难。气缸压力估计反演法虽然可以反演推算出缸内压力、扭矩波动等，但是在实际建模过程中比较复杂，用于反演的数据量和计算量太大，还必须包含整个柴油机的相关结构参数，实际应用困难。

发明内容

鉴于以上缺陷，本发明的目的在于提供一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置和方法，该装置提供一种具有柴油机瞬时转速在线测试以及进行气缸熄火故障诊断的设备，柴油机气缸熄火故障诊断方法能够有效地解决因柴油机本身呈复杂的非线性关系导致故障诊断结果误差大的问题，具有预测精度高、智能化程度高、可仪表实现等特点。

为实现上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：一种柴油机瞬时转速测量及气缸熄火故障诊断装置包括检测单元、中央处理单元、显示单元、输入单元和辅助电源；所述检测单元测取柴油机飞轮瞬时转速信号和上止点信号并传送到中央处理单元；中央处理单元根据接收到的信号计算瞬时转速，并将瞬时转速平滑滤波处理后送至显示单元，同时中央处理单元根据瞬时转速进行气缸熄火故障诊断，确定故障气缸的位置，并送至显示单元；输入单元与中央处理单元连接，输入柴油机的飞轮齿数；辅助电源给各模块供电。

在上述装置中，所述检测单元包括霍尔传感器、电磁式转速传感器、脉冲整形单元Ⅰ和脉冲整形单元Ⅱ，其中电磁式转速传感器将高速运转的柴油机飞轮信号转换成正弦信号，通过脉冲整型单元Ⅱ处理得到规则方波，输入中央处理单元(高速频率测量单元)；霍尔传感器接近安装在飞轮上止点处的强力磁铁时，霍尔传感器输出指示信号，通过脉冲整型单元Ⅰ处理后，向中央处理单元送入上止点信号。