專利名稱：柴油機(jī)故障智能診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柴油機(jī)的故障檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)是一種使用面廣、裝備量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械，其故障診斷問題 一直是車輛裝備保障的重點(diǎn)和難題。其組成結(jié)構(gòu)和工作原理的復(fù)雜性導(dǎo)致了其故障癥狀復(fù) 雜、故障信號(hào)檢測(cè)困難、故障原因與故障癥狀以及特征參數(shù)值之間是極其錯(cuò)綜復(fù)雜的非線 性映射關(guān)系。同一故障原因往往對(duì)應(yīng)著多種故障癥狀，同一故障癥狀又可由多個(gè)特征參數(shù) 來反映；反之，多個(gè)特征參數(shù)又是某個(gè)或某些征兆的不同程度的定量描述，同一故障癥狀又 對(duì)應(yīng)著多種故障原因。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系往往又是模糊的，其模糊性既來自故障與癥狀之間的 不確定性，又有來自故障與癥狀在概念描述上的不精確性。因此柴油機(jī)故障診斷是比較困 難的，也是車輛維修部門急需解決的問題。利用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能診斷技術(shù)開發(fā)一種柴油機(jī)智能 診斷系統(tǒng)，能夠協(xié)助維修人員快速查找柴油機(jī)故障原因，提高維修效率。柴油機(jī)故障診斷技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前已形成了多種監(jiān)測(cè)手段和診斷方法， 如油液監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、性能參數(shù)監(jiān)測(cè)、燃燒過程監(jiān)測(cè)、傳統(tǒng)診斷法、模糊邏輯診斷、多級(jí)融 合診斷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和人工智能診斷等，這些方法按照各自的工作原理，從不同的角度獲得柴 油機(jī)不同形式的工作狀態(tài)信息和診斷結(jié)果。主要不同監(jiān)測(cè)方法及其特點(diǎn)如下性能參數(shù)監(jiān)測(cè)主要指對(duì)柴油機(jī)各種靜態(tài)熱工參數(shù)(壓力、溫度、流量、轉(zhuǎn)速、噴油 提前角等)的檢測(cè)與診斷，而對(duì)于分析復(fù)雜的柴油機(jī)故障原因和多模式故障的診斷，僅依 靠這些有限的參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。振動(dòng)監(jiān)測(cè)通過提取缸蓋或缸體上振動(dòng)信號(hào)的頻率特征來分析柴油機(jī)工作過程故 障，但柴油機(jī)振動(dòng)源多，振動(dòng)傳播路徑和振動(dòng)機(jī)理都比較復(fù)雜，各類故障所對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率 無論是從理論上還是在實(shí)踐上都難以準(zhǔn)確確定。油液監(jiān)測(cè)主要是對(duì)機(jī)油進(jìn)行鐵譜分析和光譜分析，通過對(duì)機(jī)油中磨損元素的分 析來了解主要零部件的磨損情況，這是從整體上對(duì)設(shè)備磨損情況的分析，要具體定位故障 部位，還需結(jié)合其它方法對(duì)故障作進(jìn)一步分析。燃燒過程監(jiān)測(cè)使用缸內(nèi)壓力傳感器監(jiān)測(cè)氣缸內(nèi)燃燒壓力的變化情況，通過對(duì)燃 燒壓力的分析來了解各缸工作的好壞、活塞環(huán)磨損等情況，但對(duì)其它部位故障的確定從理 論上和實(shí)踐上都難在準(zhǔn)確確定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種可以對(duì)柴油機(jī)故障進(jìn)行快速、綜合診斷的方法。一種柴油機(jī)故障智能診斷方法，包括如下步驟1)待檢測(cè)柴油機(jī)起動(dòng)后，判斷待檢測(cè)柴油機(jī)功率，如功率下降則為故障柴油機(jī)；若待檢測(cè)柴油機(jī)無法正常起動(dòng)，則檢測(cè)空載電瓶電壓、電瓶?jī)?nèi)阻(電瓶電壓波形)、起動(dòng)電壓、起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)速，以判斷檢測(cè)柴油機(jī)無法正常起動(dòng)的原因。待檢測(cè)柴油機(jī)起動(dòng)后，通過曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和缸壓傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載加速 時(shí)間、減速時(shí)間、平均功率、在設(shè)定轉(zhuǎn)速下的瞬時(shí)功率、扭矩等參數(shù)，計(jì)算得到待檢測(cè)柴油機(jī) 的功率，如功率下降則判斷為故障柴油機(jī)。2)定位故障柴油機(jī)的故障缸；通過測(cè)量各缸相對(duì)缸壓比、各缸不均勻度(起動(dòng)電 壓波形)，單缸斷火后的轉(zhuǎn)速下降值，可以定位出故障柴油機(jī)的故障缸。其中單缸斷火后的轉(zhuǎn)速下降值，可由曲軸轉(zhuǎn)速傳感器采集。另外測(cè)量各種轉(zhuǎn)速下的充電電壓、充電電流(充電電壓波形)還可以實(shí)時(shí)反映發(fā) 電機(jī)的工作狀態(tài)是否正常，充電電壓、充電電流主要由電瓶傳感器和電流傳感器采集。3)診斷故障缸的供油系統(tǒng)，若有故障則提供該故障信息；故障缸的供油系統(tǒng)可通過對(duì)高壓油管供油波形(卡式供油波形)、最大供油壓力、 油閥開起油壓、供油提前角(串式油壓波形)的測(cè)量來進(jìn)行確定。其中高壓油管供油波形(卡式供油波形)、最大供油壓力、油閥開起油壓由卡式供 油傳感器和串式油壓傳感器采集。供油提前角(串式油壓波形)由曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和正時(shí)燈傳感器采集。4)若故障缸的供油系統(tǒng)無故障，則通過缸壓傳感器采集測(cè)量絕對(duì)缸壓，診斷故障 缸的氣密性，若氣密性有故障則提供該故障信息；5)若故障缸的氣密性無故障，則通過異響傳感器采集測(cè)量主軸承響、連桿軸承響、 活塞銷響、活塞敲缸響和氣門響等信號(hào)，以診斷故障缸是否有異響，若有異響則提供該異響 所在部位；6)若故障缸無異響，則判斷待檢測(cè)柴油機(jī)處于無故障狀態(tài)。另外在整個(gè)故障智能診斷過程中，通過溫度傳感器實(shí)時(shí)采集待檢測(cè)柴油機(jī)的冷卻 液溫度、排氣溫度。本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法中，各個(gè)檢測(cè)步驟都需要對(duì)采集的參數(shù)進(jìn)行特 征提取，一般可以采用現(xiàn)有的提取方法。作為優(yōu)選，在對(duì)待檢測(cè)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行處 理時(shí)，對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)包含的特征參數(shù)的提取采取了模型分析法和波形分析法兩種方 法。對(duì)高壓油管壓力波形包含的特征參數(shù)的提取采用小波變換、模糊C-均值聚類方法。本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法利用先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，建立了曲軸的瞬 時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)、高壓油管壓力信號(hào)和氣缸壓力信號(hào)等與柴油機(jī)工作過程參數(shù)間的關(guān)系， 利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、模糊數(shù)學(xué)的原理和柴油機(jī)工作過程專家診斷系統(tǒng)的判斷推理，通過快速檢測(cè) 曲軸的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)、高壓油管壓力信號(hào)和氣缸壓力信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的快速、綜合 故障診斷。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法，可以利用柴油機(jī)故障智能診斷儀，便 攜式柴油機(jī)故障診斷儀及相應(yīng)的外圍傳感器組成，具有可靠、穩(wěn)定、抗惡劣環(huán)境的特點(diǎn)，內(nèi) 置軟件采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，診斷儀完成數(shù)據(jù)采集、分析、處理以及現(xiàn)場(chǎng)故障診斷并輸出 診斷結(jié)果等功能。數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了接收診斷儀數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)可視化分析、柴油機(jī)狀態(tài) 檔案管理、柴油機(jī)運(yùn)行故障趨勢(shì)分析等功能。本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法可實(shí)現(xiàn)1.故障診斷功能
能夠診斷的主要故障包括整機(jī)功率下降故障(起動(dòng)故障)、故障缸定位、氣密性 故障、進(jìn)排氣管路堵塞、供油提前角異常、噴油器起噴壓力異常、噴油量異常、噴油霧化不良 等進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件的故障。2.監(jiān)控功能本系統(tǒng)通過大量實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)存儲(chǔ)了柴油機(jī)關(guān)鍵技術(shù)狀態(tài)參數(shù)的合理閾值，對(duì)超標(biāo) 參數(shù)除給出報(bào)警信息外，還能給出超標(biāo)原因和具體的調(diào)整方案。3.柴油機(jī)狀態(tài)歸檔和故障趨勢(shì)分析系統(tǒng)將柴油機(jī)各技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)存檔，建立狀態(tài)技術(shù)檔案，通過不同歷史時(shí)期的數(shù) 據(jù)對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)的狀態(tài)跟蹤檢測(cè)，同時(shí)能夠?qū)撛诠收线M(jìn)行趨勢(shì)分析、預(yù)報(bào)。


圖1為本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法的流程圖；圖2為診斷故障缸的供油系統(tǒng)的流程圖；圖3為本發(fā)明柴油機(jī)智能診斷儀的硬件系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明一種柴油機(jī)故障智能診斷方法，包括如下步驟1)起動(dòng)待檢測(cè)柴油機(jī)，若待檢測(cè)柴油機(jī)無法正常起動(dòng)，則檢測(cè)空載電瓶電壓、電瓶 內(nèi)阻(電瓶電壓波形)、起動(dòng)電壓、起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，以判斷檢測(cè)柴油機(jī)無法正常 起動(dòng)的原因。若待檢測(cè)柴油機(jī)可以起動(dòng)，則判斷待檢測(cè)柴油機(jī)功率，通過曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和缸 內(nèi)壓力傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載加速時(shí)間、減速時(shí)間、平均功率、在設(shè)定轉(zhuǎn)速下的瞬時(shí)功 率、扭矩，計(jì)算得到待檢測(cè)柴油機(jī)的功率，若功率下降則判斷為故障柴油機(jī)。2)通過測(cè)量各缸相對(duì)缸壓比、各缸不均勻度(起動(dòng)電壓波形)，單缸斷火后的轉(zhuǎn)速 下降值，可定位出故障柴油機(jī)的故障缸，其中單缸斷火后的轉(zhuǎn)速下降值，可由曲軸轉(zhuǎn)速傳感 器米集。3)診斷故障缸的供油系統(tǒng)，若有故障則提供該故障信息；故障缸的供油系統(tǒng)可通過對(duì)高壓油管供油波形(卡式供油波形)、最大供油壓力、 油閥開起油壓、供油提前角(串式油壓波形)的測(cè)量來進(jìn)行檢測(cè)。其中高壓油管供油波 形(卡式供油波形)、最大供油壓力、油閥開起油壓由卡式供油傳感器和串式油壓傳感器采 集。供油提前角(串式油壓波形)由曲軸轉(zhuǎn)速傳感器和正時(shí)燈傳感器采集。本步驟中可根據(jù)高壓油管壓力信號(hào)進(jìn)一步確定是否由于供油系統(tǒng)故障造成了功 率下降。過程參見圖2，首先對(duì)測(cè)得的柴油機(jī)高壓油管壓力波形進(jìn)行小波變換，提取反映故 障狀態(tài)的5個(gè)特征參數(shù)P0、Pm、Ts、Cf、Ifo其中，P0噴油器開啟壓力(可用電壓信號(hào)V來表征)；Pffl最大噴油壓力(可用電壓信號(hào)V來表征)；Ts 噴射時(shí)間(ms)；Cf峰值因子；
If脈沖因子。利用模糊C-均值聚類算法建立標(biāo)準(zhǔn)故障特征模式，通過對(duì)待識(shí)樣本與標(biāo)準(zhǔn)模式 的貼近度計(jì)算和比較，可以完成故障模式的模式識(shí)別。擬識(shí)別的供油系統(tǒng)的3種主要故障為a噴油嘴積炭和堵塞導(dǎo)致的噴油孔總噴射面積減?。籦高壓油管接頭滲漏和出油閥磨損；c噴油器彈簧折斷。4)若故障缸的供油系統(tǒng)無故障，則可通過缸壓傳感器采集測(cè)量絕對(duì)缸壓，診斷故 障缸的氣密性，若氣密性有故障則提供該故障信息；5)若故障缸的氣密性無故障，則通過異響傳感器采集測(cè)量主軸承響、連桿軸承響、 活塞銷響、活塞敲缸響和氣門響等信號(hào)，以診斷故障缸的異響，若有異響則提供該異響所在 部位；6)若故障缸無異響，則判斷待檢測(cè)柴油機(jī)處于無故障狀態(tài)。具體操作時(shí)采用柴油機(jī)智能診斷儀對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行不解體檢測(cè)和故障診斷。圖3可 見本發(fā)明硬件系統(tǒng)構(gòu)成，診斷儀硬件系統(tǒng)能滿足下列需求1)數(shù)據(jù)的高速、準(zhǔn)確采集；2)實(shí)時(shí)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理；3)給出明確的故障診斷結(jié)果；4)提供方便的人機(jī)接口，操作員可方便的選擇、控制工作流程，現(xiàn)場(chǎng)采集和分析數(shù) 據(jù)結(jié)果的圖形化實(shí)時(shí)顯示；5)采集的原始數(shù)據(jù)和分析處理完的數(shù)據(jù)結(jié)果離線存儲(chǔ)；6)整個(gè)硬件自成系統(tǒng)，體積小，便攜；7)工作可靠，抗工業(yè)惡劣環(huán)境。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法，在柴油機(jī)智能診斷儀中可安裝和運(yùn)行相應(yīng)的柴油機(jī)智能診 斷軟件，軟件分為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、人機(jī)交互子系統(tǒng)、故障診斷子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)。 可滿足的主要功能如下1)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)，控制采集流程；2)提供友好的人機(jī)接口，中文圖形界面；3)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、計(jì)算，顯示/存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果；4)進(jìn)行實(shí)時(shí)故障診斷分析，并實(shí)時(shí)顯示結(jié)果；5)提供方便可靠的數(shù)據(jù)傳輸接口 ；6)數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)。柴油機(jī)智能診斷軟件系統(tǒng)預(yù)先在典型車型上進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，并用試驗(yàn)結(jié)果訓(xùn)練智 能診斷軟件。
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)故障智能診斷方法，其特征在于，包括如下步驟1)待檢測(cè)柴油機(jī)起動(dòng)后，判斷待檢測(cè)柴油機(jī)功率，如功率下降則為故障柴油機(jī)；2)定位故障柴油機(jī)的故障缸；3)診斷故障缸的供油系統(tǒng)，若有故障則提供該故障信息；4)若故障缸的供油系統(tǒng)無故障，則診斷故障缸的氣密性，若氣密性有故障則提供該故 障信息；5)若故障缸的氣密性無故障，則診斷故障缸的異響，若有異響則提供該異響信息；6)若故障缸無異響，則判斷待檢測(cè)柴油機(jī)處于無故障狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油機(jī)故障智能診斷方法，其特征在于，步驟1)中待檢測(cè)柴油 機(jī)起動(dòng)后，通過檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)無負(fù)載加速時(shí)間、減速時(shí)間、平均功率、在設(shè)定轉(zhuǎn)速下的瞬時(shí)功 率和扭矩，計(jì)算得到待檢測(cè)柴油機(jī)的功率。
3.如權(quán)利要求2所述的柴油機(jī)故障智能診斷方法，其特征在于，步驟2)中通過測(cè)量各 缸相對(duì)缸壓比、各缸不均勻度，單缸斷火后的轉(zhuǎn)速下降值來定位故障缸。
4.如權(quán)利要求3所述的柴油機(jī)故障智能診斷方法，其特征在于，步驟3)中故障缸的供 油系統(tǒng)通過對(duì)高壓油管供油波形、最大供油壓力、油閥開起油壓、供油提前角的測(cè)量來進(jìn)行 確定。
5.如權(quán)利要求4所述的柴油機(jī)故障智能診斷方法，其特征在于，步驟5)中通過測(cè)量主 軸承響、連桿軸承響、活塞銷響、活塞敲缸響和氣門響以診斷故障缸的異響部位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柴油機(jī)故障智能診斷方法，包括如下步驟1)判斷待檢測(cè)柴油機(jī)功率，如功率下降則為故障柴油機(jī)；2)定位故障柴油機(jī)的故障缸；3)診斷故障缸的供油系統(tǒng)，若有故障則提供該故障信息；4)若故障缸的供油系統(tǒng)無故障，則診斷故障缸的氣密性，若氣密性有故障則提供該故障信息；5)若故障缸的氣密性無故障，則診斷故障缸的異響，若有異響則提供該異響信息；6)若故障缸無異響，則判斷待檢測(cè)柴油機(jī)處于無故障狀態(tài)。本發(fā)明柴油機(jī)故障智能診斷方法可以對(duì)柴油機(jī)故障進(jìn)行快速、綜合診斷的方法。
文檔編號(hào)G01M15/05GK102095588SQ201010609509
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉剛, 劉瑞林, 吳曉, 周廣猛, 董素榮, 許翔 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍事交通學(xué)院