专利名称：发动机燃油系统故障的检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机故障的检测技术，尤其是指一种发动机燃油系统故障的检测装置及方法。
背景技术：
发动机的燃油系统主要故障有个别缸熄火、喷油提前或落后等。熄火的主要原因是喷油器堵塞、喷油泵供油压力不足，使燃料不能形成良好的雾化，因而引起相应缸不工作。熄火一方面造成燃料的很大浪费，如对于一台大型钻井用PZ12V190发动机而言，若有一个缸熄火，则会造成近1/12燃料的浪费，据不完全统计，国内大型柴油机因此而损失的燃油费用近亿元人民币；另一方面，则造成发动机动力输出不足，影响生产，并使整机的扭矩不平衡，造成扭振，影响发动机的寿命。喷油提前或落后则是由于供油提前角的调整存在误差，使燃油没有在规定的时刻供给汽缸，因而会引起燃烧不充分、爆燃、排温过高等现象，也会降低发动机的动力输出，并对整机性能造成不良影响。
因此，对于上述故障的检测具有很大的经济价值，同时对保证安全生产也具有重要意义。目前燃油系统的检测方法主要有振动提纯法、波形分析法、频谱分析法和频响函数法等，这些方法从不同的角度有效地诊断了燃油系统的熄火、爆燃等故障，但无法判断出供油角的大小，因而具有一定的片面性，造成解释故障原因的能力较弱，对排除故障的指导性不强。
有鉴于此，本发明人为解决上述公知技术存在的问题，乃决心凭其从事本领域多年研发、制造的经验，经多次的开发研究后终于得到本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种发动机故障的检测装置及方法，其能检测出发动机的供油提前角，并能判断出汽缸内燃烧是否良好，以达到对燃油系统进行全面检测的目的。
本发明的技术解决方案是一种发动机燃油系统故障的检测装置，其包括转速检测单元、振动检测单元及数据处理单元，其中，所述数据处理单元接收所述转速检测单元检测到的转速信号及振动检测单元获得的燃烧振动信号，并对上述信号进行放大、模/数转换处理，对比分析得到的转速脉冲波形与燃烧振动波形以判断供油提前角及燃烧状况。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其中，所述转速检测单元包括贴设于发动机飞轮的零刻度处的反光片及设置于上止点指针处用于接受所述反光片信号的光电转速传感器。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其中所述振动检测单元包括一振动加速度传感器，该振动加速度传感器设置于发动机的缸盖表面以接收所述振动信号并传送给该数据处理单元。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其中所述检测装置还包括一显示单元，所述数据处理单元的分析判断结果传送至该显示单元进行显示。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其中所述数据处理单元具有一双通道数据采集器，同时采集所述转速检测单元的转速信号及振动检测单元的振动信号。
本发明还提出一种发动机燃油系统故障的检测方法，所述检测方法包括检测发动机的转速信号及燃烧振动信号；对上述转速信号进行处理，并对比分析得到的转速脉冲波形与燃烧振动波形，判断供油提前角及燃烧状况。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其中供油提前角的判断步骤包括A.根据转速数据中连续两个脉冲的位置，计算出发动机转动周期T及转速N；B.计算脉冲波形前沿与振动波形前沿之间相距的时间t；C.求出在转速N下的实测喷油提前角α；D.将所述实测喷油提前角α与一标准喷油提前角α′进行对比，得出当前缸的喷油提前状况若α＞α′，喷油提前；若α＜α′，喷油落后。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其中上述燃烧状况的判断步骤包括A.计算燃烧振动波形的有效值Xrms；B.将该燃烧振动波形的有效值Xrms与一标准有效值Xrms′进行比较，以判断燃烧状况。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其中，还包括设定该标准有效值Xrms′的允许变化系数α、β，且所述该燃烧振动波形的有效值Xrms与标准有效值Xrms′的比较步骤包括a)若αXrms′≤Xrms≤βXrms′，则表明燃烧正常；b)若Xrms＞βXrms′，说明有爆燃的现象存在；c)若Xrms＜αXrms′，说明有熄火的现象存在。
如上所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其中α＝0.7，β＝1.4。
本发明的特点和优点是本发明的发动机故障的检测装置及方法设有转速检测单元及振动检测单元同时采集发动机的转速、振动信号，并进行对比分析，通过对比转速脉冲波形的前沿与燃烧振动波形的前沿，即可求出喷油提前角的大小；通过分析振动波形的幅值，可以精确判断汽缸的工作情况，从而克服了现有技术的缺陷，能够全面地反映出燃烧工作的状况，并能指出故障的原因，是一种对大型发动机燃油系统进行快速、准确评估的装置和方法。同时，本发明还可将所检测到的结果通过显示单元进行显示，进一步地，还可结合公知的监控装置来对发动机的相关参数进行适当的调整，使其达到最佳燃烧状况。
图1为本发明发动机故障的检测装置的结构框图。
图2为本发明发动机故障的检测装置的结构示意图。
图3为本发明的数据分析示意图。
图4为本发明发动机故障的检测方法中判断喷油提前角的流程图。
图5为本发明发动机故障的检测方法中判断燃烧状况的流程图。
附图标号说明1、机体 2、飞轮 3、刻度盘4、振动检测单元 40、振动加速度传感器 5、转速检测单元51、光电转速传感器 52、发光片6、数据处理单元具体实施方式
下面配合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的发动机燃油系统故障的检测装置，包括转速检测单元5、振动检测单元4及数据处理单元6，其中，所述数据处理单元6接收所述转速检测单元5检测到的转速信号及振动检测单元4获得的燃烧振动信号，并由其中的放大电路及A/D转换电路对上述信号进行放大、模/数转换处理，对比分析转速脉冲波形与燃烧振动波形以判断供油提前角及燃烧状况。
结合图2所示，所述转速检测单元5包括贴设于发动机1的飞轮2的刻度盘3的零刻度处的反光片52及设置于上止点指针处用于接受所述反光片52的信号的光电转速传感器51。
所述振动检测单元4包括一振动加速度传感器40，该振动加速度传感器40设置于发动机的缸盖表面以接收所述振动信号并传送给该数据处理单元6。该振动加速度传感器可为压电式加速度传感器，当然并不仅限于此，也可为磁电式、电涡流式等类型。
所述检测装置还包括一显示单元7，所述数据处理单元6的分析判断结果可传送至该显示单元7进行显示。
在本发明的一具体实施例种，所述数据处理单元6包括一双通道数据采集器及一计算机，由双通道数据采集器同时采集这两种信号，并由计算机进行后续的转换、分析处理及显示。
测试时，放在上止点指针处的光电转速传感器51对准反光片52获得转速信号，而置于缸盖表面的振动加速度传感器40接收振动信号，并传送至数据处理单元6经放大、A/D转换后进行比对分析，以判断发动机燃油系统的喷油提前角和燃烧状况。典型的转速-振动双通道信号见图3。
当反光片52随柴油机飞轮2转到光电转速传感器51处时，光电转速传感器51就会接收到一个脉冲信号，如图3中的上半部分所示。根据柴油机工作原理，这时所测缸的活塞也运行到了上止点，这样，脉冲前沿的位置就是上止点的位置，见图3中a点所在位置。而在活塞运行到上止点前的某一角度，喷油器会向汽缸中喷油并引起燃烧，产生相应的振动，如图3中的下半部分所示，其喷油时刻可以从燃烧振动波形的前沿上表现出来，见图3中b点所在位置。
依据上述工作原理，下面对与上述发送机燃油系统故障的检测装置相对应的检测方法进行详细介绍。
该检测方法实际为一转速-振动双通道检测法，包括检测发动机的转速信号及燃烧振动信号；对上述转速信号及振动信号进行处理，并对比分析所得到的转速脉冲波形与燃烧振动波形，以判断供油提前角及燃烧状况。下面结合附图4、5对本发明的检测方法的两个重要步骤进行详细说明一、结合图4所示，喷油提前角的判断方法如下(1)根据转速数据中连续两个脉冲的位置，计算出发动机转动周期T及转速NT＝MΔt(1)N=60T---(2)]]>式中M-发动机转动1转所包含的数据个数，可通过统计两个脉冲间的数据个数得出；Δt-采样周期，即采集频率fc的倒数Δt＝1/fc，一般取Δt＝5×10-5s。
(2)计算脉冲波形前沿(图3中的a点)与振动波形前沿(图3中的b点)之间相距的时间tt＝mΔt (3)式中m-脉冲波形前沿与振动波形前沿间的数据个数。
(3)求出在转速N下的实测喷油提前角αα=360tT---(4)]]>(4)将实测喷油提前角α与标准喷油提前角α′进行对比，即可得出当前缸的喷油提前状况若α＞α′，喷油提前；若α＜α′，喷油落后。
二、结合图5所示，本发明的转速-振动双通道检测方法中，其主要是根据燃烧振动波形的有效值Xrms对燃烧状况进行判断。对燃烧状况的判断步骤为(1)计算燃烧振动波形的有效值Xrms，即Xrms=1KΣi=1Kxi---(5)]]>式中xi-燃烧振动波形的时域数据；K-数据的个数，由实际数据采集文件的长度确定，一般情况下，K＝30720。
(2)假设燃烧振动的标准有效值是Xrms′(可通过检测标准状态的发动机获得)，实测值为Xrms，根据需要设定该标准有效值Xrms′的允许变化系数α、β，一般取α＝0.7，β＝1.4，然后将二者进行比较①若αXrms′≤Xrms≤βXrms′，即若实测值Xrms在0.7Xrms′～1.4Xrms′之间变化，则表明燃烧正常；②若Xrms＞βXrms′，说明有爆燃的现象存在；③若Xrms＜αXrms′，说明有熄火的现象存在。
此发明利用发动机的幅值、相位信息进行综合分析，能够全面地反映出燃烧工作的状况，并能指出故障的原因，是一种对大型发动机燃油系统进行快速、准确评估的装置和方法。
虽然本发明已利用前述具体实施例详细揭示，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，例如转速传感器、振动传感器还可使用公知的其它类型传感器；所获得的提前角及燃烧状况还可提供至控制系统作为控制的依据，等等，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种发动机燃油系统故障的检测装置，其特征在于该检测装置包括转速检测单元、振动检测单元及数据处理单元，其中，所述数据处理单元接收所述转速检测单元检测到的转速信号及振动检测单元获得的燃烧振动信号，并对上述信号进行放大、模/数转换处理，对比分析得到的转速脉冲波形与燃烧振动波形以判断供油提前角及燃烧状况。
2.如权利要求1所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其特征在于所述转速检测单元包括贴设于发动机飞轮刻度盘的零刻度处的反光片及设置于上止点指针处用于接受所述反光片信号的光电转速传感器。
3.如权利要求1或2所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其特征在于所述振动检测单元包括一振动加速度传感器，该振动加速度传感器设置于发动机的缸盖表面以接收所述振动信号并传送给该数据处理单元。
4.如权利要求3所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其特征在于所述检测装置还包括一显示单元，所述数据处理单元的分析判断结果传送至该显示单元进行显示。
5.如权利要求3所述的发动机燃油系统故障的检测装置，其特征在于所述数据处理单元具有一双通道数据采集器，同时采集所述转速检测单元的转速信号及振动检测单元的振动信号。
6.一种发动机燃油系统故障的检测方法，所述检测方法包括检测发动机的转速信号及燃烧振动信号；对上述转速信号进行处理，并对比分析得到的转速脉冲波形与燃烧振动波形，判断供油提前角及燃烧状况。
7.如权利要求6所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其特征在于其中供油提前角的判断步骤包括A.根据转速数据中连续两个脉冲的位置，计算出发动机转动周期T及转速N；B.计算脉冲波形前沿与振动波形前沿之间相距的时间t；C.求出在转速N下的实测喷油提前角α；D.将所述实测喷油提前角α与一标准喷油提前角α′进行对比，得出当前缸的喷油提前状况若α＞α′，喷油提前；若α＜α′，喷油落后。
8.如权利要求6或7所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其特征在于上述燃烧状况的判断步骤包括A.计算燃烧振动波形的有效值Xrms；B.将该燃烧振动波形的有效值Xrms与一标准有效值Xrms′进行比较，以判断燃烧状况。
9.如权利要求8所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其特征在于还包括设定该标准有效值Xrms′的允许变化系数α、β，且所述该燃烧振动波形的有效值Xrms与标准有效值Xrms′的比较步骤包括a)若αXrms′≤Xrms≤βXrms′，则表明燃烧正常；b)若Xrms＞βXrms′，表明有爆燃的现象存在；c)若Xrms＜αXrms′，表明有熄火的现象存在。
10.如权利要求9所述的发动机燃油系统故障的检测方法，其特征在于α＝0.7，β＝1.4。
全文摘要
本发明的发动机故障的检测装置及方法设有转速检测单元及振动检测单元同时采集发动机的转速、振动信号，并进行对比分析，通过对比转速脉冲波形的前沿与燃烧振动波形的前沿，即可求出喷油提前角的大小；通过分析振动波形的幅值，可以精确判断汽缸的工作情况，从可克服了现有技术的缺陷，能够全面地反映出燃烧工作的状况，并能指出故障的原因，是一种对大型发动机燃油系统进行快速、准确评估的装置和方法。同时，本发明还可将所检测到的结果通过显示单元进行显示，进一步地，还可结合公知的监控装置来对发动机进行适当的调整，使其达到最佳燃烧状况。
文档编号G01M15/00GK1955710SQ200510116650
公开日2007年5月2日 申请日期2005年10月26日 优先权日2005年10月26日
发明者王朝晖, 张来斌, 段礼祥, 梁伟 申请人:中国石油大学(北京)