CN102889994A - 一种柴油机故障诊断方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种柴油机故障诊断方法和系统，首先进行针对不同故障模式下的自学习阶段，ECU监测柴油机的运行状态，ECU采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号，ECU通过转速脉冲信号，得到角位移信号，ECU对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值信号的频域特征量，ECU将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。由此可以看出，利用对柴油机轴系的角度域信号分析，对柴油机运行进行实时监控，以至于能够准确判断柴油机的故障类型并有效降低柴油机的故障发生率，提高柴油机的可靠性。

Description

一种柴油机故障诊断方法和装置

技术领域

本发明涉及故障诊断领域，特别是涉及一种柴油机故障诊断方法和装置。

背景技术

随着国内、国际柴油机排放法规的不断提高，电控柴油机已成为当前以及后期发展的主要机型，采用曲柄连杆机构的柴油机，结构复杂、气缸的做功过程不连续，其惯性力和气缸气体力都具有强烈的冲击和宽频带激振作用；此外，柴油机包括很多系统和部件，它们都存在各式各样的作用力，由此而产生的柴油机振动是多振源、宽频带和形态复杂的。

常规的故障诊断方法通常采用传感器采集柴油机的各项温度和气压参数，并基于采集到的这些参数进行故障诊断。但是，由于柴油机振动存在上述特点，所采集到的各项温度和气压参数有些可能并不精确，进而其含带的可有效提取的故障参数并不多，因此，带来的后果是，采用常规的故障诊断方法可能不能及时的发现故障，通常只能在故障即将发生的极限阶段才能发现故障。并且，往往对于故障类型的诊断准确性也不高。上述的这些误判情况最终很可能造成不必要的人员伤亡以及财产损失。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种柴油机故障诊断方法和装置，通过对角度域分析，解决了故障判断不及时的问题，进一步也解决了对故障类型的诊断准确性不高的问题。

本发明实施例公开了如下技术方案：

一种柴油机故障诊断方法，当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先监测柴油机的运行状态并采集运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到与各种故障模式对应的所监测的运行状态下的扭振频域幅值信号的频域特征量，将监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系进行保存，所述方法包括：

ECU监测柴油机的运行状态；

ECU采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；

ECU通过转速脉冲信号，得到角位移信号；

ECU对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值信号的频域特征量；

ECU将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

优选的，当获得的柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，所述方法还包括：

ECU采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数；

ECU将采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障模式的子类型。

优选的，所述通过转速脉冲信号，得到角位移信号包括：

计算齿盘每转过齿盘上相邻两齿间夹角角度位移间的转速脉冲信号，得到角位移信号。

优选的，所述运行状态包括柴油机运行时的负荷特性、速度特性和升/降速度。

一种柴油机故障诊断系统，包括：

自学习单元，用于当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先监测柴油机的运行状态并采集运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到与各种故障模式对应的所监测的运行状态下的扭振频域幅值信号的频域特征量，将监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系进行保存；

监测单元，用于监测柴油机的运行状态；

第一采集单元，用于采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；

转换单元，用于通过转速脉冲信号，得到角位移信号；

分析单元，用于对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值图的频域特征量；

匹配单元，用于将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

优选的，当所述匹配单元获得的柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，还包括：

第二采集单元，用于采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数；

评价单元，用于将所述第二采集单元采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障的子类型。

优选的，所述监测单元包括：

第一监测子单元，用于监测柴油机运行时的负荷特性；

第二监测子单元，用于监测柴油机运行时的速度特性；

第三监测子单元，用于监测柴油机运行时的升/降速度。

由上述实施例可以看出，利用对柴油机轴系的角度域信号分析，角度域信号不仅对柴油机气缸内的燃烧状态敏感，而且也对柴油机轴系传动状态敏感，角度域信号容易获得，其中含带更多的可有效提取的故障信息；将本方法集成于ECU中，对柴油机运行进行实时监控，以至于能够准确判断柴油机的故障类型并有效降低柴油机的故障发生率，提高柴油机的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种柴油机故障诊断方法的一个方法流程图；

图2为本发明一种柴油机故障诊断方法的另一个方法流程图；

图3为本发明齿盘和转速传感器的位置图；

图4为一款柴油机在转速由2300r/min至1000r/min过程中，柴油机传动轴系的扭振幅值变化图；

图5为喷油器磨损5％时的柴油机传动轴系的扭振幅值变化图；

图6为本发明一种柴油机故障诊断系统的一个系统结构图；

图7为本发明一种柴油机故障诊断系统的另一个系统结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

实施例一

请参阅图1，其为本发明一种柴油机故障诊断方法的一个方法流程图，该方法包括以下步骤：

S101：当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先监测柴油机的运行状态并采集运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到与各种故障模式对应的所监测的运行状态下的扭振频域幅值信号的频域特征量，将监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系进行保存。

通过柴油机台架试验，分别预先设置柴油机不同的故障模式，例如增压器放气阀开启异常、发动机气缸裂纹或喷油嘴异常等，然后在不同的运行状态下，比如说柴油机运行时的负荷特性、速度特性和升/降速度，采集各种运行状态下的转速脉冲信号。

基于监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系得到对应于各种故障模式的MAP图组并保存到ECU中。

S102：ECU监测柴油机的运行状态。

S103：ECU采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号。

本发明通过转速传感器对柴油机曲轴齿盘进行转速脉冲信号的信号采集，齿盘随曲轴旋转过程中，当齿盘的齿顶经过转速传感器时，转速传感器会发出高电平信号，当齿盘的齿谷经过转速传感器时，转速传感器会发出低电平信号，由此，在曲轴带动齿盘旋转的过程中，转速传感器发出一系列的脉冲信号，这种脉冲信号的特点就是相邻脉冲之间曲轴所旋转过的角度相同，即，齿盘上任意两相邻齿之间的夹角是相同的。

S104：ECU通过转速脉冲信号，得到角位移信号。

需要进一步说明的是，角位移信号为齿盘每转过齿盘上相邻两齿间夹角角度位移间所得到的转速脉冲信号。

请参阅图3，其为本发明齿盘和转速传感器的位置图。图中1为安装在曲轴上的齿盘，2为转速传感器，齿盘上任意相邻两齿间的夹角Δθ通过如下方法获得：设齿盘的齿数为N，则曲轴在每转内可等分N个角度Δθ，即Δθ＝360/N，本发明并不对获得Δθ的方法进行限定。

S105：ECU对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值信号的频域特征量。

例如，如图4所示，其为一款柴油机在转速由2300r/min至1000r/min过程中，柴油机传动轴系的扭振幅值变化图。

S106：ECU将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

实施例二

请参阅图2，其为本发明一种柴油机故障诊断方法的另一个方法流程图，当获得的柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，该方法还包括以下步骤：

S201至S206请参阅实施例一中的S101至S106。

S207：ECU采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数。

S208：ECU将采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障模式的子类型。

例如，如图5所示，为喷油器磨损5％时的柴油机传动轴系的扭振幅值变化图。通过对图5的柴油机轴系的扭振频域幅值图的分析得出，柴油机功率变大，热负荷升高，由此判断柴油机燃烧形态出现了问题。

同时，通过其他传感器，可以得到如下信息：柴油机水温升高、柴油机进气压力升高和柴油机排气温度升高，我们知道当喷油器出现磨损故障时，喷油器实际喷油较正常状态时增加，所以以此判断柴油机喷油器可能出现了磨损故障。

实施例三

请参阅图6，其为本发明一种柴油机故障诊断系统的一个系统结构图，包括自学习单元601、检测单元602、第一采集单元603、转换单元604、分析单元605和匹配单元606：

所述自学习单元601，用于当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先采集各种故障模式下的柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到各种故障模式对应的扭振频域幅值信号的频域特征量，结合柴油机在各种故障模式运转时的运行工况、以及各种故障模式对应的频域特征量得到频域特征量和运行工况与各种故障模式之间的对应关系，保存所述对应关系。

所述检测单元602，用于监测柴油机的运行状态，包括第一监测子单元607、第二监测子单元608和第三监测子单元609：

所述第一监测子单元607，用于监测柴油机运行时的负荷特性。

所述第二监测子单元608，用于监测柴油机运行时的速度特性。

所述第三监测子单元609，用于监测柴油机运行时的升/降速度。

所述第一采集单元603，用于采集柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号。

所述转换单元604，用于通过转速脉冲信号，得到角位移信号。

所述分析单元605，用于对角位移信号进行阶次分析，得到曲轴扭振频域幅值图的频域特征量。

所述匹配单元606，用于将得到的所述频域特征量结合柴油机当前的运行工况与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

实施例四

请参阅图7，其为本发明一种柴油机故障诊断系统的另一个系统结构图，当柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，包括自学习单元701、检测单元702、第一采集单元703、转换单元704、分析单元705、匹配单元706、第二采集单元707和评价单元708：

其中自学习单元701、检测单元702、第一采集单元703、转换单元704、分析单元705、匹配单元706请参阅实施例三中的自学习单元601、检测单元602、第一采集单元603、转换单元604、分析单元605和匹配单元606。

所述第二采集单元707，用于采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数。

所述评价单元708，用于将所述第二采集单元707采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障模式的子类型。

由上述实施例可以看出，利用对柴油机轴系的角度域信号分析，角度域信号不仅对柴油机气缸内的燃烧状态敏感，而且也对柴油机轴系传动状态敏感，角度域信号容易获得，其中含带更多的可有效提取的故障信息；将本方法集成于ECU中，对柴油机运行进行实时监控，以至于能够准确判断柴油机的故障类型并有效降低柴油机的故障发生率，提高柴油机的可靠性。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上对本发明所提供的一种柴油机故障诊断方法和系统进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种柴油机故障诊断方法，其特征为，

当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先监测柴油机的运行状态并采集运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到与各种故障模式对应的所监测的运行状态下的扭振频域幅值信号的频域特征量，将监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系进行保存，所述方法包括：

ECU监测柴油机的运行状态；

ECU采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；

ECU通过转速脉冲信号，得到角位移信号；

ECU对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值信号的频域特征量；

ECU将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征为，当获得的柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，所述方法还包括：

ECU采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数；

ECU将采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障模式的子类型。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征为，所述通过转速脉冲信号，得到角位移信号包括：

计算齿盘每转过齿盘上相邻两齿间夹角角度位移间的转速脉冲信号，得到角位移信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征为，所述运行状态包括柴油机运行时的负荷特性、速度特性和升/降速度。

5.一种柴油机故障诊断系统，其特征为，包括：

自学习单元，用于当柴油机在各种故障模式下运转时，电子控制单元ECU预先监测柴油机的运行状态并采集运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；通过转速脉冲信号，得到角位移信号；对角位移信号进行阶次分析，得到与各种故障模式对应的所监测的运行状态下的扭振频域幅值信号的频域特征量，将监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与各种故障模式之间的对应关系进行保存；

监测单元，用于监测柴油机的运行状态；

第一采集单元，用于采集所述运行状态下柴油机曲轴齿盘的转速脉冲信号；

转换单元，用于通过转速脉冲信号，得到角位移信号；

分析单元，用于对角位移信号进行阶次分析，得到所监测的运行状态下的曲轴扭振频域幅值图的频域特征量；

匹配单元，用于将所述监测的运行状态以及运行状态下的频域特征量与预先保存的对应关系进行匹配，获得柴油机的当前工作状态。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征为，当所述匹配单元获得的柴油机的当前工作状态为任意一种故障模式时，还包括：

第二采集单元，用于采集柴油机的水温、机油压力、机油温度、进气压力和进气温度的参数；

评价单元，用于将所述第二采集单元采集的参数结合所述柴油机的故障模式，确定所述故障的子类型。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征为，所述监测单元包括：

第一监测子单元，用于监测柴油机运行时的负荷特性；

第二监测子单元，用于监测柴油机运行时的速度特性；

第三监测子单元，用于监测柴油机运行时的升/降速度。

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