CN103759947A - 四冲程柴油机第一缸发火上止点的识别方法及其检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四冲程柴油机第一缸点火上止点的识别方法，其包括如下步骤：在柴油机的曲轴飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上嵌入磁性增强元件，以便所述轮齿经过转速传感器时，获得异常增强的第一感应电压信号；在柴油机第一缸配气机构的排气阀的摇臂端部设置磁电式传感器，以便摇臂位置发生突变时，获得突变的第二感应电压信号；通过分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，判断出第一缸发火上止点的时刻。本发明的识别方法简单，易于实现，判断结果准确，节省检测费用与时间，可以为定位柴油机的故障提供有力支持；本发明还提供一种用于上述识别方法的检测装置。

Description

四冲程柴油机第一缸发火上止点的识别方法及其检测装置

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种在监测柴油机曲轴瞬时转速时准确识别第一缸点火上止点的方法。

背景技术

柴油机结构复杂，许多零部件处在高温、高压、高负荷及强烈振动的恶劣条件下工作，使得柴油机故障率较高，维修保养费用很大。统计表明，在柴油机的各种使用费用中，维修保养方面的支出达15-30％。而且，一旦发生故障，还会影响整个机械系统的正常工作，直接或间接地造成巨大的经济损失，甚至危及人身安全。随着柴油机的广泛使用和现代科学技术的发展，传统的事后维修和定时检测已不适应目前视情维修体制的要求，而且由于柴油机的复杂性，一般的机械故障诊断技术也难以直接应用于柴油机故障诊断，因此，必须发展针对柴油机特点的状态监测和故障诊断技术。柴油机曲轴瞬时转速信号以其测量简便和信息丰富的优点，成为目前柴油机故障诊断领域的一个重要诊断途径，通过分析曲轴瞬时转速信号，将获知柴油机各缸的工作状况，为诊断和定位柴油机故障奠定了坚实基础。但是，在曲轴瞬时转速检测时，确定第一缸发火上止点的时刻是十分重要的，其直接决定着后期各缸工作状态分析结果的正确与否。飞轮齿圈上通常标示出与第一缸上止点相对应的轮齿位置，可以另设一套检测系统来检测此轮齿位置以判断第一缸上止点，但是由于柴油机飞轮齿圈部位空间有限，额外加设检测系统十分困难；另外四冲程柴油机每个工作循环，第一缸活塞要两次经过上止点，这都对识别判断第一缸发火上止点时刻造成了困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中存在的不足，提供一种四冲程柴油机第一缸发火(点火)上止点的识别方法，其识别方法简单，易于实现，判断结果准确，节省检测费用与时间，可以为定位柴油机的故障提供有力支持；本发种适用于上述识别方法的检测装置。

为实现本发明的上述目的，本发明的四冲程柴油机第一缸点火上止点的识别方法，包括如下步骤：

1)在柴油机的曲轴飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上嵌入磁性增强元件，以便所述轮齿经过转速传感器时，信号采集单元获得异常增强的第一感应电压信号；

2)在柴油机第一缸配气机构的排气阀的摇臂端部设置用于感知排气阀动作的磁电式传感器，以便摇臂位置发生突变时，信号采集单元获得突变的第二感应电压信号；

3)通过数据分析单元分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，判断出第一缸发火上止点的时刻。

其中，步骤1)中所述的异常增强的第一感应电压信号高于所述飞轮齿圈的其它轮齿经过转速传感器时所产生的感应电压信号。

其中，步骤2)中所述的摇臂位置发生突变所述对应的位置为在第一缸排气时，摇臂端部向下运动打开气门时的位置。

其中，所述磁性增强元件为磁钢。

优选的，在所述轮齿上设置凹槽或通孔，所述磁性增强元件嵌入在所述凹槽或通孔中。

其中，所述步骤2)中还包括调整所述磁电式传感器与所述摇臂端部上表面距离的步骤。

本发明还提供一种用于如上所述识别方法的检测装置，其包括飞轮齿圈和配气机构，此外，还包括：设置在柴油机上用于检测曲轴瞬时转速的转速传感器；设置在曲轴飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上的磁性增强元件，用于所述轮齿经过转速传感器时，产生异常增强的第一感应电压信号；设置在第一缸配气机构的排气阀摇臂端部的磁电式传感器，用于当摇臂位置发生突变时，可以产生突变的第二感应电压信号；用于采集第一感应电压信号和第二感应电压信号的信号采集单元；数据分析单元，用于根据信号采集单元采集到的第一感应电压信号和第二感应电压信号，分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，并判断出第一缸发火上止点的时刻。

其中，所述磁性增强元件为磁钢。

其中，在所述轮齿上设置凹槽或通孔，所述磁性增强元件嵌入在所述凹槽或通孔中。

优选的，所述磁性增强元件的厚度小于所述凹槽或所述通孔的深度。

与现有技术相比，本发明的四冲程柴油机第一缸点火上止点的识别方法及其检测装置具有如下有益效果：

1)本发明的识别方法可以准确识别出柴油机第一缸发火上止点的时刻，从而可以利用瞬时转速信号分析柴油机各缸工作状态，为定位柴油机的故障提供有力支持；

2)本发明的识别方法在柴油机的飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上嵌入磁性增强元件，使得该轮齿经过转速传感器时，可以产生异常增大的第一感应电压信号，从而使得该轮齿的感应电压信号可以区别于其它轮齿经过转速传感器时产生的感应电压信号；

3)本发明的识别方法在柴油机第一缸配气机构的排气阀的摇臂端部设置磁电式传感器，其可以感知排气阀动作，从而当摇臂位置发生突变时，可以产生突变的第二感应电压信号；

4)本发明的识别方法通过分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，即可判断出第一缸发火上止点的时刻，方法简单，易于实现，判断结果准确，且节省检测费用与时间。

下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。

附图说明

图1为本发明的四冲程柴油机第一缸点火上止点的检测装置；

图2为本发明的通过测量曲轴瞬时转速信号获取的第一缸上止点的位置信号；

图3为本发明的通过测量磁电传感器产生突变的感应电压信号获取的第一缸上止点的位置信号。

附图标记说明：1-凸轮；2-推杆；3-摇臂轴；4-摇臂；5-磁电式传感器；6-气门弹簧座；7-气门弹簧；8-气门导管；9-气缸盖；10-排气阀；11-飞轮齿圈；12-磁性增强元件；13-转速传感器。

具体实施方式

如图1所示，为本发明提供的四冲程柴油机第一缸点火上止点的检测装置，其包括飞轮齿圈11和配气机构，此外，还包括：设置在柴油机上用于检测曲轴瞬时转速的转速传感器13，其为磁电式转速传感器；设置在飞轮齿圈11的对应于第一缸上止点的轮齿上的磁性增强元件12，用于所述轮齿经过转速传感器13时，产生异常增强的第一感应电压信号；设置在第一缸配气机构的排气阀摇臂4端部的磁电式传感器5，用于当摇臂4位置发生突变时，可以产生突变的第二感应电压信号；用于采集第一感应电压信号和第二感应电压信号的信号采集单元；以及数据分析单元，用于根据信号采集单元采集到的第一感应电压信号和第二感应电压信号，分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，并判断出第一缸发火上止点的时刻。

其中，磁性增强元件12为磁钢，当然，也可以采用其它的具有磁性的元件。安装磁性增强元件12时，可以在轮齿上设置凹槽或通孔(图中未示出)，而磁性增强元件12嵌入在凹槽或通孔中，并且磁性增强元件12的厚度要小于凹槽或通孔的深度。

优选的，在曲轴飞轮齿圈11对应着第一缸上止点的轮齿的齿顶部钻一个浅的凹槽，然后在凹槽内嵌入一块薄的磁钢，磁钢的厚度小于凹槽的深度，以使其不影响飞轮齿圈11的正常转动。

其中，转速传感器13可以探测曲轴转速。如图1所示，通过转速传感器13感应探头接近曲轴飞轮齿圈11的轮齿来产生感应电压信号，每一个轮齿经过探头就会产生一个正弦变化的电压信号，通过计算两个轮齿产生的感应信号的时间差并结合两个轮齿之间的曲轴转角就会计算出时段的曲轴瞬时转速。

而曲轴飞轮齿圈11上对应于第一缸上止点位置的轮齿是标记出来的，因此很容易找到，因此在该轮齿上嵌入上述的磁性增强元件12后，当这个轮齿经过转速传感器13的感应探头时，会产生比其他轮齿高的第一感应电压信号，从而使第一感应电压信号在测得的曲轴瞬时转速信号中很容易识别出来。

其中，在柴油机第一缸配气机构中的排气阀摇臂4的下压端的上方安装磁电式传感器5，磁电式传感器5探头与摇臂4端部上表面的距离要满足磁电式传感器的感应距离要求，保证摇臂4下压气门10时，磁电式传感器能产生相应的第二感应电压信号。

具体的，如图1所示，在柴油机第一缸配气机构的排气阀摇臂4端部设置磁电式传感器5，当第一缸排气时，排气凸轮1顶起推杆2，推杆2推动摇臂4绕摇臂轴3转动，摇臂4端部向下运动打开气门。由于摇臂4端部和磁电式传感器5的位置发生突变，因此该磁电式传感器5就会产生突变的第二感应电压信号。

而信号采集单元同时采集转速传感器13检测到的第一感应电压信号和磁电式传感器5检测到的第二感应电压信号，并将其传送给数据分析单元，数据分析单元对这两个感应电压信号进行对比分析，就可获知柴油机第一缸发火上止点的时刻。

此外，本发明还提供一种采用上述的检测装置进行四冲程柴油机第一缸点火上止点识别的方法，其包括如下步骤：

1)通过在柴油机的飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上嵌入磁性增强元件，可以使所述轮齿经过转速传感器时，信号采集单元可以获得异常增强的第一感应电压信号；

2)通过在柴油机第一缸配气机构的排气阀的摇臂端部设置用于感知排气阀动作的磁电式传感器，以便摇臂位置发生突变时，信号采集单元获得突变的第二感应电压信号；

3)通过接收信号采集单元所传送的第一感应电压信号和第二感应电压信号，数据分析单元分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，从而判断出第一缸发火上止点的时刻。

具体的，在应用转速传感器13探测曲轴转速时，如图1所示，通过转速传感器13感应探头接近曲轴飞轮齿圈11的轮齿来产生感应电压信号，每一个轮齿经过探头就会产生一个正弦变化的电压信号，通过计算两个轮齿产生的感应信号的时间差并结合两个轮齿之间的曲轴转角就会计算出时段的曲轴瞬时转速。

而曲轴飞轮齿圈11上对应于第一缸上止点位置的轮齿是标记出来的，因此很容易找到，在该轮齿上嵌入上述的磁性增强元件12后，当这个轮齿经过转速传感器13的感应探头时，会产生比其他轮齿高的第一感应电压信号，该第一感应电压信号在测得的曲轴瞬时转速信号中很容易识别出来。通过上述方法，可以在测量曲轴瞬时转速信号的同时也获取了第一缸上止点的位置信号，如图2所示。

但是，由于四冲程柴油机完成一个工作循环时，曲轴要旋转两转，第一缸活塞要两次达到上止点，因此通过图2只能知道第一缸活塞到达上止点的时刻，但是无法分辨出哪一个是发火上止点，哪一个又是排气上止点。为此，如图1所示，在柴油机第一缸配气机构的排气阀摇臂端部设置磁电传感器，当第一缸排气时，排气凸轮顶起推杆，推杆推动摇臂绕摇臂轴转动，摇臂端部向下运动打开气门。由于摇臂端部与磁电式传感器的位置发生突变，因此该磁电式传感器就会产生突变的第二感应电压信号，如图3所示。

根据柴油机工作原理，排气阀通常在下止点之前打开，在上止点之后关闭，因此如果图2和图3所示信号是由信号采集单元同时测取的，当信号采集单元将这两个信号传送给数据分析单元后，通过数据分析单元分析图2中所示的活塞到达上止点的时刻与图3中所示的排气阀动作时刻的时间轴相对位置，就会准确判断出图2中不在排气阀开启时间段内的上止点时刻即为第一缸发火上止点。

而在曲轴瞬时转速信号中识别出第一缸发火上止点后，就可以利用瞬时转速信号来分析柴油机各缸工作状态，并实现柴油机的故障诊断及故障定位。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种四冲程柴油机第一缸点火上止点的识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在柴油机的曲轴飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上嵌入磁性增强元件，以便所述轮齿经过转速传感器时，信号采集单元获得异常增强的第一感应电压信号；

2)在柴油机第一缸配气机构的排气阀的摇臂端部设置用于感知排气阀动作的磁电式传感器，以便摇臂位置发生突变时，信号采集单元获得突变的第二感应电压信号；

3)通过数据分析单元分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，判断出第一缸发火上止点的时刻。

2.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，步骤1)中所述的异常增强的第一感应电压信号高于所述飞轮齿圈的其它轮齿经过转速传感器时所产生的感应电压信号。

3.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，步骤2)中所述的摇臂位置发生突变所述对应的位置为在第一缸排气时，摇臂端部向下运动打开气门时的位置。

4.根据权利要求1所述的识别方法，其特征在于，所述磁性增强元件为磁钢。

5.根据权利要求1或4所述的识别方法，其特征在于，在所述轮齿上设置凹槽或通孔，所述磁性增强元件嵌入在所述凹槽或通孔中。

6.根据权利要求1-3任一项所述的识别方法，其特征在于，所述步骤2)中还包括调整所述磁电式传感器与所述摇臂端部上表面距离的步骤。

7.一种用于如权利要求1-6任一项所述的识别方法的检测装置，其包括飞轮齿圈和配气机构，其特征在于，还包括：

设置在柴油机上用于检测曲轴瞬时转速的转速传感器；

设置在曲轴飞轮齿圈的对应于第一缸上止点的轮齿上的磁性增强元件，用于所述轮齿经过转速传感器时，产生异常增强的第一感应电压信号；

设置在第一缸配气机构的排气阀摇臂端部的磁电式传感器，用于当摇臂位置发生突变时，可以产生突变的第二感应电压信号；

用于采集第一感应电压信号和第二感应电压信号的信号采集单元；

数据分析单元，用于根据信号采集单元采集到的第一感应电压信号和第二感应电压信号，分析第一感应电压信号和第二感应电压信号产生的相对位置，并判断出第一缸发火上止点的时刻。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于，所述磁性增强元件为磁钢。

9.根据权利要求7或8所述的检测装置，其特征在于，在所述轮齿上设置凹槽或通孔，所述磁性增强元件嵌入在所述凹槽或通孔中。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述磁性增强元件的厚度小于所述凹槽或所述通孔的深度。

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