CN103994864B - 基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法。所述基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法包括：步骤1：在不同环境和工况下，测量活塞的梯形环开口处的漏气面积和缸内工质压力的变化，以得到梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式；步骤2：检测车载的柴油机的缸内工质压力；步骤3：利用检测到的车载的柴油机的缸内工质压力和关系式，得到梯形环开口处的漏气面积的检测值，将检测值与预定的漏气面积阈值进行比较，以判断检测值是否超出漏气面积阈值。所述基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法能够实现缸内漏气的实车检测。

Description

基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法。

背景技术

柴油机使用过程中，随着工作时间的增加，缸套-活塞组发生磨损，气缸密封性下降，缸内漏气量增大。目前，缸内漏气检测采用柴油机倒拖条件下检测缸内漏气的方法，该方法由于受柴油机工作状况、工作环境以及活塞环开口相对位置的影响，存在着缸内最大压缩压力与转速单值性较差的问题。同时，还采用测量曲轴箱压力的方法，间接测量缸内漏气量的方法，该方法由于曲轴箱内漏气通道较多，无法准确反映缸内漏气状况。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够实现缸内漏气的实车检测，方便地、精确地确定柴油机的大修时机的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法。

本发明的另一个目的在于提出一种基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置。

根据本发明第一方面的实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法包括：步骤1：在不同环境和工况下，测量活塞的梯形环开口处的漏气面积和缸内工质压力的变化，以得到梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式；步骤2：检测车载的柴油机的缸内工质压力；和步骤3：利用检测到的车载的柴油机的缸内工质压力和所述关系式，得到所述梯形环开口处的漏气面积的检测值，将所述检测值与预定的漏气面积阈值进行比较，以判断所述检测值是否超出漏气面积阈值。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法通过建立所述梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式以及检测车载的柴油机的缸内工质压力，从而可以方便地、精确地计算得到所述梯形环开口处的漏气面积，进而可以方便地、精确地判断出所述梯形环开口处的漏气面积是否超出漏气面积阈值。

当所述梯形环开口处的漏气面积小于漏气面积阈值时，无需对安装在车辆上的柴油机进行大修。当所述梯形环开口处的漏气面积大于等于漏气面积阈值时，需要对安装在车辆上的柴油机进行大修。

因此，通过利用根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法，能够实现缸内漏气的实车检测，方便地、精确地确定柴油机的大修时机，为柴油机技术状况判断提供了准确手段，节省了维修资源，提高了车辆的完好率。

另外，根据本发明上述实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，步骤1中：梯形环开口处的漏气面积为梯形环当量漏气面积，所述梯形环当量漏气面积是柴油机缸内所有通道漏气面积对应的压缩冲程中的缸内工质压力变化量。

根据本发明的一个实施例，所述梯形环当量漏气面积A_lq为：

式中：p₁(t)为t时刻缸内工质压力；Tg₁(t)为t时刻缸内工质温度；Δt为计算步长；K_lq1，K_lq2为修正系数；

根据本发明的一个实施例，所述梯形环漏气面积阈值为从出厂时梯形环漏气面积到大修时漏气面积。

根据本发明第二方面的实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置包括：用于测量所需信号的传感器；用于采集所需信号的采集卡，所述采集卡与所述传感器相连；和用于数据处理、计算、存储及显示的计算机，所述计算机与所述采集卡相连。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置能够实现缸内漏气的实车检测，方便地、精确地确定柴油机的大修时机，为柴油机技术状况判断提供了准确手段，节省了维修资源，提高了车辆的完好率。根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置安装方便，有利于满足实车原位检测的需要。

根据本发明的一个实施例，所述传感器包括用于测量柴油机转速及曲轴转角的磁电传感器、用于测量小时燃油消耗量的涡轮流量转子传感器、用于测量大气压力和缸内工质压力的光纤压力变送器和用于测量环境温度的Pt1000温度传感器。

附图说明

图1是根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法的流程图；

图2a是海拔为3700米时活塞环间压力与曲轴转角的关系图；

图2b是活塞环间最大压力与海拔高度的关系图；

图3是缸内工质温度与梯形环当量漏气面积的关系图；

图4a是φ＝-30℃A时环境温度、柴油机转速与缸内工质温度的计算结果图；

图4b是φ＝-31℃A时环境温度、柴油机转速与缸内工质温度的计算结果图；

图5是缸内工质压力与梯形环当量漏气面积的关系图；

图6是φ＝-130℃A时缸内工质压力与柴油机转速的关系图；

图7是基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

经过发明人的深入研究和创造性的劳动后发现，在柴油机技术状况劣化过程中，压缩冲程终了附近缸内工质压力变化主要是受第一道梯形环(第一道活塞环)开口处漏气面积的影响。由此可以将三道活塞环的漏气简化为梯形环漏气。

下面参考图1描述根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法。如图1所示，根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法包括：

步骤1：在不同环境和工况下，测量活塞的梯形环开口处的漏气面积和缸内工质压力的变化，以得到梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式；

步骤2：检测车载的柴油机的缸内工质压力；和

步骤3：利用检测到的车载的柴油机的缸内工质压力和所述关系式，得到所述梯形环开口处的漏气面积的检测值，将所述检测值与预定的漏气面积阈值进行比较，以判断所述检测值是否超出漏气面积阈值。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法通过建立所述梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式以及检测车载的柴油机的缸内工质压力，从而可以方便地、精确地计算得到所述梯形环开口处的漏气面积，进而可以方便地、精确地判断出所述梯形环开口处的漏气面积是否超出漏气面积阈值。

当所述梯形环开口处的漏气面积小于漏气面积阈值时，无需对安装在车辆上的柴油机进行大修。当所述梯形环开口处的漏气面积大于等于漏气面积阈值时，需要对安装在车辆上的柴油机进行大修。

因此，通过利用根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法，能够实现缸内漏气的实车检测，方便地、精确地确定柴油机的大修时机，为柴油机技术状况判断提供了准确手段，节省了维修资源，提高了车辆的完好率。

具体而言，针对柴油机的不同环境和工况，计算并分析高原环境下活塞环技术状况对缸内漏气的影响。

其中，在步骤1中：梯形环开口处的漏气面积可以是梯形环当量漏气面积，所述梯形环当量漏气面积是柴油机缸内所有通道漏气面积对应的压缩冲程中的缸内工质压力变化量，相当于梯形环开口处漏气面积对应的压力变化量。

所述梯形环漏气面积阈值可以是从出厂时梯形环漏气面积到大修时漏气面积。

在本发明的一些实施例中，所述梯形环当量漏气面积A_lq为：

式中：p₁(t)为t时刻缸内工质压力；Tg₁(t)为t时刻缸内工质温度；Δt为计算步长；K_lq1，K_lq2为修正系数。

进一步，缸内工质温度可以通过柴油机转速、小时燃油消耗量与缸内工质温度之间用表格形式表示，缸内工质压力可以通过实车测量，K_lq1和K_lq2可以通过但不限于蚁群算法求解A_lq误差最小值，并且要求A_lq在取值范围内。其中，修正系数K_lq1和K_lq2对一同车辆为定值，对不同车辆可取不同值。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法可以以某型柴油机(主要设计参数包括，柴油机形式：V型60、水冷、废气涡轮增压、四冲程、直喷式浅ω，缸数：12，缸径：150mm)为例，并在不同海拔进行测试。

具体而言，针对柴油机的不同环境和工况，以缸内工质压力、缸内工质温度、燃烧放热率和缸壁温度为边界条件，计算并分析高原环境下活塞环技术状况对缸内漏气的影响。分析表明：压缩冲程终了附近缸内工质压力变化主要是受第一道梯形环(第一道活塞环)开口处漏气面积的影响。由此可以将三道活塞环的漏气简化为梯形环漏气。

图2a和图2b示出了标定工况下活塞环间压力的计算结果。具体而言，图2a示出了海拔为3700米时的活塞环间压力，图2b示出了活塞环间最大压力随海拔的变化。如图2a和图2b所示，在压缩冲程中(φ＝-30℃A～-130℃A)，相对缸内工质压力，第一道活塞环和第三道活塞环的环间压力接近于曲轴箱内的气体压力。在柴油机技术状况劣化过程中，压缩冲程终了附近缸内工质压力变化主要是受第一道梯形环(第一道活塞环)开口处漏气面积的影响。

在上述创造性的发现的基础上，建立基于梯形环技术状况的缸内漏气检测模型，即建立梯形环当量漏气面积检测模型，具体步骤包括：

步骤A)：定义梯形环当量漏气面积。梯形环当量漏气面积是指柴油机缸内所有通道漏气面积对应的压缩冲程缸内工质压力变化量，相当于梯形环开口处漏气面积对应的压力变化量。

步骤B)：给出梯形环当量漏气面积A_lq数学表示：

式中：p₁(t)为t时刻缸内工质压力；Tg₁(t)为t时刻缸内工质温度；Δt为计算步长；K_lq1和K_lq2为修正系数。

步骤C)：梯形环当量漏气面积阈值确定为从出厂时梯形环漏气面积到大修时漏气面积。例如：(0.32mm²，0.79mm²)。

步骤D)：假设以进气门刚刚关闭φ＝-130℃A时，以缸内工质状态为计算边界条件，缸内工质压力不随当量漏气面积变化而变化。根据式(2)可得图3，图3示出了缸内工质温度随当量漏气面积的变化。当量漏气面积对缸内工质温度影响较小，可认为柴油机使用过程中在相同工况和环境下，φ＝-30℃A时缸内工质温度为定值。

其中，缸内工质温度可表示为：

在压缩冲程中，相同转速和负荷条件下，缸内工质温度主要受环境温度的影响。海拔3700m原位空转、φ＝-30℃A和φ＝-31℃A时，环境温度、柴油机转速与缸内工质温度的计算结果如图4a和图4b所示。

步骤E)：假设以φ＝-130℃A时缸内工质状态为计算边界条件，缸内工质温度计算按标定工况下曲轴转角对应的温度，不随当量漏气面积变化而变化，根据式(3)可得图5，图5示出了缸内工质压力随当量漏气面积的变化。相对缸内工质温度而言，当量漏气面积对缸内工质压力的影响较大。

图6示出了φ＝-130℃A时缸内工质压力测量结果，缸内工质压力出现较大波动。因此，选择测量φ＝-31℃A和φ＝-30℃A的缸内工质压力，计算当量漏气面积。

步骤F)：K_lq1和K_lq2通过但不限于蚁群算法求解A_lq误差最小值，并且要求A_lq在取值范围内。修正系数K_lq1和K_lq2对一同车辆为定值，对不同车辆可取不同值。

下面参考图7描述根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置10。如图7所示，根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置10包括用于测量所需信号的传感器101、用于采集所需信号的采集卡102和用于数据处理、计算、存储及显示的计算机103。采集卡102与传感器101相连，以便采集传感器101检测到的所需信号。计算机103与采集卡102相连。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置10能够实现缸内漏气的实车检测，方便地、精确地确定柴油机的大修时机，为柴油机技术状况判断提供了准确手段，节省了维修资源，提高了车辆的完好率。根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置10安装方便，有利于满足实车原位检测的需要。

根据本发明实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测装置可以用于实施根据上述实施例的基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法。其中，计算机103内存储有梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式。

在本发明的一些示例中，传感器101可以包括用于测量柴油机转速及曲轴转角的磁电传感器1011、用于测量小时燃油消耗量的涡轮流量转子传感器1012、用于测量大气压力和缸内工质压力的光纤压力变送器1013和用于测量环境温度的Pt1000温度传感器1014。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种基于高转速差压的柴油机缸内漏气检测方法，其特征在于，包括：

步骤1：在不同环境和工况下，测量活塞的梯形环开口处的漏气面积和缸内工质压力的变化，以得到梯形环开口处的漏气面积与缸内工质压力之间的关系式；

步骤2：检测车载的柴油机的缸内工质压力；和

步骤3：利用检测到的车载的柴油机的缸内工质压力和所述关系式，得到所述梯形环开口处的漏气面积的检测值，将所述检测值与预定的漏气面积阈值进行比较，以判断所述检测值是否超出漏气面积阈值，

步骤1中：梯形环开口处的漏气面积为梯形环当量漏气面积，所述梯形环当量漏气面积是柴油机缸内所有通道漏气面积对应的压缩冲程中的缸内工质压力变化量，

所述梯形环当量漏气面积A_lq为：

式中：p₁(t)为t时刻缸内工质压力；Tg₁(t)为t时刻缸内工质温度；Δt为计算步长；K_lq1，K_lq2为修正系数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯形环漏气面积阈值为从出厂时梯形环漏气面积到大修时漏气面积。