CN1112238A - 在柴油机运转中判明故障的方法 - Google Patents

Abstract

用于早期识别活塞和/或气缸故障，尤其是由于 柴油机中粘接引起的咬接和磨损的方法，它特别适于 以100转/分以下至300转/分左右的转速运转的 低、中速大型柴油机。在活塞(1)的上区的至少一个 位置上用温度传感器(12)连续或周期地测量气缸壁 的温度，并识别作为故障特征的温度变化，和/或识 别因粘接/咬接/活塞环粘接引起的从特征温度变 化中求得的磨损特征值，可早期判明即将损坏发动机 的故障。可立即采取诸如人工或自动减小功率(13， 171，17)和/或增加润滑剂供应(13，161，16′，16)的 相反措施。另一方面，当特征值和/或故障显示信号 重新消失时，可取消这些措施，并转回到正常运转。

Description

本发明涉及一种判明柴油机运转中故障的方法。

柴油机运转中的故障不仅导致功率损失，而且导致气缸和活塞损坏。甚至可出现这样的情况，例如对一般正在大海航行的船舶来说，必须关闭个别气缸，从而只能以降低的发动机功率来继续航行，或者更严重的，该船舶必须被拖航。

迄今为止，已用许多方法来防止活塞和气缸的粘接或咬接磨损损坏的出现。供给比正常运转时实际所需的更多的润滑的可能性是存在的。然而，润滑油价格在船舶运行费用中是一个重要的成本因素。降低粘接或咬接、即所谓的塞环粘接的磨损危险的另一可能性是不使用发动机全功率。这些预防措施一点也不满意。首先，它们是非常昂贵的。其次，它们一点也不能保证避免活塞环粘接，即所谓的咬接，而仅仅是出现这种损坏的频率能大为减小。

况且，当操作人员发觉咬接时，在气缸壁和/或活塞和活塞环上逐渐出现的损坏就昂贵的修理来说，通常已进行得太久而不能避免。

本发明的目的是要提供一种方法，能够在活塞、活塞环和/或气缸还没有出现损坏的早初时刻可靠地判明所谓的活塞和活塞环粘接，简称咬接。

为达到本发明的目的而提供的用于早期判明由于柴油机、尤其是在以低速至中速运转的大型柴油机中的粘接引起的活塞和/或气缸故障、特别是早期咬接和磨损的方法，包括在活塞上区的至少一个位置上连续和/或周期地测量气缸壁的温度;

识别故障的特征温度变化和/或识别由所述特征温度变化得到的特征值。

本发明的方法还包括其它有利的发展：在一个时间间隔内确定温度变化;

在第一时间间隔内确定温度变化，以及判别是否达到预定的正温度梯度;

在第二时间间隔内，确定温度变化，以及判别是否达到预定的正温差;

在第二时间间隔内，确定与预定正温差有关的预定的正温度梯度出现率，从而根据在第三时间间隔内达到或超过预定出现率来判明故障;

所述预定温度梯度至少为每几秒1℃;

所述温差达到几℃;

在给定的分钟数内，观测到预定的温度梯度连同预定的温差，以及表示发动机和传感器配置特点的预定的出现率。

所述温度梯度大于或等于每20秒1℃;

所达到的温差大于或等于4℃，

在20秒分钟内，观测温度梯度连同温差至少4次。

在第一时间间隔内，连续或周期地测量温度;

在包括温度变化的频率的频带内优先确定温度变化的方差，它是表征要被判明的故障的特点的，因此，在一个历史时间间隔内连续地算出方差结果，当识别到该方差已超过某预定值时，判明故障正在开始显现。

在第一时间间隔内连续或周期地测定温度;

按温度变化，对包括温度变化频率的预定频带进行滤波，这个温度变化频率表示了要被识别的故障的特征;

经滤波的温度变化频率的二次方曲线被求方和积分，从而确定了在该频带内的温度变化方差;

借助于在历史时间间隔内连续求得的这一方差的计算结果，在识别到已超过该方差的预定值时，表明故障被判明;

测量在第一和第二活塞环反向的上部位置区内的气缸壁温度值;

所没得的缸壁温度值是在沿气缸周围分布的许多位置上测得的;

所测得的各测量位置上的温度值被直接整理，用于判明故障;

如果根据至少二个位置上的测量值同时识别到一个故障，则表示故障才接着发生;

具有至少一个在气缸壁上区的温度传感器;检测和处理测量值的装置，和/或用于再现测量值的装置;和/或自动识别故障的装置，和/或对一个或多个气缸功率产生作用、和/或向一个或多个气缸供给润滑剂、和/或接触一个警告信号的装置;

按本发明的柴油机按照上述方法运转。按本发明的船舶由所述这种柴油机驱动，并包括一个按所述方法运转的发动机。

借助于监测气缸壁温度和/或其温度曲线，人们可以采用一种用于早期判明柴油机气缸中正在出现的运转故障的方法，它表明，发动机部件不久之后会出现损坏，须作必要的修理。

该方法基于这样的判断，在所观察的活塞环的周围，其损坏点限于较窄小的范围。损坏的各点和活塞环一起，沿气缸周围以某一确定的速度转移。

由粘接引起的咬接、活塞环咬接由于活塞环和气缸壁之间的摩擦增加而可被觉察到，它通过在损坏点、即出现摩擦增加的点的区域中温度增高而直接显示出来。

在气缸壁上或在其内，第一和第二活塞环相反的表层点之间测量温度是有利的。采用本发明的方法，现在能识别不同于发明机中测量部位上出现的正常温度变化的温度变化，它指示咬接正在出现或开始出现，从而判明早期粘接磨损/咬接。在早期、活塞、活塞环、气缸壁或轴承还未开始损坏。

此外，早期咬接的自动判明为在发动机运转中迅速采取相反的措施提供了可能性。例如，可降低整个发动机的功率，或仅仅降低遭受咬接的发动机气缸的功率，或可关闭受咬接威肋的气缸，或具有这种气缸的发动机。可增加润滑剂供应等等。自然，也可以采取二个或多个并列的措施。

按照该新的方法，由于每一气缸是被连续监测的，因此能使已开始出现咬接消失，这表明已被采用的措施的成功。例如，能重新恢复到全运转功率。所有这些步骤能由操作人员在连续测量和显示的帮助指导下完成。然而，可以看到，这些步骤也可由控制和/或调节系统来自动地完成。

然而，这种新的监测咬接的方法也允许发动机接近于功率上限运转而大大减小了发动机损坏的危险。本发明用于柴油机的磨损中和柴油机的试运转试用中也是非常有利的，这是因为，相应于不同的运转工况，由于发动机还是新的、气缸和活塞或活塞环还没有充分相互匹配和/或由于发动机在极限工况下运转，在那里咬接的危险本来很高。

早期判明柴油机中活塞和/或气缸的故障、尤其是早期判明由于粘接引起的咬接或磨损，对于以自100转/分以下至300转/分左右的转速运转的低速和中速大型柴油机来说是特别适合的。用温度传感器在活塞上区内的至少一个位置上连续或周期地测量气缸壁温度，并判明表示故障特征的温度曲线或温度变化，或判明因粘接/咬接/活塞环粘接引起的由温度特性曲线取得的磨损特征值，便能早期判明正在开始的故障，以表明发动机即将发生故障。可以人工地或自动地立刻采取诸如减小功率和/或增加润滑剂供应的相反措施。反过来也是一样的，当所述特征值和故障指示信号重新消失时，这些措施可取消，并转回到正常运转。

参照下列简图和曲线图，将详细地叙述本发明的方法的实施例。

图1表示带监测器的柴油机气缸布置块图，监测器监测活塞环咬接的气缸，有一个自动控制和调节功率/燃料供应变化并供应润滑剂给该气缸的系统;

图2表示正常运转柴油机8气缸的典型瞬时温度变化进程，其中没有一个气缸表示有任何咬接的迹象;

图3表示瞬时温变化进程，即柴油机4气缸的温度曲线或波动，其中3个气缸运转正常，一个气缸显示典型的咬接/活塞环咬接的迹象。

图1表示气缸1，带有活塞环111的活塞11在其中移动。温度传感器12，12′配置在从顶部算起的第一和第二活塞环111的相反处之间的区域内。温度值由测量电子仪器测定，例如每隔10秒被前置放大和校正，然后传输给求值电子仪器13。温度传感器12′的或其它的温度传感器的温度值能以同样的方法被准备好，并被传输到求值电子仪器。在识别被测值的过程中，如果求值电子仪器13确定了咬接或活塞环咬接的典型的温度曲线或典型的温度值，则它能以不同的方式应答。例如，在警报指示器14中的光和/声的警报信息能被触发和/或显示。这一警报信息提醒操作人员采取诸如减小功率、增加润滑剂供应等措施。然而，求值电子仪器13也能用自动控制和调节系统来扩充，借助于该系统，要采取的措施可自动地投入。在此情况下，例如，润滑剂调节器161因而被访问，它接通润滑剂泵16′以提高供应能力。于是附加的润滑剂经润滑剂喷咀16被供给受咬接威肋的气缸。然而，负荷调节器171也能被驱动，使经喷射系统17，171的燃料从应减少。

求值电子仪器13，例如一个可编程序的计算机，容易连续监测且另外监测由传感器12测得的温度值以及由该传感器传输给电子仪器121的温度信号。

一当由粘接/活塞环粘接引起的环咬接/磨损的典型信号消失，润滑剂供应，倒如，能再度减少和/或气缸功率能再度增加。若咬接信号并不消失，则气缸1或甚至整台发动机可被关闭。

如何实际判明由粘接/活塞环粘接引起的咬接/磨损业已表明，温度曲线的某一特征能可靠地确定咬接。

在本发明方法的一个实施例中，例如每10分钟，用传感器12在气缸壁的特定位置上确定其温度。同时，确定从一次测量到下一次测量的温度变化。用这些数值进行用于早期判明正在开始显示损坏的监测，例如在20秒的历史时间窗内，它们作为咬接信号被连续地分析和/或监测。一种典型的咬接特点根据下列各点的综合来判明：

1.咬接开始：在一个测量周期内，至多允许温度上升停顿的限制下（在10秒内为1×℃），温度变化达到每10秒（每个测量间隔）为+1℃，换言之，至少每隔二测量周期，应测到+1℃的温度上升。

2.由咬接事故引起的温度变化梯度至少为+1℃/10秒。

3.温度上升大于或等于4℃。

4.咬接事故结束：在多于一测量周期（10秒）内，温度变化μ为0℃。

这一事件进程是作为单个咬接事故来识别的。

然而，对于触发咬接警报，这是不够的。

但是，如果在1200秒（20分）的历史时间窗或测监窗内，出现4个或更多的咬接事件，则咬接警报应才被触发。

基于实际经验，首先把这些咬接事件的多次出现想为该气缸的一个警报是合适的。

在另一实施例中，温度曲线的变化频率是经滤波的，例如，用1/30赫芝到1/60赫芝的带通滤波器。就该实施例来说，在例如20分钟的时间间隔内，也追逆地连续进行检查。此后，由该频率范围滤波的信号被求方和积分，即从滤波的测量结果中产生方差。这是在例如20分钟的逆向时间间隔内连续发生的。若这一变化达到或超过一预定的咬接警报值，则警报被触发。

图2表示典型的瞬时温度变化曲线21至28，每条曲线是在具有8气缸的柴油机的每缸缸壁上的相应测量部位上取得的。在这曲线图中，和图3一样，时间轴是逆走向的，因此，自右到左，而不是按通常的自左到右。发动机的转速是100转/分。在横从标上的每二个刻度之间的间隔相当于5分钟。观察持续时间约为30分钟。没有一个气缸显示任何咬接的迹象。

就图3来说，情况完全不同。这些，曲线31至34表示在具有4气缸的柴油机的每缸缸壁上的相应测量部位的瞬时温度走势。该柴油机的转速为100转/分。在横坐标上每二个刻度之间的间隔相当于5分钟。其中一个气缸的曲线31的走势表示了一种典型的咬接走势。其它气缸表示没有咬接的迹象。

Claims (13)

1、用于早期判明由于柴油机、尤其是在以低速至中速运转的大型柴油机中的粘接引起的活塞和/或气缸故障、特别是早期咬接和磨损的方法，其特征在于在活塞上区的至少一个位置上连续和/或周期地测量气缸壁的温度；

识别故障的特征温度变化和/或识别由所述特征温度变化得到的特征值。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于在一个时间间隔内确定温度变化;

在第一时间间隔内确定温度变化，以及判别是否达到预定的正温度梯度;

在第二时间间隔内，确定温度变化，以及判别是否达到预定的正温差;

在第二时间间隔内，确定与预定正温差有关的预定的正温度梯度

出现率，从而根据在第三时间间隔内达到或超过预定出现率来判明故障。

3、按权利要求2所述的方法，其特征在于所述预定温度梯度至少为每几秒1℃;

所述温差达到几℃;

在给定的分钟数内，观测到预定的温度梯度连同预定的温差，以及表示发动机和传感器配置特点的预定的出现率。

4、按权利要求3所述的方法，其特征在于所述温度梯度大于或等于每20秒1℃;

所达到的温差大于或等于4℃，

在20秒分钟内，观测温度梯度连同温差至少4次。

5、按权利要求1所述的方法，其特征在于在第一时间间隔内，连续或周期地测量温度;

在包括温度变化的频率的频带内优先确定温度变化的方差，它是表征要被判明的故障的特点的，因此，在一个历史时间间隔内连续地算出方差结果，当识别到该方差已超过某预定值时，判明故障正在开始显现。

6、按权利要求5所述的方法，其特征在于：

在第一时间间隔内连续或周期地测定温度;

按温度变化，对包括温度变化频率的预定频带进行滤波，这个温度变化频率表示了要被识别的故障的特征;

经滤波的温度变化频率的二次方曲线被求方和积分，从而确定了在该频带内的温度变化方差;

借助于在历史时间间隔内连续求得的这一方差的计算结果，在识别到已超过该方差的预定值时，表明故障被判明。

7、按权利要求1至6之一的方法，其特征在于测量在第一和第二活塞环反向的上部位置区内的气缸壁温度值。

8、按权利要求1至7之一的方法，其特征在于所没得的缸壁温度值是在沿气缸周围分布的许多位置上测得的。

9、按权利要求8所述的方法，其特征在于所测得的各测量位置上的温度值被直接整理，用于判明故障。

10、按权利要求9所述的方法，其特征在于如果根据至少二个位置上的测量值同时识别到一个故障，则表示故障才接着发生。

11、用于实施权利要求1-10方法的装置，具有至少一个在气缸壁上区的温度传感器;检测和处理测量值的装置，和/或用于再现测量值的装置;和/或自动识别故障的装置，和/或对一个或多个气缸功率产生作用、和/或向一个或多个气缸供给润滑剂、和/或接触一个警告信号的装置。

12、具有一个用于识别故障的装置的柴油机，该装置按权利要求1至10之间的方法工作。

13、具有一台按权利要求12的柴油机的船舶。

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