CN112796879A - 船用柴油机气阀间隙在线测试方法及装置 - Google Patents

船用柴油机气阀间隙在线测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船用柴油机气阀间隙的在线测试方法及装置。该方法在热态下检测气阀的关闭时刻T，根据气阀的标准升程曲线A，确定标准升程曲线A上关闭时刻T时所对应的气阀的气阀升程为气阀间隙。该装置包括气阀关闭检测装置和信号处理装置。气阀关闭检测装置用于检测气阀的关闭。信号处理装置采集和分析气阀关闭检测装置的信号，依据气阀关闭检测装置的信号分析得到气阀的关闭时刻T，根据内置的标准升程曲线A，确定标准升程曲线A上关闭时刻T时所对应的气阀的气阀升程为气阀间隙。根据本发明的方法和装置可实时在线监控气阀间隙，掌握气阀间隙变化情况，既可及时避免气阀间隙变化过大引发的故障，又能减少定期检修工作量。

Description

船用柴油机气阀间隙在线测试方法及装置
技术领域
本发明涉及船用柴油机领域，尤其涉及一种船用柴油机气阀在线测试方法及装置。
背景技术
在柴油机发动机运行过程中，由于受力和热的影响，配气机构各零部件会有不同程度的伸缩或膨胀。如果气阀及其传动件之间在冷态(发动机不工作的状态)下无间隙或间隙过小，则在热态(发动机工作的状态)下，气阀及其传动件的受热膨胀势必引起气阀与阀座关闭不严，造成发动机在压缩行程和做功行程中燃气泄漏，从而使功率或压缩压力下降，严重时甚至不易启动。为保证气阀关闭时阀面与阀座能完全关闭，在传动链中必须预留有气阀间隙，以补偿气阀受热后的膨胀量。这一间隙称为气阀间隙。气阀间隙过大同样也影响柴油机的工作性能，气阀间隙过大则气阀落座速度显著增大，引起气阀与阀座冲击过大导致气阀阀座过度磨损，同时，还会造成气阀升程减小而导致进气量不足或排气不完全。因此，为保证柴油机正常工作，需要保证合理的气阀间隙。
为保证柴油机正常工作，目前一般均采用定期在柴油机不运转(冷态)时通过塞尺或其它装置测量气阀间隙，而柴油机运转(热态)时的气阀间隙尚无成熟可靠的方法，因此不能及时发现气阀间隙超出适合范围。
因此，需要一种能够检测热态下气阀间隙的方法及装置，即气阀间隙的在线测试方法及装置，以部分解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明提供了一种船用柴油机气阀间隙在线测试方法，该方法在热态下检测所述气阀的关闭时刻T，根据所述气阀的标准升程曲线A，确定所述标准升程曲线A上所述关闭时刻T时所对应的所述气阀的气阀升程为所述气阀间隙。
根据本发明的方法可实时在线监控气阀间隙，掌握气阀间隙变化情况，既可及时避免气阀间隙变化过大引发的故障，又能减少定期检修工作量。
可选地，检测所述气阀和所述阀座撞击时的振动信号，将所述振动信号的峰值时刻作为所述气阀的所述关闭时刻T。
可选地，采用振动传感器检测所述气阀和所述阀座撞击时的振动信号。
可选地，所述标准升程曲线A为气阀间隙为0时的所述气阀的气阀升程曲线。
可选地，所述关闭时刻T的时间起点和所述标准升程曲线A的时间起点，均为发动机曲轴处于压缩上止点角度位置时的时刻。
可选地，采用转角传感器检测所述发动机曲轴的角度位置。
本发明同时提供一种船用柴油机气阀间隙在线测试装置，该装置包括：
气阀关闭检测装置，所述气阀关闭检测装置用于检测所述气阀的关闭；以及
信号处理装置，所述信号处理装置采集和分析所述气阀关闭检测装置的信号，并内置所述气阀的标准升程曲线A，其中
所述信号处理装置依据所述气阀关闭检测装置的信号分析得到所述气阀的关闭时刻T，根据所述标准升程曲线A，确定所述标准升程曲线A上所述关闭时刻T时所对应的所述气阀的气阀升程为所述气阀间隙。
根据本发明的装置可实时在线监控气阀间隙，掌握气阀间隙变化情况，既可及时避免气阀间隙变化过大引发的故障，又能减少定期检修工作量。
可选地，所述标准升程曲线A为气阀间隙为0时的所述气阀的气阀升程曲线。
可选地，所述气阀关闭检测装置设置为检测所述气阀和所述阀座的撞击信号，所述信号处理装置依据所述撞击信号分析得到发生所述撞击的时刻为所述气阀的所述关闭时刻T。
可选地，所述气阀关闭检测装置设置为检测所述气阀的振动信号的振动传感器，所述信号处理装置依据所述振动信号分析得到所述振动信号的峰值时刻为所述气阀的所述关闭时刻T。
可选地，所述振动传感器设置在气缸缸盖上。
可选地，根据本发明的装置还包括气阀关闭检测启动装置，所述气阀关闭检测启动装置用以启动所述气阀关闭检测装置工作，其中所述气阀关闭检测启动装置启动所述气阀关闭检测装置工作的时刻为所述标准升程曲线A的时间起点。
可选地，所述气阀关闭检测启动装置设置为检测发动机曲轴的角度位置，当检测到所述发动机曲轴处于压缩上止点角度位置时启动所述气阀关闭检测装置工作。
可选地，所述气阀关闭检测启动装置设置为转角传感器，当所述转角传感器检测到所述发动机曲轴处于所述压缩上止点角度位置时启动所述气阀关闭检测装置工作。
可选地，所述转角传感器设置在所述发动机曲轴上。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：
图1为气阀间隙为0时的标准升程曲线；
图2为热态下气缸缸盖的振动信号曲线与气阀的升程曲线的对比图，其中左侧的纵轴为气阀升程，右侧的纵轴为振动加速度；
图3为根据本发明的装置的原理图；以及
图4为根据本发明的装置的优选实施方式的框图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
以下结合具体的实施方式详细说明。
为帮助对于本发明方法的理解，首先明确如下的术语：
1.气阀升程：在发动机工作过程中，气阀周期性地从阀座离开(气阀开启)然后再与阀座接触(气阀关闭)，气阀升程就是气阀从刚刚打开到完全打开所运动的高度，即气阀的开启高度；
2.气阀间隙：如背景技术中所介绍的，在发动机传动链中，必须在气阀及其传动件之间留有间隙，以补偿热态时气阀及其传动件受热后的膨胀量。
根据发动机的工作原理，气阀的运动受发动机曲轴的控制，伴随发动机曲轴周期性地转动，气阀周期性地打开和关闭。因为曲轴的运动呈现出明确的规律性，从而气阀的运动呈现出明确的规律性，表现为气阀间隙为0时，气阀的开启时刻、开启速度、落座速度和关闭时刻均在其工作周期中可明确确定。
如图1所示，在气阀间隙为0时，可明确确定气阀的升程曲线A。曲线A上，气阀开启的位置与曲轴转角明确对应，o点对应气阀的开启时刻，p点对应气阀的最大升程点，a点对应气阀的关闭时刻。
在气阀间隙不为0时，由于气阀间隙的存在，气阀的实际开启范围小于气阀间隙为0时，因此，气阀的开启时刻将延后，而气阀的关闭时刻将提前。气阀间隙越大，其开启时刻延后越多，其关闭时刻提前也越多。如在图1中所示，当气阀间隙为0.5mm时，其开启时刻对应m点，其关闭时刻对应b点；当气阀间隙为1mm时，其开启时刻对应n点，其关闭时刻对应c点。因此，气阀关闭时刻与气阀间隙存在一一对应的关系，当知道气阀关闭时刻即可根据图1中的曲线A得出实际的气阀间隙。
因此，根据本发明的气阀间隙在线测试方法为：在热态下检测气阀的关闭时刻T，根据气阀的标准升程曲线A，确定标准升程曲线A上关闭时刻T时所对应的气阀升程为气阀间隙。
具体地，标准升程曲线A为气阀间隙为0时的气阀的气阀升程曲线。标准升程曲线A线可通过实验得到，也可通过计算得到。可以理解的，由于气阀的运动呈现出规律性，因此标准升程曲线可有多种设计方案，优选为在气阀间隙为0时的气阀的气阀升程曲线。
具体地，气阀的关闭时刻即气阀与阀座相接触的时刻，可通过多种方法检测气阀与阀座是否接触。优选地，通过检测气阀与阀座撞击时的振动信号以确定气阀是否关闭。在气阀落座时，气阀和阀座会发生撞击而激发振动信号，该振动信号可通过阀座传动给气缸缸盖。当采用振动传感器检测气缸缸盖的振动信号时，通过图2可以看出，振动信号的峰值时刻T即为气阀的关闭时刻T。
本发明的在线测试方法中，必须保证气阀的关闭时刻T和标准升程曲线A的时间起点统一，否则无法将标准升程曲线A上关闭时刻T时所对应的气阀升程确定为气阀间隙。
具体地，由于气阀的运动受发动机曲轴的控制，发动机曲轴呈现规律性地周期运动，可以将发动机曲轴的某一特征角度位置的时刻设置为时间起点。优选地，将发动机曲轴处于压缩上止点角度位置时的时刻设置为时间起点。发动机曲轴的角度位置可以通过多种方法检测得到，优选地采用转角传感器检测发动机曲轴的角度位置。优选地，转角传感器设置在发动机曲轴上。
如图3所示，根据本发明的气阀间隙的在线测试装置500包括气阀关闭检测装置100和信号处理装置300。气阀关闭检测装置100用于检测气阀的关闭，信号处理装置300采集和分析气阀关闭检测装置的信号，并内置气阀的标准升程曲线A。其中，信号处理装置300依据气阀关闭检测装置100的信号分析得到气阀的关闭时刻T，根据标准升程曲线A，确定标准升程曲线A上关闭时刻T时所对应的气阀升程为气阀间隙。
进一步，为提高根据本发明的气阀间隙的在线测试装置500的自动化程度，可以增加气阀关闭检测启动装置200，气阀关闭检测启动装置200用以启动气阀关闭检测装置100工作，并且气阀关闭检测启动装置200启动气阀关闭检测装置100工作的时刻为标准升程曲线A的时间起点。
在图4所示的优选实施方式中，根据本发明的气阀间隙的在线测试装置500包括安装在发动机曲轴20上的转角传感器210、安装在气缸缸盖10上的振动传感器110以及信号处理装置300。其中，转角传感器210用于检测发动机曲轴20工作状态下的转角信号，以及识别压缩上止点信号(0°CA位置，CA即曲轴转角crank angle的缩写)，振动传感器110用于检测气缸缸盖10上的振动信号，压缩上止点信号同时作为气缸缸盖10的振动信号采集的触发信号，信号处理装置300用于信号采集及数据处理。在发动机50的运行过程中，以压缩上止点信号作为振动信号采集触发信号，得到振动信号相对于发动机曲轴20的转角的变化曲线；信号处理装置300提取振动曲线峰值对应的发动机曲轴20的转角，该曲轴转角对应的时刻即为气阀关闭时刻T；信号处理装置300将该气阀关闭时刻T与设计/测试得到的冷态下气阀间隙为0时的气阀升程曲线A(例如可预先储存在信号处理装置300内)进行对比分析，即得到实时气阀间隙。如图1所示，若气阀关闭时刻与b点横坐标相同，则该气阀间隙为0.5mm。
综上所述，本发明提供了一种船用柴油机气阀间隙在线测试方法及装置，可以方便快捷地测试气阀间隙，以及时发现气阀间隙超出适合范围。
以上所述，为单个气阀间隙的在线测试方法，对于多缸柴油机，可以根据发火顺序进行各缸气阀间隙的测试及判断。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (15)

1.一种船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，在热态下检测所述气阀的关闭时刻T，根据所述气阀的标准升程曲线A，确定所述标准升程曲线A上所述关闭时刻T时所对应的所述气阀的气阀升程为所述气阀间隙。
2.根据权利要求1所述的船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，检测所述气阀和所述阀座撞击时的振动信号，将所述振动信号的峰值时刻作为所述气阀的所述关闭时刻T。
3.根据权利要求2所述的船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，采用振动传感器检测所述气阀和所述阀座撞击时的振动信号。
4.根据权利要求1所述的船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，所述标准升程曲线A为气阀间隙为0时的所述气阀的气阀升程曲线。
5.根据权利要求1所述的船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，所述关闭时刻T的时间起点和所述标准升程曲线A的时间起点，均为发动机曲轴处于压缩上止点角度位置时的时刻。
6.根据权利要求5所述的船用柴油机气阀间隙在线测试方法，其特征在于，采用转角传感器检测所述发动机曲轴的角度位置。
7.一种船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，包括：
气阀关闭检测装置，所述气阀关闭检测装置用于检测所述气阀的关闭；以及
信号处理装置，所述信号处理装置采集和分析所述气阀关闭检测装置的信号，并内置所述气阀的标准升程曲线A，其中
所述信号处理装置依据所述气阀关闭检测装置的信号分析得到所述气阀的关闭时刻T，根据所述标准升程曲线A，确定所述标准升程曲线A上所述关闭时刻T时所对应的所述气阀的气阀升程为所述气阀间隙。
8.根据权利要求7所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述标准升程曲线A为气阀间隙为0时的所述气阀的气阀升程曲线。
9.根据权利要求7所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述气阀关闭检测装置设置为检测所述气阀和所述阀座的撞击信号，所述信号处理装置依据所述撞击信号分析得到发生所述撞击的时刻为所述气阀的所述关闭时刻T。
10.根据权利要求9所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述气阀关闭检测装置设置为检测所述气阀的振动信号的振动传感器，所述信号处理装置依据所述振动信号分析得到所述振动信号的峰值时刻为所述气阀的所述关闭时刻T。
11.根据权利要求10所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述振动传感器设置在气缸缸盖上。
12.根据权利要求7所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，还包括气阀关闭检测启动装置，所述气阀关闭检测启动装置用以启动所述气阀关闭检测装置工作，其中所述气阀关闭检测启动装置启动所述气阀关闭检测装置工作的时刻为所述标准升程曲线A的时间起点。
13.根据权利要求12所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述气阀关闭检测启动装置设置为检测发动机曲轴的角度位置，当检测到所述发动机曲轴处于压缩上止点角度位置时启动所述气阀关闭检测装置工作。
14.根据权利要求13所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述气阀关闭检测启动装置设置为转角传感器，当所述转角传感器检测到所述发动机曲轴处于所述压缩上止点角度位置时启动所述气阀关闭检测装置工作。
15.根据权利要求14所述的船用柴油机气阀间隙在线测试装置，其特征在于，所述转角传感器设置在所述发动机曲轴上。
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