CN113217189B - 保护往复式发动机安全运行的方法、装置和往复式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种保护往复式发动机安全运行的方法、装置和往复式发动机。该方法包括：采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值；将实际运行功率值带入预设判断模型，得到与实际运行功率值对应的压力基准值；根据压力基准值和实际压力值执行预设保护动作。如此，本发明通过将压力基准值和实际压力值进行比较，根据比较结果及时确定出故障发动机过量窜气的严重程度，使得用户能够根据过量窜气的严重程度对故障发动机实施不同的保护措施。

Description

保护往复式发动机安全运行的方法、装置和往复式发动机
技术领域
本发明涉及往复式发动机安全运行技术领域，具体涉及一种保护往复式发动机安全运行的方法、装置和往复式发动机。
背景技术
往复式发动机的燃烧室由活塞、活塞环、汽缸套、汽缸盖组成，在发动机运行过程，活塞与活塞环组成的活塞组件在汽缸套内做往复运动。在实际应用中，由于活塞组件与汽缸套内壁之间有间隙，使得在发动机压缩冲程中，燃烧室内的压缩气体穿过间隙部位窜入发动机曲轴箱内，以及在发动机做功冲程中，燃烧室内的高温高压膨胀气体穿过间隙部位窜入发动机曲轴箱内，造成窜气现象，最终使得发动机发生拉缸故障。
为了检测发动机发生拉缸故障，相关技术提供了一种预警装置，包括：测温元件、温度信号采集单元和监控设备。其中，测温元件用于检测柴油机的缸套内表面的温度，温度信号采集单元用于采集测温元件的测量数据，监控设备用于实时的监测缸套温度的变化并在缸套温度出现异常时发出预警。
然而，由于发动机汽缸套冷却介质的温度受多种因素影响，例如，发动机功率和冷却装置性能。因此，相关技术难以及时检测出发动机的不同程度的过量窜气情况。
发明内容
有鉴于此，提供一种保护往复式发动机安全运行的方法、装置和往复式发动机，以解决相关技术存在的难以及时检测出发动机的不同程度的过量窜气情况的问题。
本发明采用如下技术方案：
参看本发明的第一方面，本发明提供了一种保护往复式发动机安全运行的方法，包括：
采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值；
将所述实际运行功率值带入预设判断模型，得到与所述实际运行功率值对应的压力基准值；
根据所述压力基准值和所述实际压力值执行预设保护动作。
优选的，所述压力基准值包括第一压力基准值和第二压力基准值；所述第一压力基准值小于所述第二压力基准值；
所述根据所述压力基准值和所述实际压力值执行预设保护动作，包括：
判断所述实际压力值是否大于所述第一压力基准值，得到第一预设结果；
当所述第一预设结果为是时，判断所述实际压力值是否大于所述第二压力基准值，得到第二预设结果；
当所述第二预设结果为否时，执行第一预设保护动作；
当所述第二预设结果为是时，执行第二预设保护动作；所述预设保护动作包括所述第一预设保护动作和所述第二预设保护动作。
优选的，所述第一预设保护动作包括：发出第一预警信息和控制发动机的进机燃气控制阀关闭；
所述第二预设保护动作包括：发出第二预警信息和控制发动机的点火控制器停止点火，以及控制发动机的进机燃气控制阀关闭。
优选的，本发明的保护往复式发动机安全运行的方法，还包括：存储所述实际运行功率值和所述实际压力值，以及与所述实际压力值对应的判断结果数据。
参看本发明的第二方面，本发明提供了一种保护往复式发动机安全运行的装置，包括：探测模块和保护控制器；
所述探测模块和所述保护控制器连接；
所述探测模块设置在发动机机体上，用于采集发动机的曲轴箱内部实际压力值，并将所述实际压力值发送给所述保护控制器；
所述保护控制器分别与发动机的启动装置、功率输出装置、进机燃气控制阀和点火控制器连接，用于通过所述启动装置采集发动机的启动信号，根据所述启动信号判断所述发动机是否成功启动，当所述发动机成功启动时，通过所述功率输出装置采集发动机的实际运行功率值，根据所述实际运行功率值、所述实际压力值和预设判断模型控制所述进机燃气控制阀和所述点火控制器的工作状态。
优选的，本发明的保护往复式发动机安全运行的装置，还包括：显示器；
所述显示器与所述保护控制器连接，用于显示所述保护控制器发送的结果数据；所述结果数据包括所述实际运行功率值和所述实际压力值。
优选的，本发明的保护往复式发动机安全运行的装置，还包括：存储器；
所述存储器与所述保护控制器连接，用于存储所述保护控制器发送的结果数据。
优选的，所述探测模块包括：探测壳体和探测器；
所述探测壳体为中空壳体结构，设置有第一开口和第二开口；所述第一开口通过所述发动机机体上的探测孔与所述发动机的曲轴箱内部连通，所述探测壳体通过所述发动机机体使所述第一开口密闭；所述探测器设置在所述第二开口处，且使所述第二开口密闭；
所述探测壳体的腔体用于支持所述腔体内的润滑油雾冷凝成液态，并支持冷凝成液态的润滑油回流至所述发动机机体内。
参看本发明的第三方面，本发明提供了一种往复式发动机，包括：本发明任一实施例所述的保护往复式发动机安全运行的装置，以及发动机本体；
所述发动机本体包括发动机机体、曲轴箱和曲轴；所述发动机机体上设置有探测孔，所述曲轴箱通过所述探测孔与外接相通；所述探测孔的孔径轴线与水平面成预设夹角。
本发明采用以上技术方案，首先，采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值。然后，将实际运行功率值带入预设判断模型，得到与实际运行功率值对应的压力基准值。最后，根据压力基准值和实际压力值执行预设保护动作，预设保护动作包括发出预警信息。基于此，本发明通过将压力基准值和实际压力值进行比较，根据比较结果及时确定出故障发动机过量窜气的严重程度，以使用户能够根据过量窜气的严重程度对故障发动机实施不同的保护措施。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种保护往复式发动机安全运行的方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的第一压力基准值和第二压力基准值的函数图像。
图3是本发明实施例提供的一种保护往复式发动机安全运行的装置的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种往复式发动机的结构示意图。
图5是本发明实施例提供的另一种往复式发动机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
图1是本发明实施例提供的一种保护往复式发动机安全运行的方法的流程示意图。如图1所示，本实施的保护往复式发动机安全运行的方法，包括：
S101、采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值。
具体的，首先，系统采集发动机启动信号。然后，系统根据启动信号判断发动机是否成功启动。当系统确定出发动机成功时，采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值；当系统确定出发动机未成功启动时，再次根据启动信号判断发动机是否成功启动，如此循环，直至系统确定出发动机成功启动，并采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值。
在一个具体的例子中，当发动机转速达到800r/min，且发动机控制装置的开关闭合时，系统确定出发动机成功启动。
S102、将实际运行功率值带入预设判断模型，得到与实际运行功率值对应的压力基准值。
详细的，不同功率状态下，发动机曲轴箱内部的压力值与发动机拉缸故障的关系不同。因此，为了更加准确的确定出发动机曲轴箱内部的压力值与发动机拉缸故障的关系，本申请通过大量实测数据确定出预设判断模型。预设判断模型中包含各实际运行功率值下的标准压力值范围，当实际压力值超出标准压力值范围时，系统确定出发动机存在拉缸故障。
S103、根据压力基准值和实际压力值执行预设保护动作。
具体的，压力基准值包括第一压力基准值和第二压力基准值，第一压力基准值小于第二压力基准值。当实际压力值大于第一压力基准值，且小于第二压力基准值时，定义发动机存在轻微过量窜气情况，当实际压力值大于第二压力基准值时，定义发动机存在严重过量窜气情况。
在一个具体的例子中，第一压力基准值可由以下公式计算出：
Vsa＝K1X+A
其中，Vsa为第一压力基准值；X为发动机的实际运行功率值；A为发动机启动成功后0功率情况下曲轴箱压力设计许可值；K1为第一系数，其计算公式如下：
Figure BDA0003085030730000061
其中，Y0为发动机启动成功后0功率情况下曲轴箱压力设计许可值；Y2为发动机额定功率情况下曲轴箱压力设计许可值；X0为0KW/h；X1为发动机额定功率。
第二压力基准值可由一下公式计算出：
Vsd＝K2X+F
其中，Vsd为第二压力基准值；X为发动机的实际运行功率值；F为发动机启动成功后0功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值，当发动机启动成功后0功率情况下，曲轴箱实际压力值大于或等于该压力阈值时，定义发动机存在严重过量窜气情况；K2为第二系数，其计算公式如下：
Figure BDA0003085030730000071
其中，Y1为发动机启动成功后0功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值，当发动机启动成功后0功率情况下，曲轴箱的实际压力值大于或等于该压力阈值时，定义发动机存在严重过量窜气情况；Y3为发动机额定功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值，当发动机额定功率情况下，曲轴箱的实际压力值大于或等于该压力阈值时，定义发动机存在严重过量窜气情况。
图2是本发明实施例提供的第一压力基准值和第二压力基准值的函数图像。如图2所示，线段A-B-C为第一压力基准值对应的函数图像；线段F-E-D为第二压力基准值对应的函数图像。R为发动机启动成功点。
详细的，根据压力基准值和实际压力值执行预设保护动作，具体包括：
判断实际压力值是否大于第一压力基准值，得到第一预设结果；
当第一预设结果为是时，判断实际压力值是否大于第二压力基准值，得到第二预设结果；
当第二预设结果为否时，即实际压力值大于第一压力基准值，且小于第二压力基准值，定义发动机存在轻微过量窜气情况，执行第一预设保护动作；
当第二预设结果为是时，即实际压力值大于第二压力基准值时，定义发动机存在严重过量窜气情况，执行第二预设保护动作；预设保护动作包括第一预设保护动作和第二预设保护动作。
优选的，第一预设保护动作包括：发出第一预警信息和控制发动机的进机燃气控制阀关闭；第一预警信息用于提示用户发动机存在轻微过量窜气情况，以使用户及时处理该情况。控制发动机的进机燃气控制阀关闭，发动机将缓慢停止运行。第二预设保护动作包括：发出第二预警信息，以使用户根据第二预警信息获知发动机存在严重过量窜气情况，并及时处理该情况。第二预设保护动作还包括控制发动机的点火控制器停止点火，以及控制发动机的进机燃气控制阀关闭，以使发动机快速关闭。如此，避免了发动机发生拉缸故障，预防曲轴箱发生爆炸，保障了发动机的安全运行。
本实施例采用以上技术方案，首先，采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值。然后，将实际运行功率值带入预设判断模型，得到与实际运行功率值对应的压力基准值。最后，根据压力基准值和实际压力值执行预设保护动作，预设保护动作包括发出预警信息。基于此，本发明通过将压力基准值和实际压力值进行比较，根据比较结果及时确定出故障发动机过量窜气的严重程度，以使用户能够根据过量窜气的严重程度对故障发动机实施不同的保护措施。
优选的，本实施的保护往复式发动机安全运行的方法，还包括：存储实际运行功率值和所述实际压力值，以及与实际压力值对应的判断结果数据。具体的，与实际压力值对应的判断结果数据包括压力基准值和判断结果。
图3是本发明实施例提供的一种保护往复式发动机安全运行的装置的结构示意图。如图3所示，本实施的保护往复式发动机安全运行的装置包括：探测模块31和保护控制器32。
其中，探测模块31和保护控制器32连接；探测模块31设置在发动机机体上，用于采集发动机的曲轴箱内部实际压力值，并将实际压力值发送给保护控制器32；保护控制器32分别与发动机的启动装置、功率输出装置、进机燃气控制阀和点火控制器连接，用于通过启动装置采集发动机的启动信号，根据启动信号判断所述发动机是否成功启动，当发动机成功启动时，通过功率输出装置采集发动机的实际运行功率值，根据实际运行功率值、实际压力值和预设判断模型控制进机燃气控制阀和点火控制器的工作状态。
优选的，本实施的保护往复式发动机安全运行的装置还包括：存储器。存储器与保护控制器连接，用于存储保护控制器发送的结果数据。
需要说明的是，本实施例的保护往复式发动机安全运行的装置用于实现上述实施例的保护往复式发动机安全运行的方法，具备相应的执行过程和有益效果，在此不再赘述。
图4是本发明实施例提供的一种往复式发动机的结构示意图。如图4所示，本实施的往复式发动机，包括：保护往复式发动机安全运行的装置41和发动机本体42。
其中，发动机本体42包括发动机机体、曲轴箱和曲轴；发动机机体上设置有探测孔，曲轴箱通过探测孔与外接相通；探测孔的孔径轴线与水平面成预设夹角。
在一个具体的例子中，图5是本发明实施例提供的另一种往复式发动机的结构示意图。本实施的往复式发动机，包括：保护往复式发动机安全运行的装置和发动机本体。
如图5所示，保护往复式发动机安全运行的装置包括：探测壳体3、探测器5、保护控制器32和显示器K2。发动机本体包括：发动机机体1、曲轴箱2、燃烧室6、火花塞7、燃气供给管8、燃气控制阀9、气缸套冷却水腔10、气缸套11、活塞12、连杆13、油底壳14、连杆轴承15、曲轴16、点火控制器K3和进机燃气控制阀K4。
其中，发动机机体1上设置有探测孔4。探测壳体3为中空壳体结构，设置有第一开口和第二开口；第一开口通过发动机机体上的探测孔4与发动机的曲轴箱内部连通，探测壳体通过发动机机体使第一开口密闭；探测器设置在第二开口处，且使第二开口密闭，如此，使得探测壳体3内部形成一密闭腔室3b。
具体的，在发动机运行过程中，密闭腔室3b内的压力实时跟随曲轴箱2内压力同步相同，当活塞12与汽缸套11之间密封不严故障时，过量窜气现象使密闭腔室3b内的压力实时跟随曲轴箱2内的压力同步升高，通过探测器5实时采集曲轴箱2内的实际压力值，并将该实际压力值发送至保护控制器32。保护控制器32根据实际运行功率值、实际压力值和预设判断模型判断发动机的工作状态，当判断出发动机存在拉缸故障时，根据判断结果控制进机燃气控制阀和点火控制器的工作状态，如此，保证了发动机的安全运行。
详细的，探测孔4设置在油底壳14的内润滑油液面上部空间的发动机机体1上，且贯穿曲轴箱2内外。如图5所示，探测孔4的孔径轴线与机体水平面的夹角为45°。如此，使得密闭腔室3b内的润滑油能够回流至曲轴箱内。
此外，在面对曲轴16顺时针旋转端面时，探测孔4设置在曲轴16右侧，如此，保证发动机运行过程中，由于曲轴16的旋转离心力而飞溅的润滑油不能进入密闭腔室3b内，避免了润滑油堵塞探测孔4，提高了探测准确度，使得本实施例容易实施。
具体的，探测器设置在第二开口处，由于第二开口位于密闭腔室3b的顶部，使得进入密闭腔室3b内的润滑油油雾冷凝为液态润滑油后，不会流至探测器上，提高了探测器的使用寿命和探测结果准确度。
具体的，显示器K2与保护控制器连接，用于显示保护控制器发送的结果数据；结果数据包括实际运行功率值和实际压力值。
详细的，探测器可以是现有技术中的压力传感器。保护控制器32可以是现有技术中的可编程逻辑控制器。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程示意图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
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 (5)

1.一种保护往复式发动机安全运行的方法，其特征在于，包括：
采集发动机实际运行功率值和发动机的曲轴箱内部实际压力值；
将所述实际运行功率值带入预设判断模型，得到与所述实际运行功率值对应的压力基准值；不同功率状态下，发动机曲轴箱内部的压力值与发动机拉缸故障的关系不同；
根据所述压力基准值和所述实际压力值执行预设保护动作；
所述压力基准值包括第一压力基准值和第二压力基准值；所述第一压力基准值小于所述第二压力基准值；
所述根据所述压力基准值和所述实际压力值执行预设保护动作，包括：
判断所述实际压力值是否大于所述第一压力基准值，得到第一预设结果；
当所述第一预设结果为是时，判断所述实际压力值是否大于所述第二压力基准值，得到第二预设结果；
当所述第二预设结果为否时，执行第一预设保护动作；
当所述第二预设结果为是时，执行第二预设保护动作；所述预设保护动作包括所述第一预设保护动作和所述第二预设保护动作；
所述第一预设保护动作包括：发出第一预警信息和控制发动机的进机燃气控制阀关闭；
所述第二预设保护动作包括：发出第二预警信息和控制发动机的点火控制器停止点火，以及控制发动机的进机燃气控制阀关闭；
还包括：存储所述实际运行功率值和所述实际压力值，以及与所述实际压力值对应的判断结果数据；
第一压力基准值的计算公式为：
Vsa＝K1X+A
其中，Vsa为第一压力基准值；X为发动机的实际运行功率值；A为发动机启动成功后0功率情况下曲轴箱压力设计许可值；K1为第一系数，其计算公式如下：
Figure FFW0000024085120000021
其中，Y0为发动机启动成功后0功率情况下曲轴箱压力设计许可值；Y2为发动机额定功率情况下曲轴箱压力设计许可值；X0为0KW/h；X1为发动机额定功率；
第二压力基准值的计算公式为：
Vsd＝K2X+F
其中，Vsd为第二压力基准值；X为发动机的实际运行功率值；F为发动机启动成功后0功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值；K2为第二系数，其计算公式如下：
Figure FFW0000024085120000022
其中，Y1为发动机启动成功后0功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值；Y3为发动机额定功率情况下严重过量窜气事件对应的压力阈值。
2.一种保护往复式发动机安全运行的装置，其特征在于，包括：探测模块和保护控制器；
所述探测模块和所述保护控制器连接；
所述探测模块设置在发动机机体上，用于采集发动机的曲轴箱内部实际压力值，并将所述实际压力值发送给所述保护控制器；
所述保护控制器分别与发动机的启动装置、功率输出装置、进机燃气控制阀和点火控制器连接，用于通过所述启动装置采集发动机的启动信号，根据所述启动信号判断所述发动机是否成功启动，当所述发动机成功启动时，通过所述功率输出装置采集发动机的实际运行功率值，根据所述实际运行功率值、所述实际压力值和预设判断模型控制所述进机燃气控制阀和所述点火控制器的工作状态；
所述探测模块包括：探测壳体和探测器；
所述探测壳体为中空壳体结构，设置有第一开口和第二开口；所述第一开口通过所述发动机机体上的探测孔与所述发动机的曲轴箱内部连通，所述探测壳体通过所述发动机机体使所述第一开口密闭；所述探测器设置在所述第二开口处，且使所述第二开口密闭；
所述探测壳体的腔体用于支持所述腔体内的润滑油雾冷凝成液态，并支持冷凝成液态的润滑油回流至所述发动机机体内。
3.根据权利要求2所述的保护往复式发动机安全运行的装置，其特征在于，还包括：显示器；
所述显示器与所述保护控制器连接，用于显示所述保护控制器发送的结果数据；所述结果数据包括所述实际运行功率值和所述实际压力值。
4.根据权利要求2所述的保护往复式发动机安全运行的装置，其特征在于，还包括：存储器；
所述存储器与所述保护控制器连接，用于存储所述保护控制器发送的结果数据。
5.一种往复式发动机，其特征在于，包括：如权利要求2、3或4所述的保护往复式发动机安全运行的装置，以及发动机本体；
所述发动机本体包括发动机机体、曲轴箱和曲轴；所述发动机机体上设置有探测孔，所述曲轴箱通过所述探测孔与外接相通；在面对曲轴顺时针旋转端面时，探测孔设置在曲轴右侧，所述探测孔的孔径轴线与水平面成预设夹角。
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