CN113834663A - 一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法 Download PDF

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CN113834663A CN202111150674.6A CN202111150674A CN113834663A CN 113834663 A CN113834663 A CN 113834663A CN 202111150674 A CN202111150674 A CN 202111150674A CN 113834663 A CN113834663 A CN 113834663A
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丁梦豪
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Abstract

本发明公开了一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法，包括：气阀定时检测仪，所述气阀定时检测仪的第一端连接有振动传感器，所述气阀定时检测仪的第二端连接有凸轮轴上止点传感器，所述气阀定时检测仪的第三端连接有曲轴相位传感器，所述振动传感器设置于若干个柴油机气缸中任一与待测气阀相对应的气缸的缸盖上，以获取所述气缸的缸盖振动信号，所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，本发明利用缸盖的气阀振动信号，根据不同气缸的进气阀和排气阀开闭定时与凸轮轴上止点和飞轮曲轴相位角之间的关系，在柴油机运行状态实时检测进气阀和排气阀的开闭定时，检测速度快，不需要停机检测，操作方便。

Description

一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及船舶路径规划技术领域，具体涉及一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法。
背景技术
柴油机运行过程中或者是在检修过程中，由于气阀机构的磨损、激烈的往复运动和人为检修的失误，会使柴油机进气阀和排气阀的气阀间隙出现异常。不正常的气阀间隙会引起柴油机进气阀和排气阀晚开早关或者早开晚关，晚开早关会直接影响柴油机的进、排气量，使柴油机缸内燃烧不良，使柴油机性能下降。早开晚关会引发气阀撞击活塞顶，不仅会打弯气阀杆，还可能会碰碎活塞顶部，引起重大的机损事故。
目前对柴油机气阀间隙的调整，主要是在停机拆检柴油机时手动盘车，用螺丝刀、千分尺、塞尺等工具手动调整和检查进气阀和排气阀的冷态间隙，需要丰富的操作经验，冷机操作，费时费力。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种柴油机气阀定时检测装置及其检测方法。旨在解决现有的柴油机气阀检测技术中，人工手动使用复杂工具检测且需要停机检测柴油机气阀，影响柴油机正常运行的问题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一方面，本发明提供一种柴油机气阀定时检测装置，包括：
气阀定时检测仪，所述气阀定时检测仪的第一端连接有振动传感器，所述气阀定时检测仪的第二端连接有凸轮轴上止点传感器，所述气阀定时检测仪的第三端连接有曲轴相位传感器，
所述振动传感器设置于若干个柴油机气缸中任一与待测气阀相对应的气缸的缸盖上，以获取所述气缸的缸盖振动信号；
所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输曲轴相位信号，
所述凸轮轴上止点传感器设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输凸轮轴上止点信号。
所述气阀定时检测仪与上位机连接，以将采集的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号经过所述气阀定时检测仪计算后传输至所述上位机中。
优选的，所述气阀定时检测仪包括：
气阀定时检测仪壳体；
开关，其位于气阀定时检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述气阀定时检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、进气阀落座提前角和排气阀落座提前角的设计值和实测值；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述气阀定时检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述缸号、所述冲程数、和所述发火顺序进行参数的设置。
优选的，所述气阀定时检测仪上设有USB通信接口，所述气阀定时检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
优选的，所述上位机为外部计算机设备。
另一方面，本发明还提供了一种柴油机气阀定时检测方法，采用上述的一种柴油机气阀定时检测装置，该气阀定时检测方法包括：
步骤S1：打开所述气阀定时检测仪的开关，在所述气阀定时检测仪中对待测气阀相对应所述柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置；
步骤S2：待所述柴油机运行转速稳定后，按下气阀定时检测仪上的“检测”按钮，进行所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集；
步骤S3：所述气阀定时检测仪对得到的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析，得到所述与待测气阀相对应的气缸进气阀和排气阀的关闭定时；
步骤S4：在所述气阀定时检测仪的所述显示屏上显示所述气缸的进气阀和排气阀落座提前角的设计值和实测值，并将所述进气阀和排气阀落座角的设计值、所述进气阀和排气阀的落座角实测值均传输至所述上位机。
优选的，在步骤S3中，所述分析包括：
步骤S301：以720°CA位置的上止点信号为起点向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第1个振动峰值，所述第1个振动峰值对应的曲轴相位信号即为所述进气阀关闭定时，设所述进气阀关闭定时为α1，得到进气阀关闭滞后角为β＝180°-α1°；
步骤S302：继续向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第2个振动峰值，所述第2个振动峰值即为排气阀关闭定时，设所述排气阀关闭定时为α2，则排气阀关闭滞后角为δ＝360°-α2°；
步骤S303：重复步骤S301和步骤S302，根据所述柴油机每一气缸的凸轮轴上止点信号，依次确定所述柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的关闭定时。
优选的，在步骤S303中，所述柴油机每一缸体的凸轮轴上止点信号根据发火顺序确定。
优选的，所述发火顺序由柴油机的结构、曲轴的设计和曲轴负荷决定。
优选的，还包括：步骤S5：所述上位机根据得到的所述进气阀和排气阀落座提前角的设计值、所述进气阀和排气阀落座提前角的实测值、所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号，对若干个所述柴油机气缸连杆轴承的气阀定时进行趋势分析，以了解柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的磨损状态。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用缸盖的气阀振动信号，根据不同气缸的进气阀和排气阀开闭定时与凸轮轴上止点和飞轮曲轴相位角之间的关系，在柴油机运行状态实时检测进气阀和排气阀的开闭定时，检测速度快，不需要停机检测，操作方便。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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为本发明一实施例提供的一种柴油机曲柄端面图；
图2为本发明一实施例提供的四冲程柴油机气阀开闭定时示意图；
图3为本发明一实施例提供的柴油机气阀定时检测原理图；
图4为本发明一实施例提供的柴油机气阀定时检测装置示意图；
图5为本发明一实施例提供的柴油机气阀定时检测仪面板设计图。
附图标记说明：101-振动传感器，102-凸轮轴上止点传感器，103-曲轴相位传感器，104-电动盘车机，105-上止点磁钢，106-凸轮轴。
具体实施方式
以下结合附图1-5和具体实施方式对本发明提出的柴油机气阀定时检测装置及其检测方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
鉴于现有的柴油机气阀检测技术中存在的不足，为了便于对柴油机在运行过程中的检修，不影响柴油机的正常运行，一方面，本发明提供一种柴油机气阀定时检测装置，包括：
气阀定时检测仪，所述气阀定时检测仪的第一端连接有振动传感器101，所述气阀定时检测仪的第二端连接有凸轮轴上止点传感器102，所述气阀定时检测仪的第三端连接有曲轴相位传感器103。
所述振动传感器设置于若干个柴油机气缸中任一与待测气阀相对应的气缸的缸盖上，以获取所述气缸的缸盖振动信号。
所述曲轴相位传感器103设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输曲轴相位信号。
所述凸轮轴上止点传感器102设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输凸轮轴上止点信号。
所述气阀定时检测仪与上位机连接，以将采集的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号经过所述气阀定时检测仪计算后传输至所述上位机中。
所述气阀定时检测仪包括：
气阀定时检测仪壳体；
开关，其位于气阀定时检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述气阀定时检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、进气阀落座提前角和排气阀落座提前角的设计值和实测值；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述气阀定时检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行调节。
若干个所述调节按钮包括：“上翻”键、“下翻”键、“发火顺序”键、“确定”键、“缸号”键、“缸数”键、“冲程数”键、“上传”键和“检测”键。
所述“发火顺序”键用于将“发火顺序”这一参数调节至当前编辑状态，所述“缸号”键用于将“缸号”这一参数调节至当前编辑状态，所述“缸数”键用于将“缸数”这一参数调节至当前编辑状态，所述“冲程数”键用于将“冲程数”这一参数调节至当前编辑状态，所述“确定”键用于所述“上翻”键和所述“下翻”键在对参数进行调整时的确定，按下所述“上传”键用于将所述气阀定时检测仪检测和计算的数据上传至所述上位机，按下“检测”键，气阀定时检测仪同步采集缸盖振动信号、飞轮端曲轴相位信号和凸轮轴上止点信号，所述“上翻”键和“下翻”键用于上述的发火顺序、缸数、冲程数和缸号这些参数的调节。
所述气阀定时检测仪上设有USB通信接口，所述气阀定时检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
另一方面，本发明还提供了一种柴油机气阀定时检测方法，采用上述的一种柴油机气阀定时检测装置，该气阀定时检测方法包括：
步骤S1：打开所述气阀定时检测仪的开关，在所述气阀定时检测仪中对待测气阀相对应所述柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置；
步骤S2：待所述柴油机运行转速稳定后，按下气阀定时检测仪上的“检测”按钮，进行所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集；
步骤S3：所述气阀定时检测仪对得到的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析，得到所述与待测气阀相对应的气缸进气阀和排气阀的关闭定时；
步骤S4：在所述气阀定时检测仪的所述显示屏上显示所述气缸的进气阀和排气阀落座提前角的设计值和实测值，并将所述进气阀和排气阀落座角的设计值、所述进气阀和排气阀的落座角实测值均传输至所述上位机。
在步骤S3中，所述分析包括：
步骤S301：以720°CA位置的上止点信号为起点向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第1个振动峰值，所述第1个振动峰值对应的曲轴相位信号即为所述进气阀关闭定时，设所述进气阀关闭定时为α1，得到进气阀关闭滞后角为β＝180°-α1°；
步骤S302：继续向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第2个振动峰值，所述第2个振动峰值即为排气阀关闭定时，设所述排气阀关闭定时为α2，则排气阀关闭滞后角为δ＝360°-α2°；
步骤S303：重复步骤S301和步骤S302，根据所述柴油机每一气缸的凸轮轴上止点信号，依次确定所述柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的关闭定时。
在步骤S303中，所述柴油机每一缸体的凸轮轴上止点信号根据发火顺序确定。
还包括：步骤S5：所述上位机根据得到的所述进气阀和排气阀落座提前角的设计值、所述进气阀和排气阀落座角的实测值，对柴油机的若干个所述气缸的进气阀和排气阀落座角进行趋势分析，以了解柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的磨损状态。
本实施例以一台4缸四冲程柴油机为例，其包括1#缸、2#缸、3#缸和4#缸，其各缸发火顺序为1#-3#-2#-4#，柴油机曲柄端面图如图1所示。飞轮端相位齿轮360°圆周上有360个齿，由发火间隔角Φ＝720/4°CA＝180°CA(曲柄转角)，则相邻气缸之间的脉冲数为180个。凸轮轴上止点信号确定了1#缸上止点位置，但由于柴油机的运转不是匀速的，因此曲轴相位脉冲的分布也不是均匀分布的，因此其它各缸的上止点位置与1#缸上止点位置相差180°CA，飞轮上相应齿的位置如图1所示。如图2所示，进气阀在上止点前α°提前开启，到下止点后β°滞后关闭。排气阀在下止点前δ°提前开启，到上止点后γ°滞后关闭。此处的α、β、δ、γ即分别为柴油机的进气阀和排气阀的开闭定时。当由于阀杆磨损等原因使气阀间隙异常时，这些定时角就会发生变化，以此来对柴油机气阀进行检测。
柴油机运行时各缸进气阀和排气阀按照确定的定时和发火顺序轮流开启和关闭，因此在缸盖表面产生不同时刻的进气阀和排气阀落座冲击振动。1#缸缸盖进气阀和排气阀落座的表面振动冲击信号、曲轴相位信号和凸轮轴上止点信号如图3所示，因此可以根据进气阀和排气阀落座冲击的位置从曲轴相位信号中确定1#缸进气阀和排气阀的落座定时。以720CA°位置的上止点信号为起点向前推移，在缸盖振动信号中寻找第1个振动峰值，这个峰值所对应的曲轴相位信号就是进气阀关闭的定时，设所述进气阀关闭定时为α1，得到进气阀关闭滞后角为β＝180°-α1°。同样原理，继续向前推移，在缸盖振动信号中寻找第2个振动峰值，这个峰值就是排气阀关闭的定时，设所述排气阀关闭定时为α2，则排气阀关闭滞后角为δ＝360°-α2°。按照同样的原理，可以确定其它缸进气阀和排气阀的落座定时，只是其它缸的凸轮轴上止点信号与1#缸有所不同，要按照发火顺序重新定位，柴油机气阀定时检测装置结构如图4所示。
为有效采集曲轴相位信号，设四冲程柴油机最高转速为2400r/min，以曲轴齿数360为例，则信号的最低采样频率fs＝2400/60×36×4＝57600Hz，故信号的采样频率取60kHz。
气阀定时检测仪包括1块液晶显示屏和9只按钮，其面板设计如图5所示。液晶屏显示待检测柴油机的缸数、冲程数(二冲程或四冲程)、发火顺序和缸号，在检测之前需要进行这些参数的设置。测试完成后分别显示各缸进气阀和排气阀落座的设计定时和实际测量值。
打开检测仪的电源开关，按“上翻”键和“下翻”键可校准日期，按“确定”键保存。
测试前按下“缸数”键，可以用“上翻”键和“下翻”键输入柴油机的缸数，按“确定”键输入这个参数。按下“缸号”键，可以用“上翻”键和“下翻”键输入柴油机的缸号，按“确定”键输入这个参数。按下“冲程数”键，可以用“上翻”键和“下翻”键输入柴油机的冲程数“二”或者“四”，按“确定”键输入这个参数。按下“发火顺序”键，可以用“上翻”键和“下翻”键输入柴油机的发火顺序，按“确定”键输入这个参数。上述所有的参数包括不同柴油机的发火顺序和进气阀和排气阀落座提前角的设计参数都事先存储在检测仪中，不需要重新输入数字，只需要用“上翻”键和“下翻”键选择合适的参数即可，这就省却了0～9的10个数字健，使参数设置也非常方便。
参数设置后，按下“检测“键，气阀定时检测仪同步采集某缸缸盖振动信号、凸轮轴上止点和飞轮端相位信号如图3所示。气阀定时检测仪根据各缸的振动信号确定各缸进气阀和排气阀落座定时，同时在液晶屏上显示出该缸进气阀和排气阀落座提前角的设计值和实测值。
检测完毕后，测试记录会自动保存在检测仪中。按下气阀定时检测仪上“缸号“键，通过“上翻”键和“下翻”键就可以在液晶屏上显示不同缸的进气阀和排气阀落座提前角。当需要上传数据时，按气阀定时检测仪上“上传”键，可以将记录的各缸进气阀和排气阀落座提前角传输到上位机保存，以对柴油机的若干个所述气缸的进气阀和排气阀落座提前角进行趋势分析。
综上所述，本实施例利用缸盖的气阀振动信号，根据不同气缸的进气阀和排气阀开闭定时与凸轮轴上止点和飞轮曲轴相位角有确定关系的原理，在柴油机运行状态实时检测进气阀和排气阀的落座定时，检测速度快，不需要停机检测，操作方便。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种柴油机气阀定时检测装置，其特征在于，包括：
气阀定时检测仪，所述气阀定时检测仪的第一端连接有振动传感器，所述气阀定时检测仪的第二端连接有凸轮轴上止点传感器，所述气阀定时检测仪的第三端连接有曲轴相位传感器，
所述振动传感器设置于若干个柴油机气缸中任一与待测气阀相对应的气缸的缸盖上，以获取所述气缸的缸盖振动信号；
所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输曲轴相位信号，
所述凸轮轴上止点传感器设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述气阀定时检测仪传输凸轮轴上止点信号。
所述气阀定时检测仪与上位机连接，以将采集的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号经过所述气阀定时检测仪计算后传输至所述上位机中。
2.如权利要求1所述的柴油机气阀定时检测装置，其特征在于，所述气阀定时检测仪包括：
气阀定时检测仪壳体；
开关，其位于气阀定时检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述气阀定时检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、进气阀落座提前角和排气阀落座提前角的设计值和实测值；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述气阀定时检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述缸号、所述冲程数和所述发火顺序进行参数的设置。
3.如权利要求1所述的柴油机气阀定时检测装置，其特征在于，所述气阀定时检测仪上设有USB通信接口，所述气阀定时检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
4.一种柴油机气阀定时检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-3任一所述的一种柴油机气阀定时检测装置，该气阀定时检测方法包括：
步骤S1：打开所述气阀定时检测仪的开关，在所述气阀定时检测仪中对待测气阀相对应所述柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置；
步骤S2：待所述柴油机运行转速稳定后，按下气阀定时检测仪上的“检测”按钮，进行所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集；
步骤S3：所述气阀定时检测仪对得到的所述缸盖振动信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析，得到所述与待测气阀相对应的气缸进气阀和排气阀的关闭定时；
步骤S4：在所述气阀定时检测仪的所述显示屏上显示所述气缸的进气阀和排气阀落座提前角的设计值和实测值，并将所述进气阀和排气阀落座角的设计值、所述进气阀和排气阀的落座角实测值均传输至所述上位机。
5.如权利要求4所述的柴油机气阀定时检测方法，其特征在于，在步骤S3中，所述分析包括：
步骤S301：以720°CA位置的上止点信号为起点向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第1个振动峰值，所述第1个振动峰值对应的曲轴相位信号即为所述进气阀关闭定时，设所述进气阀关闭定时为α1，得到进气阀关闭滞后角为β＝180°-α1°；
步骤S302：继续向前推移，在所述缸盖振动信号中寻找第2个振动峰值，所述第2个振动峰值即为排气阀关闭定时，设所述排气阀关闭定时为α2，则排气阀关闭滞后角为δ＝360°-α2°；
步骤S303：重复步骤S301和步骤S302，根据所述柴油机每一气缸的凸轮轴上止点信号，依次确定所述柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的关闭定时。
6.如权利要求5所述的柴油机气阀定时检测方法，其特征在于，在步骤S303中，所述柴油机每一缸体的凸轮轴上止点信号根据发火顺序确定。
7.如权利要求6所述的柴油机气阀定时检测方法，其特征在于，还包括：步骤S5：所述上位机根据得到的所述进气阀和排气阀落座角的设计值、所述进气阀和排气阀落座提前角的实测值对柴油机的若干个所述气缸的进气阀和排气阀落座角进行趋势分析，以了解柴油机每一气缸的进气阀和排气阀的磨损状态。
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