一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，通過提取柴油機(jī)運(yùn)行中曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)的循環(huán)波動(dòng)特征，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)各個(gè)氣缸組燃燒故障狀態(tài)的識(shí)別。該方法使用轉(zhuǎn)速信號(hào)中的特定諧波分量作為標(biāo)尺，對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中各氣缸組的主要做功范圍進(jìn)行劃分；計(jì)算柴油機(jī)單個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期中各氣缸組主要做功范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)均值作為各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照柴油機(jī)的發(fā)火順序，將連續(xù)運(yùn)行中各氣缸組做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的循環(huán)波動(dòng)差值以極坐標(biāo)的排列形式構(gòu)成循環(huán)極坐標(biāo)圖；根據(jù)循環(huán)極坐標(biāo)圖的畸變程度和畸變位置對(duì)柴油機(jī)燃燒故障的程度和位置進(jìn)行識(shí)別，該診斷方法結(jié)果可靠，實(shí)時(shí)性好，是一種適用于多缸柴油機(jī)的可視化診斷方法。
【專利說明】
一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于柴油機(jī)故障診斷領(lǐng)域，具體涉及一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐 標(biāo)圖診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柴油機(jī)自誕生以來，在人類生產(chǎn)生活中一直扮演著舉足輕重的角色，一旦產(chǎn)生故 障，會(huì)造成一系列的安全問題、經(jīng)濟(jì)問題和環(huán)境問題。簡便而及時(shí)地發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的異常工作 狀態(tài)，防患于未然，是現(xiàn)代工業(yè)綠色生產(chǎn)、健康運(yùn)行的客觀需求。
[0003] 在針對(duì)柴油機(jī)燃燒故障的診斷方法中，基于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的診斷方法與基于振動(dòng) 信號(hào)、氣缸壓力信號(hào)和聲發(fā)射信號(hào)的診斷方法相比較而言，具有簡潔、準(zhǔn)確、低成本等諸多 優(yōu)點(diǎn)。作為柴油機(jī)重要性能指標(biāo)之一的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)，其波動(dòng)特性和趨勢反映了柴油機(jī)各 氣缸組的做功狀態(tài)和整體運(yùn)行的均勻一致性。在正常狀態(tài)下，柴油機(jī)的各氣缸組燃燒做功 時(shí)會(huì)對(duì)曲軸產(chǎn)生基本一致的波動(dòng)影響，雖不可能完全相同，但差異處在一個(gè)很小范圍內(nèi)，一 旦其中某一個(gè)氣缸組產(chǎn)生故障，就會(huì)對(duì)這種運(yùn)行的一致性造成破壞而引起整體失衡，通過 分析各氣缸組做功時(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的循環(huán)波動(dòng)特征及其變化趨勢，就可以實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)燃燒 故障的識(shí)別與定位。
[0004] 現(xiàn)有的基于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的燃燒故障診斷技術(shù)大多需要充足的故障樣本作為診 斷基礎(chǔ)，才可以利用制定閾值或者模式識(shí)別等方式來進(jìn)行故障判別，這樣的診斷方式往往 面臨程序繁瑣、準(zhǔn)確性差、只適用于單一機(jī)型、故障樣本難以獲取等技術(shù)難題，不利于工程 上的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。發(fā)明一種簡單、可靠、通用性強(qiáng)的在線可視化診斷方法，對(duì)于該技術(shù)的實(shí)際 應(yīng)用與柴油機(jī)的視情維修具有很好的促進(jìn)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖 診斷方法，該方法使用諧波標(biāo)尺準(zhǔn)確構(gòu)造了柴油機(jī)各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過循環(huán)極 坐標(biāo)圖的形式表示各氣缸組做功評(píng)價(jià)指標(biāo)在柴油機(jī)運(yùn)行中的循環(huán)波動(dòng)差值特征，根據(jù)循環(huán) 極坐標(biāo)圖的形狀畸變特征實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)燃燒故障的識(shí)別與定位。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：
[0007] 步驟一，通過安裝在柴油機(jī)曲軸飛輪端處的兩個(gè)霍爾傳感器與高速數(shù)據(jù)采集儀器 采集曲軸的原始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)S。和標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)S TDC;
[0008] 步驟二，使用諧波標(biāo)尺對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中各氣缸組的主要做功范圍進(jìn)行劃 分；
[0009] 步驟三，在劃分的區(qū)域內(nèi)構(gòu)造各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照柴油機(jī)的發(fā)火順序， 將連續(xù)運(yùn)行中各氣缸組做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的循環(huán)波動(dòng)差值以極坐標(biāo)的排列形式構(gòu)成循環(huán)極坐 標(biāo)圖，根據(jù)循環(huán)極坐標(biāo)圖的畸變程度和畸變位置對(duì)柴油機(jī)燃燒故障的程度和位置進(jìn)行識(shí) 別。
[0010] 所述步驟二中，使用諧波標(biāo)尺準(zhǔn)確構(gòu)造了柴油機(jī)各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過 將原始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)S。轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)S:，對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)5:分別采用低通濾波和傅 立葉帶通濾波處理，獲取轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)S。以及用于精確劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)S。中體現(xiàn)各氣缸 組主要做功范圍的諧波標(biāo)尺信號(hào)。
[0011] 所述步驟二中，使用諧波標(biāo)尺對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中各氣缸組的主要做功范圍 進(jìn)行劃分的過程包括以下步驟：
[0012] 第一步，根據(jù)原始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)S。中各個(gè)波形周期之間的微小時(shí)間間隔A ^求取 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)S:，每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法為：
[0014] 其中，Nt為曲軸飛輪上的輪齒數(shù)；
[0015] 第二步，采用低通濾波處理技術(shù)，去除瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)一:中的高頻干擾項(xiàng)，得到有效 的轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)&，其截止頻率fP的設(shè)置方式如下：
[0016] fp = vfc
[0017]其中，fc為柴油機(jī)的轉(zhuǎn)頻，信號(hào)S沖的最高簡諧次數(shù)v>24;
[0018]第三步，采用傅立葉帶通濾波技術(shù)提取轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中的特定諧波分量Sh，將其 作為一種精確劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中柴油機(jī)各氣缸組主要做功范圍的標(biāo)尺，該諧波標(biāo)尺分 量Sh的頻率fh計(jì)算方式如下：
[0020] 其中，N。表示柴油機(jī)氣缸組的數(shù)目，在柴油機(jī)為均勻發(fā)火形式時(shí)，單個(gè)氣缸構(gòu)成一 個(gè)氣缸組;而當(dāng)柴油機(jī)為非均勻發(fā)火形式時(shí)，發(fā)火間隔較近的兩個(gè)氣缸合并為一個(gè)氣缸組；
[0021] 第四步，以標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)STDC為參照，使用諧波標(biāo)尺分量Sh對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf進(jìn)行 劃分，得到對(duì)應(yīng)于每個(gè)氣缸組主要做功范圍T c( i)內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)值集合：
[0022] Vi=[ A ?i(l)，A ?i(2)，A ?i(3)，."，A ?i(nh)]T，i = l，2,…Nc
[0024] 其中，nh表示每個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)總量。
[0025] 所述步驟三中，在劃分的區(qū)域內(nèi)構(gòu)造各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括計(jì)算柴油機(jī) 單個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期中各氣缸組主要做功范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)均值作為各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0026] 所述步驟三中，根據(jù)循環(huán)極坐標(biāo)圖在實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)中的畸變程度和畸變位置對(duì)柴 油機(jī)燃燒故障的程度和位置進(jìn)行識(shí)別，步驟如下：
[0027] 第一步，求取第i個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc(i)內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)值集合的均值作為該 氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci: ' ％ 、
[0028] C,=碑（n) /%, i = l，2,…風(fēng). V J
[0029] 第二步，構(gòu)造單個(gè)柴油機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢集合Dd:
[0030] Dd(i) =Dp(i)_min(Dp)，i = l，2,…Nc
[0031] 其中，
[0032] & =[C; C2 ~CV T
[0033]第三步，計(jì)算柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中做功評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢集合Dd的循環(huán)波動(dòng)差值集合Dc:
[0034] Dc(i)=Ddj(i)_Ddk(i)，i = l，2,…Nc
[0035] 其中，j、k分別表示兩個(gè)不同的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，它們之間為連續(xù)或間斷；
[0036] 第四步，以柴油機(jī)的發(fā)火時(shí)序?yàn)轫樞?，將循環(huán)波動(dòng)差值集合D。按照極坐標(biāo)圖的形 式進(jìn)行排列，從而得到循環(huán)極坐標(biāo)圖，根據(jù)運(yùn)行過程中循環(huán)極坐標(biāo)圖的形狀畸變特征來識(shí) 別故障，形狀的畸變起點(diǎn)用于故障氣缸組的定位，其畸變程度用于判別燃燒故障的嚴(yán)重程 度。
[0037] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0038] 1、本發(fā)明所使用的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法使用簡便，無需繁瑣的信號(hào)處理過程， 診斷的結(jié)果直觀易懂，便于實(shí)際工程應(yīng)用；
[0039] 2、本發(fā)明中所涉及的診斷方法無需建立典型的故障樣本數(shù)據(jù)庫作為參照，具備在 柴油機(jī)運(yùn)行條件下自主監(jiān)測異常燃燒狀態(tài)及其變化趨勢的功能；
[0040] 3、本發(fā)明采用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)中的諧波分量作為標(biāo)尺，實(shí)現(xiàn)了各氣缸組主要做功范 圍的精確劃分及做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)確計(jì)算；
[0041] 4、反映柴油機(jī)各氣缸組整體運(yùn)行狀態(tài)的循環(huán)極坐標(biāo)圖，既可以用于表示燃燒故障 嚴(yán)重程度，也可以體現(xiàn)故障的位置所在，相比于其他診斷技術(shù)而言，由于不需要進(jìn)行頻譜分 析和故障模式識(shí)別的訓(xùn)練，所需處理的數(shù)據(jù)量大大減少，在實(shí)時(shí)診斷中十分具有優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0042] 圖1為本發(fā)明柴油機(jī)曲軸飛輪端采集的初始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)和標(biāo)記上止點(diǎn)信號(hào)； [0043]圖2為本發(fā)明計(jì)算所得的柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻譜圖；
[0044] 圖3為本發(fā)明受高頻電磁干擾的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)和經(jīng)過低通濾波處理后所得的轉(zhuǎn)速 波動(dòng)曲線圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明用于劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中柴油機(jī)各氣缸組主要做功范圍的諧波標(biāo)尺 圖；
[0046] 圖5為本發(fā)明在三種典型狀態(tài)下應(yīng)用循環(huán)極坐標(biāo)圖法得到的柴油機(jī)燃燒故障診斷 結(jié)果圖，其中，a代表正常狀態(tài)，b代表輕微故障狀態(tài)，c代表嚴(yán)重故障狀態(tài)；
[0047]圖6為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0049] 本發(fā)明提出的基于曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)循環(huán)極坐標(biāo)圖的多缸柴油機(jī)故障診斷 方法，是一種快速的時(shí)域可視化診斷方法。它采用諧波標(biāo)尺對(duì)各氣缸組的主要做功范圍進(jìn) 行劃分從而實(shí)現(xiàn)了做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的準(zhǔn)確計(jì)算;利用做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的循環(huán)波動(dòng)差值構(gòu)造循環(huán) 極坐標(biāo)圖，在柴油機(jī)燃燒故障狀態(tài)下，循環(huán)極坐標(biāo)圖的幾何形狀將產(chǎn)生畸變，畸變本質(zhì)上反 映的是氣缸組燃燒故障引起的整體一致性的失衡，畸變程度和位置可以反映故障等級(jí)和故 障位置。本文以非均勻發(fā)火十六缸四沖程柴油機(jī)的燃燒故障診斷過程為例。
[0050] 圖1中所示為本發(fā)明使用所需要的兩路信號(hào)，一路是標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)STDC，另一路是 初始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)S。，兩種信號(hào)使用同樣的兩個(gè)霍爾傳感器與數(shù)據(jù)采集儀器相結(jié)合進(jìn)行采 集。標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)并不一定是柴油機(jī)某一缸的真實(shí)上止點(diǎn)，可以通過盤車獲得標(biāo)記止點(diǎn)與 真實(shí)上止點(diǎn)之間的相位差，從而滿足各氣缸的定位需要。初始的轉(zhuǎn)速方波信號(hào)的形成是由 于在曲軸飛輪端上存在若干輪齒，每個(gè)輪齒經(jīng)過傳感器時(shí)都會(huì)造成一次矩形波的形成，轉(zhuǎn) 動(dòng)一圈就有與齒數(shù)相同周期數(shù)的方波信號(hào)。采集信號(hào)時(shí)，需要在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定的時(shí) 候進(jìn)行。
[0051] 圖1中根據(jù)初始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)中各個(gè)周期之間的微小時(shí)間間隔A 可準(zhǔn)確求取瞬 時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)S〗，本文使用的柴油機(jī)曲軸飛輪上的輪齒數(shù)Nt為280,因此在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期（曲軸 轉(zhuǎn)動(dòng)兩圈）內(nèi)，所產(chǎn)生的時(shí)間間隔為560個(gè)。每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法為：
[0053]圖2所示的是柴油機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)3〗的頻譜圖（該例中柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為835r/min，轉(zhuǎn) 頻為13.92Hz )，可見有效頻率成分在200Hz以后十分微弱，可忽略不計(jì)。
[0054] 圖3所示的是在柴油機(jī)一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)，由于受到高頻電磁干擾 的影響，信號(hào)中的轉(zhuǎn)速波動(dòng)特征并不明顯。采用低通濾波處理技術(shù)，去除瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)Sj* 的高頻干擾項(xiàng)，得到有效的轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)&，其截止頻率f P的設(shè)置方式如下：
[0055] fp = vfc
[0056]其中，fc為柴油機(jī)的轉(zhuǎn)頻，信號(hào)Sf中的最高簡諧次數(shù)v多24,轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)中的有效 諧波成分得以保留。本例中截止頻率設(shè)置為24 X 13.92 = 334.08(Hz )，可見，濾波后的轉(zhuǎn)速 波動(dòng)曲線能夠清楚地反映柴油機(jī)各氣缸組做功時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的整體影響效果。
[0057]圖4中所示的為諧波標(biāo)尺信號(hào)，采用傅立葉帶通濾波技術(shù)提取轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中 的特定諧波分量Sh，將其作為一種精確劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中柴油機(jī)各氣缸組主要做功范 圍的標(biāo)尺，該諧波標(biāo)尺分量Sh的頻率fh計(jì)算方式如下：
[0059] 其中，N。表示柴油機(jī)氣缸組的數(shù)目，在柴油機(jī)為均勻發(fā)火形式時(shí)，單個(gè)氣缸構(gòu)成一 個(gè)氣缸組;而當(dāng)柴油機(jī)為非均勻發(fā)火形式時(shí)，發(fā)火間隔較近的兩個(gè)氣缸合并為一個(gè)氣缸組。 本文針對(duì)非均勻發(fā)火的16缸四沖程柴油柴油機(jī)，因而氣缸組N。數(shù)目為8,采用瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng) 信號(hào)的4次諧波作為信號(hào)標(biāo)尺，即fh= 13.92 X 8/2 = 55.68Hz。
[0060] 圖4中所示的虛線正弦波形表示諧波標(biāo)尺，雙箭頭之間的區(qū)域代表某個(gè)氣缸組的 主要做功范圍Tc (i )，本例中在Tc( i)時(shí)間段內(nèi)的可計(jì)算的轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線的樣本點(diǎn)共有70個(gè)， 可表達(dá)為：
[0061] Vi=[ A ?i(l)，A ?i(2)，A ?i(3)，...，A ?i(nh)]T，i = l，2，."8
[0062] 其中：
[0064]圖4中，求取第i個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc(i)內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)值集合的均值作為該 氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci:
[0066] 構(gòu)造單個(gè)柴油機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢集合Dd:
[0067] Dd(i) =DP(i)_min(DP)，i = l，2, ."8
[0068] 其中，
[0069] DP=[Ci C2 ??? Cs]T
[0070] 圖5中所示的循環(huán)極坐標(biāo)圖的構(gòu)造方法為:計(jì)算柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中做功評(píng)價(jià)指標(biāo) 趨勢集合Dd的循環(huán)波動(dòng)差值集合Dc:
[0071] Dc(i)=Ddj(i)-Ddk(i)，i = l，2，."8
[0072] 其中，j、k分別表示兩個(gè)不同的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，它們之間可以連續(xù)也可以間斷。
[0073] 以柴油機(jī)各氣缸組的發(fā)火時(shí)序?yàn)轫樞?，以極坐標(biāo)圖的形式排列循環(huán)波動(dòng)差值集合 D。，從而得到循環(huán)極坐標(biāo)圖，用以表征柴油機(jī)各氣缸組燃燒狀態(tài)的整體變化趨勢。
[0074] 圖5中所示的是在柴油機(jī)三種不同狀態(tài)下使用循環(huán)極坐標(biāo)圖的分析診斷結(jié)果，圖 的刻度范圍為-0.5~3。如圖5的a所示，在正常狀態(tài)下，循環(huán)極坐標(biāo)圖的各點(diǎn)值基本保持在0 附近，表示柴油機(jī)各缸工作時(shí)的整體動(dòng)力性能未發(fā)生明顯變化，曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較好；圖5 的b所示為柴油機(jī)輕微故障(本文以A5單缸噴油故障為例），可見循環(huán)極坐標(biāo)圖的形狀產(chǎn)生 畸變，不再均勻分布在〇刻度附近，在故障氣缸組B7A5之后，循環(huán)極坐標(biāo)圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn)距離0 刻度的距離最小，之后按照發(fā)火順序(順時(shí)針排列）呈螺旋上升趨勢，至故障氣缸組B7A5缸 之前，距離〇刻度的距離最大。本文以循環(huán)極坐標(biāo)圖上最大值與最小值之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為畸 變點(diǎn)。因此，在確定了循環(huán)極坐標(biāo)圖的最大值(B3A7處)與最小值(B5A1)的位置后，兩者中間 的畸變位置即代表著故障氣缸組B7A5的位置，極半徑的最大值可用于表征故障的嚴(yán)重程 度。圖5的c中所示為嚴(yán)重故障(A5缸停油故障）狀態(tài)下的診斷結(jié)果，可見循環(huán)極坐標(biāo)圖的形 狀按照發(fā)火順序趨勢同樣是螺旋上升，畸變點(diǎn)為B7A5,圖5的c中循環(huán)極坐標(biāo)圖畸變點(diǎn)之后 的數(shù)據(jù)值均大于圖5的b中的對(duì)應(yīng)值，極坐標(biāo)圖中不規(guī)則部分的面積繼續(xù)增大，形狀畸變更 嚴(yán)重，反映了故障程度的增加。
[0075] 綜上所述，本發(fā)明提出的燃燒故障循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法既可以反映柴油機(jī)的故 障等級(jí)，也可以用于故障氣缸組的定位，可作為一種在線的可視化故障診斷工具。經(jīng)過多工 況條件下的故障實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，該方法有效可靠，且便于工程實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，其特征在于，包括W下步驟： 步驟一，通過安裝在柴油機(jī)曲軸飛輪端處的兩個(gè)霍爾傳感器與高速數(shù)據(jù)采集儀器采集 曲軸的原始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)Sd和標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)Stdc; 步驟二，使用諧波標(biāo)尺對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中各氣缸組的主要做功范圍進(jìn)行劃分； 步驟=，在劃分的區(qū)域內(nèi)構(gòu)造各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照柴油機(jī)的發(fā)火順序，將連 續(xù)運(yùn)行中各氣缸組做功評(píng)價(jià)指標(biāo)的循環(huán)波動(dòng)差值W極坐標(biāo)的排列形式構(gòu)成循環(huán)極坐標(biāo)圖， 根據(jù)循環(huán)極坐標(biāo)圖的崎變程度和崎變位置對(duì)柴油機(jī)燃燒故障的程度和位置進(jìn)行識(shí)別。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，其特征 在于，所述步驟二中，使用諧波標(biāo)尺準(zhǔn)確構(gòu)造了柴油機(jī)各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過將原 始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)Sd轉(zhuǎn)化為瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)Si,對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)Si分別采用低通濾波和傅立葉 帶通濾波處理，獲取轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)SoW及用于精確劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)S。中體現(xiàn)各氣缸組主 要做功范圍的諧波標(biāo)尺信號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，其特征 在于，所述步驟二中，使用諧波標(biāo)尺對(duì)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線中各氣缸組的主要做功范圍進(jìn) 行劃分的過程包括W下步驟：第一步，根據(jù)原始轉(zhuǎn)速方波信號(hào)Sd中各個(gè)波形周期之間的微小時(shí)間間隔A ti求取瞬時(shí) 轉(zhuǎn)速信號(hào)Si，每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的平均掉;巧傳韋?'法*: 其中，Nt為曲軸飛輪上的輪齒數(shù)； 第二步，采用低通濾波處理技術(shù)，去除瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)Si中的高頻干擾項(xiàng)，得到有效的轉(zhuǎn) 速波動(dòng)信號(hào)Sf,其截止頻率fp的設(shè)置方式如下： fp = Vfc 其中，fc為柴油機(jī)的轉(zhuǎn)頻，信號(hào)S沖的最高簡諧次數(shù)v>24; 第=步，采用傅立葉帶通濾波技術(shù)提取轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中的特定諧波分量Sb,將其作為 一種精確劃分轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf中柴油機(jī)各氣缸組主要做功范圍的標(biāo)尺，該諧波標(biāo)尺分量化 的頻率fh計(jì)算方式如下：其中，N。表示柴油機(jī)氣缸組的數(shù)目，在柴油機(jī)為均勻發(fā)火形式時(shí)，單個(gè)氣缸構(gòu)成一個(gè)氣 缸組;而當(dāng)柴油機(jī)為非均勻發(fā)火形式時(shí)，發(fā)火間隔較近的兩個(gè)氣缸合并為一個(gè)氣缸組； 第四步，W標(biāo)記止點(diǎn)信號(hào)Stdc為參照，使用諧波標(biāo)尺分量Sh對(duì)轉(zhuǎn)速波動(dòng)信號(hào)Sf進(jìn)行劃分， 得到對(duì)應(yīng)于每個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc( i)內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)值集合： Vi=[ A Oi(I), A ?i(2)，A ?i(3)，...，A ?i(nh)]T，i = l，2,…Nc其中，趾表示每個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)總量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，其特征 在于，所述步驟=中，在劃分的區(qū)域內(nèi)構(gòu)造各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括計(jì)算柴油機(jī)單個(gè) 運(yùn)轉(zhuǎn)周期中各氣缸組主要做功范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)均值作為各氣缸組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多缸柴油機(jī)燃燒故障的循環(huán)極坐標(biāo)圖診斷方法，其特征 在于，所述步驟=中，根據(jù)循環(huán)極坐標(biāo)圖在實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)中的崎變程度和崎變位置對(duì)柴油 機(jī)燃燒故障的程度和位置進(jìn)行識(shí)別，步驟如下： 第一步，求取第i個(gè)氣缸組主要做功范圍Tc(i)內(nèi)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)值集合的均值作為該氣缸 組的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci:第二步，構(gòu)造單個(gè)柴油機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)的做功評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢集合Dd: Dd(i)=Dp(i)-min(Dp)，i = l，2，...Nc 其中，第=步，計(jì)算柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中做功評(píng)價(jià)指標(biāo)趨勢集合Dd的循環(huán)波動(dòng)差值集合Dc: Dc(i)=Ddj(i)-Ddk(i)，i = l，2,…Nc 其中，j、k分別表示兩個(gè)不同的柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，它們之間為連續(xù)或間斷； 第四步，W柴油機(jī)的發(fā)火時(shí)序?yàn)轫樞?，將循環(huán)波動(dòng)差值集合D。按照極坐標(biāo)圖的形式進(jìn)行 排列，從而得到循環(huán)極坐標(biāo)圖，根據(jù)運(yùn)行過程中循環(huán)極坐標(biāo)圖的形狀崎變特征來識(shí)別故障， 形狀的崎變起點(diǎn)用于故障氣缸組的定位，其崎變程度用于判別燃燒故障的嚴(yán)重程度。
【文檔編號(hào)】G01M15/04GK105910828SQ201610256980
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】訾艷陽, 張明泉, 成瑋, 王宇, 陳景龍, 牛藺楷, 王帥, 萬志國, 李青, 李一青
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)