一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，通过提取柴油机运行中曲轴转速信号的循环波动特征，实现柴油机各个气缸组燃烧故障状态的识别。该方法使用转速信号中的特定谐波分量作为标尺，对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分；计算柴油机单个运转周期中各气缸组主要做功范围内的转速波动均值作为各气缸组的做功评价指标，按照柴油机的发火顺序，将连续运行中各气缸组做功评价指标的循环波动差值以极坐标的排列形式构成循环极坐标图；根据循环极坐标图的畸变程度和畸变位置对柴油机燃烧故障的程度和位置进行识别，该诊断方法结果可靠，实时性好，是一种适用于多缸柴油机的可视化诊断方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柴油机故障诊断领域，具体涉及一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法。
技术介绍
柴油机自诞生以来，在人类生产生活中一直扮演着举足轻重的角色，一旦产生故障，会造成一系列的安全问题、经济问题和环境问题。简便而及时地发现柴油机的异常工作状态，防患于未然，是现代工业绿色生产、健康运行的客观需求。在针对柴油机燃烧故障的诊断方法中，基于瞬时转速信号的诊断方法与基于振动信号、气缸压力信号和声发射信号的诊断方法相比较而言，具有简洁、准确、低成本等诸多优点。作为柴油机重要性能指标之一的瞬时转速信号，其波动特性和趋势反映了柴油机各气缸组的做功状态和整体运行的均匀一致性。在正常状态下，柴油机的各气缸组燃烧做功时会对曲轴产生基本一致的波动影响，虽不可能完全相同，但差异处在一个很小范围内，一旦其中某一个气缸组产生故障，就会对这种运行的一致性造成破坏而引起整体失衡，通过分析各气缸组做功时瞬时转速信号的循环波动特征及其变化趋势，就可以实现柴油机燃烧故障的识别与定位。现有的基于瞬时转速信号的燃烧故障诊断技术大多需要充足的故障样本作为诊断基础，才可以利用制定阈值或者模式识别等方式来进行故障判别，这样的诊断方式往往面临程序繁琐、准确性差、只适用于单一机型、故障样本难以获取等技术难题，不利于工程上的技术实现。专利技术一种简单、可靠、通用性强的在线可视化诊断方法，对于该技术的实际应用与柴油机的视情维修具有很好的促进作用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，该方法使用谐波标尺准确构造了柴油机各气缸组的做功评价指标，通过循环极坐标图的形式表示各气缸组做功评价指标在柴油机运行中的循环波动差值特征，根据循环极坐标图的形状畸变特征实现柴油机燃烧故障的识别与定位。为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：步骤一，通过安装在柴油机曲轴飞轮端处的两个霍尔传感器与高速数据采集仪器采集曲轴的原始转速方波信号So和标记止点信号STDC；步骤二，使用谐波标尺对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分；步骤三，在划分的区域内构造各气缸组的做功评价指标，按照柴油机的发火顺序，将连续运行中各气缸组做功评价指标的循环波动差值以极坐标的排列形式构成循环极坐标图，根据循环极坐标图的畸变程度和畸变位置对柴油机燃烧故障的程度和位置进行识别。所述步骤二中，使用谐波标尺准确构造了柴油机各气缸组的做功评价指标，通过将原始转速方波信号So转化为瞬时转速信号SI，对瞬时转速信号SI分别采用低通滤波和傅立叶带通滤波处理，获取转速波动信号So以及用于精确划分转速波动信号So中体现各气缸组主要做功范围的谐波标尺信号。所述步骤二中，使用谐波标尺对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分的过程包括以下步骤：第一步，根据原始转速方波信号So中各个波形周期之间的微小时间间隔Δti求取瞬时转速信号SI，每个时间间隔内的平均转速的计算方法为： Δω i = 60 N t × Δt i ]]>其中，Nt为曲轴飞轮上的轮齿数；第二步，采用低通滤波处理技术，去除瞬时转速信号SI中的高频干扰项，得到有效的转速波动信号Sf，其截止频率fp的设置方式如下：fp＝νfc其中，fc为柴油机的转频，信号Sf中的最高简谐次数ν≥24；第三步，采用傅立叶带通滤波技术提取转速波动信号Sf中的特定谐波分量Sh，将其作为一种精确划分转速波动信号Sf中柴油机各气缸组主要做功范围的标尺，该谐波标尺分量Sh的频率fh计算方式如下： f h = f c N c 2 ]]>其中，Nc表示柴油机气缸组的数目，在柴油机为均匀发火形式时，单个气缸构成一个气缸组；而当柴油机为非均匀发火形式时，发火间隔较近的两个气缸合并为一个气缸组；第四步，以标记止点信号STDC为参照，使用谐波标尺分量Sh对转速波动信号Sf进行划分，得到对应于每个气缸组主要做功范围Tc(i)内的转速波动值集合：Vi＝[Δωi(1),Δωi(2),Δωi(3),…,Δωi(nh)]T，i＝1,2,…Nc n h = N t N c ]]>其中，nh表示每个气缸组主要做功范围Tc内的数据点总量。所述步骤三中，在划分的区域内构造各气缸组的做功评价指标，包括计算柴油机单个运转周期中各气缸组主要做功范围内的转速波动均值作为各气缸组的做功评价指标。所述步骤三中，根据循环极坐标图在实时运行状态中的畸变程度和畸变位置对柴油机燃烧故障的程度和位置进行识别，步骤如下：第一步，求取第i个气缸组主要做功范围Tc(i)内的转速波动值集合的均值作为该气缸组的做功评价指标Ci： C i = ( Σ n = 1 n h Δω i ( n ) ) / n h , i = 1 , 2 , ... N c ]]>第二步，构造单个柴油机运行周期内的做功评价指标趋势集合Dd：Dd(i)＝Dp(i)-min(Dp),i＝1,2,…Nc其中， D p = C 1 C 2 ... C N 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过安装在柴油机曲轴飞轮端处的两个霍尔传感器与高速数据采集仪器采集曲轴的原始转速方波信号So和标记止点信号STDC；步骤二，使用谐波标尺对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分；步骤三，在划分的区域内构造各气缸组的做功评价指标，按照柴油机的发火顺序，将连续运行中各气缸组做功评价指标的循环波动差值以极坐标的排列形式构成循环极坐标图，根据循环极坐标图的畸变程度和畸变位置对柴油机燃烧故障的程度和位置进行识别。

【技术特征摘要】
1.一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，通过安装在柴油机曲轴飞轮端处的两个霍尔传感器与高速数据采集仪器采集曲轴的原始转速方波信号So和标记止点信号STDC；步骤二，使用谐波标尺对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分；步骤三，在划分的区域内构造各气缸组的做功评价指标，按照柴油机的发火顺序，将连续运行中各气缸组做功评价指标的循环波动差值以极坐标的排列形式构成循环极坐标图，根据循环极坐标图的畸变程度和畸变位置对柴油机燃烧故障的程度和位置进行识别。2.根据权利要求1所述的一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，使用谐波标尺准确构造了柴油机各气缸组的做功评价指标，通过将原始转速方波信号So转化为瞬时转速信号SI，对瞬时转速信号SI分别采用低通滤波和傅立叶带通滤波处理，获取转速波动信号So以及用于精确划分转速波动信号So中体现各气缸组主要做功范围的谐波标尺信号。3.根据权利要求1所述的一种多缸柴油机燃烧故障的循环极坐标图诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，使用谐波标尺对柴油机转速波动曲线中各气缸组的主要做功范围进行划分的过程包括以下步骤：第一步，根据原始转速方波信号So中各个波形周期之间的微小时间间隔Δti求取瞬时转速信号SI，每个时间间隔内的平均转速的计算方法为： Δω i = 60 N t × Δt i ]]>其中，Nt为曲轴飞轮上的轮齿数；第二步，采用低通滤波处理技术，去除瞬时转速信号SI中的高频干扰项，得到有效的转速波动信号Sf，其截止频率fp的设置方式如下：fp＝νfc其中，fc为柴油机的转频，信号Sf中的最高简谐次数ν≥24；第三步，采用傅立叶带通滤波技术提取转速波动信号Sf中的特定谐波分量Sh，将其作为一种精确划分转速波动信号Sf中柴油机各气缸组主要做功范围的标尺，该谐波标尺分量Sh的频率fh计算方式如下： f h = f c N c 2 ]]>其中，Nc表示柴油机气缸组的数目，在柴油机为均匀发火形式时，单个气缸构成一个气缸组；而当柴油机为非均匀发火形式时，发火间隔较近的两个气缸合并为一个气缸组；第四步，以标记止点信号STDC为参照，使用谐波标尺分量Sh对转速波动信号Sf进行划分，得到对应于每个气缸组主要做功范围Tc(i)内的转速波动值集合：Vi＝[Δωi(1),Δωi(2),Δωi(3),…,Δωi(nh)]T，i＝1,2,…Nc n h = N t N...

【专利技术属性】
技术研发人员：訾艳阳，张明泉，成玮，王宇，陈景龙，牛蔺楷，王帅，万志国，李一青，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61