一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法及装置，涉及发动机故障诊断技术领域。所述方法是在获取由加速度传感器在往复式发动机的运行期间所采集的且在指定方向上的加速度时域信号后，先通过一系列的信号处理，得到在诺谟坐标系下的诺谟标绘图谱、用于等效绝对刚体冲击加速度线的冲击加速度线及其诺角，然后根据所述诺角计算得到磨损状态流量，最后根据所述磨损状态流量和与所述往复式发动机及所述运行期间对应的燃烧室磨损状态分级标准，确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果，如此可在任意工况下评价往复式发动机的燃烧室磨损状态，有效拓展适用场景，并可以有效提升评价结果的准确性，便于实际应用和推广。用和推广。用和推广。

【技术实现步骤摘要】
一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法及装置


[0001]本专利技术属于发动机故障诊断
，具体涉及一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法及装置。

技术介绍

[0002]往复式发动机也叫活塞发动机，是一种利用一个或者多个活塞将压力转换成旋转动能的发动机，也是一种将活塞的动能转化为其他机械能的机械，其主要是利用燃料燃烧产生高压气体膨胀，进而推动活塞做功，实现将热能转化为机械动能的目的。
[0003]作为往复式发动机的其中一种，柴油机是一种热效率高的经济型发动机，在各行各业得到广泛应用，在视情维修情况下，柴油机状态监测及性能监测手段被广泛使用，采用的监测手段主要有振动监测手段、油液(基于铁谱或光谱等)监测手段和红外监测手段等，其中的振动监测手段是最为方便和高效的诊断方法。
[0004]柴油机的燃烧室相关故障(如：燃烧状态不合格、磨损严重、拉缸、漏气、定时和喷油过大/过小等故障)占比超过柴油机所有故障50％以上。若利用振动监测手段对柴油机进行故障诊断，由于柴油机振动特点，到处都是机械冲击和燃烧爆炸振动，因此将导致测试的振动信号非常复杂。
[0005]目前的振动监测方向主要为：通过机体表面振动信号来识别柴油机气缸内的压力示功图；用瞬时转速推算缸内压力变化；利用时频分析、小波分析或载荷识别等新的信号分析与处理方法来处理柴油机表面振动信号。但是这些振动监测技术，几十年来几乎没有什么实用性进展，导致仍普偏采用ISO10816.6(GBT7184)标准来对柴油机进行基于振动监测手段的振动状态评价，而这个标准只能在额定工况下评价柴油机的振动是否合格，并不能诊断出柴油机是因何种故障引起评价不合格。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质，用以解决现有振动监测技术所存在因只能在额定工况下评价往复式发动机振动状态而导致适用场景受限及评价结果可能不准确的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，提供了一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，包括：
[0009]获取由加速度传感器在往复式发动机的运行期间所采集的且在指定方向上的加速度时域信号a(t)，其中，所述加速度传感器安装在所述往复式发动机的气缸盖上，所述指定方向为所述往复式发动机的垂直轴方向、横向或轴向，t表示时间变量；
[0010]根据所述加速度时域信号a(t)，通过傅立叶变换得到加速度频谱A(f
n
)，其中，f
n
表示在频谱中的第n根谱线频率，n表示非零自然数；
[0011]根据所述加速度频谱A(f
n
)，按照如下公式计算得到速度频谱V(f
n
)和位移频谱D(f
n
)：
[0012][0013]式中，π表示180度；
[0014]根据所述加速度频谱A(f
n
)、所述速度频谱V(f
n
)和所述位移频谱D(f
n
)分别与谱线频率f
n
的函数关系，绘制得到在诺谟坐标系下的诺谟标绘图谱，其中，所述诺谟坐标系包含有横坐标、纵坐标、向左倾斜坐标和向右倾斜坐标，所述横坐标为对数形式的频率值，所述纵坐标为对数形式的速度值，所述向左倾斜坐标为对数形式的加速度值，所述向右倾斜坐标为对数形式的位移值；
[0015]根据所述诺谟标绘图谱，剥离出在所述诺谟坐标系中的且用于等效绝对刚体冲击加速度线的冲击加速度线；
[0016]根据在所述诺谟坐标系中的等值加速度线和所述冲击加速度线，确定磨损状态角θ
nm
，其中，所述磨损状态角θ
nm
为所述等值加速度线与所述冲击加速度线在所述诺谟坐标系中的夹角；
[0017]根据tan(θ
nm
)＝log
x
y与的对应关系，确定与tan(θ
nm
)对应的正切函数值tan(θ)，其中，x表示在直角坐标系下的某个横坐标值，y表示在所述直角坐标系下的某个纵坐标值；
[0018]按照如下公式计算得到磨损状态流量WSF：
[0019]WSF＝tan(θ)
×
v
rmp
[0020]式中，v
rmp
表示所述往复式发动机在所述运行期间的且单位为转/秒的目标转速；
[0021]根据所述磨损状态流量WSF和与所述往复式发动机、所述运行期间及所述指定方向对应的燃烧室磨损状态分级标准，确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果，其中，所述燃烧室磨损状态分级标准包含有至少两个燃烧室磨损状态级别以及与各个所述燃烧室磨损状态级别对应的且预先确定的磨损状态流量数值范围。
[0022]基于上述
技术实现思路
，提供了一种基于诺角及磨损状态流量进行往复式发动机燃烧室磨损状态评价的新方案，即在获取由加速度传感器在往复式发动机的运行期间所采集的且在指定方向上的加速度时域信号后，先通过一系列的信号处理，得到在诺谟坐标系下的诺谟标绘图谱、用于等效绝对刚体冲击加速度线的冲击加速度线及其诺角，然后根据所述诺角计算得到磨损状态流量，最后根据所述磨损状态流量和与所述往复式发动机及所述运行期间对应的燃烧室磨损状态分级标准，确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果，如此可在任意工况下评价往复式发动机的燃烧室磨损状态，有效拓展适用场景，并可以有效提升评价结果的准确性，便于实际应用和推广。
[0023]在一个可能的设计中，在确定磨损状态角θ
nm
之后，所述方法还包括：
[0024]按照如下公式计算得到燃料供应量增加百分比ΔF
i
：
[0025][0026]式中，α
nm
表示所述等值加速度线与所述诺谟坐标系中的横坐标轴在所述诺谟坐标系中的夹角；
[0027]输出所述燃料供应量增加百分比ΔF
i
。
[0028]在一个可能的设计中，当所述运行期间包括有高转速运行期间和低转速运行期间且所述燃烧室磨损状态分级标准包含有与磨损严重状态对应的燃烧室磨损状态级别时，在确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果之后，所述方法还包括：
[0029]根据所述燃烧室磨损状态分级结果，判断所述往复式发动机在所述高转速运行期间或所述低转速运行期间的燃烧室磨损状态是否为磨损严重状态；
[0030]若是，则按照如下公式计算得到磨损状态流量比值ra：
[0031][0032]式中，WSF
hrmp
表示与所述高转速运行期间对应的所述磨损状态流量，WSF
lrmp
表示与所述低转速运行期间对应的所述磨损状态流量；
[0033]比较所述磨损状态流量比值ra与预设阈值的大小关系，若发现所述磨损状态流量比值ra大于所述预设阈值，则确定所述往复式发动机存在气阀漏气的故障本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，其特征在于，包括：获取由加速度传感器在往复式发动机的运行期间所采集的且在指定方向上的加速度时域信号a(t)，其中，所述加速度传感器安装在所述往复式发动机的气缸盖上，所述指定方向为所述往复式发动机的垂直轴方向、横向或轴向，t表示时间变量；根据所述加速度时域信号a(t)，通过傅立叶变换得到加速度频谱A(f
n
)，其中，f
n
表示在频谱中的第n根谱线频率，n表示非零自然数；根据所述加速度频谱A(f
n
)，按照如下公式计算得到速度频谱V(f
n
)和位移频谱D(f
n
)：式中，π表示180度；根据所述加速度频谱A(f
n
)、所述速度频谱V(f
n
)和所述位移频谱D(f
n
)分别与谱线频率f
n
的函数关系，绘制得到在诺谟坐标系下的诺谟标绘图谱，其中，所述诺谟坐标系包含有横坐标、纵坐标、向左倾斜坐标和向右倾斜坐标，所述横坐标为对数形式的频率值，所述纵坐标为对数形式的速度值，所述向左倾斜坐标为对数形式的加速度值，所述向右倾斜坐标为对数形式的位移值；根据所述诺谟标绘图谱，剥离出在所述诺谟坐标系中的且用于等效绝对刚体冲击加速度线的冲击加速度线；根据在所述诺谟坐标系中的等值加速度线和所述冲击加速度线，确定磨损状态角θ
nm
，其中，所述磨损状态角θ
nm
为所述等值加速度线与所述冲击加速度线在所述诺谟坐标系中的夹角；根据tan(θ
nm
)＝log
x y与的对应关系，确定与tan(θ
nm
)对应的正切函数值tan(θ)，其中，x表示在直角坐标系下的某个横坐标值，y表示在所述直角坐标系下的某个纵坐标值；按照如下公式计算得到磨损状态流量WSF：WSF＝tan(θ)
×
v
rmp
式中，v
rmp
表示所述往复式发动机在所述运行期间的且单位为转/秒的目标转速；根据所述磨损状态流量WSF和与所述往复式发动机、所述运行期间及所述指定方向对应的燃烧室磨损状态分级标准，确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果，其中，所述燃烧室磨损状态分级标准包含有至少两个燃烧室磨损状态级别以及与各个所述燃烧室磨损状态级别对应的且预先确定的磨损状态流量数值范围。2.根据权利要求1所述的往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，其特征在于，在确定磨损状态角θ
nm
之后，所述方法还包括：按照如下公式计算得到燃料供应量增加百分比ΔF
i
：式中，α
nm
表示所述等值加速度线与所述诺谟坐标系中的横坐标轴在所述诺谟坐标系中
的夹角；输出所述燃料供应量增加百分比ΔF
i
。3.根据权利要求1所述的往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，其特征在于，当所述运行期间包括有高转速运行期间和低转速运行期间且所述燃烧室磨损状态分级标准包含有与磨损严重状态对应的燃烧室磨损状态级别时，在确定所述往复式发动机的燃烧室磨损状态分级结果之后，所述方法还包括：根据所述燃烧室磨损状态分级结果，判断所述往复式发动机在所述高转速运行期间或所述低转速运行期间的燃烧室磨损状态是否为磨损严重状态；若是，则按照如下公式计算得到磨损状态流量比值r
a
：式中，WSF
hrmp
表示与所述高转速运行期间对应的所述磨损状态流量，W
S
F
lrmp
表示与所述低转速运行期间对应的所述磨损状态流量；比较所述磨损状态流量比值ra与预设阈值的大小关系，若发现所述磨损状态流量比值ra大于所述预设阈值，则确定所述往复式发动机存在气阀漏气的故障，反之若发现所述磨损状态流量比值r
a
小于所述预设阈值，则确定所述往复式发动机存在活塞过热变形的故障。4.根据权利要求3所述的往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，其特征在于，在计算得到磨损状态流量比值ra之后，所述方法还包括：比较所述磨损状态流量比值ra与预设阈值的大小关系，若发现所述磨损状态流量比值ra大于ra
ic
×
η或小于则确定所述往复式发动机还存在其它故障，其中，ra
ic
表示所述预设阈值，η表示预设的倍数。5.根据权利要求1所述的往复式发动机燃烧室磨损状态评价方法，其特征在于，当所述往复式发动机包括有多个气缸且所述燃烧室磨损状态分级标准包含有与磨损严重状态对应的燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈向坚，余超，
申请(专利权)人：武汉优泰电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：