柴油机油压与转速的无损检测

　　不解体无损检测诊断技术是指在整机不解体的情况下,分析设备劣化的规律性,掌握设备运行的可靠程度,达到充分利用设备的目的。国外柴油机状态无损检测与故障诊断从20世纪70年代末就已经得到了迅速发展。燃油供给系统是柴油机最重要的子系统之一,实践表明,柴油机燃油供给系统引起的机械故障约占发动机故障的70%,其性能好坏直接影响到混合气的形成过程和发动机的动力性、起动性、噪声及环境污染等性能[1,2]。柴油机的转速综合反映了机器的工作状态和工作质量,因此,快速无损检测柴油机油压和转速信号在工业生产中有重要的现实意义。

　　1　油压信号分析

　　供油系统故障与供油系统的结构以及供油运行方式紧密相关,高压油管的油压信号波形包含的供油系统状态诊断所需的信息量最多。喷油压力波形是一种规则信号,当供油系统某处发生故障时,必然使原有供油状态发生变化,因而燃油流动的压力和流速等参数也会有相应的改变,反映在油压波形上将导致波形形态的局部畸变和波形参数值的变化^[1] 。例如,当喷油泵的柱塞磨损后,燃油泄漏量增多;转速一定时,泄漏量增多,必然会使喷油压力波曲线上升斜率变小,最大喷油压力下降,喷雾质量变坏。由于滞后供油,使后期燃烧不完全,柴油机为维持一定的负荷和转速就必须比正常状态下多供油,结果使燃油供油时间延长,主喷射下的面积增加,曲线上升斜率小;出油阀耦合件磨损后,减压作用变坏,造成供油不及时,断油不迅速;密封锥面磨损后,密封性降低,供油不能完全隔离高低压,导致供油滞后,由于配合间隙增大,在供油期间减压时可能不全部漏出阀座,造成断油时,卸压容积减少,管内残压过高,严重时形成二次喷射。

　　图1为一个供油周期内正常的油压波形示意图。油压随时间变化大致可分为四个阶段^[3] ,其中Ⅰ为喷油延迟阶段。如果提高针阀的开启压力,增加出油阀的减压作用,使残余压力P _r降低,或增加油管长度和高压系统的总燃料容积,都会使这个阶段延长;Ⅱ为主喷阶段,这一阶段长短与柱塞有效行程有关,即与柴油机负荷有关;Ⅲ为自由膨胀阶段。最大喷油压力P_max增大,或喷油器喷孔减小时,这个阶段就会延长,出油阀的减压作用可以使该阶段缩短;Ⅳ为残余油压自由衰减振荡阶段。Ⅰ-Ⅱ阶段为实际供油阶段,Ⅱ-Ⅲ阶段为实际喷油阶段。

　　从油压波形图上可以看出,最大油压P_max、开启压力P _o、关闭压力P _b和残余油压P _r是几个比较明显的特征参数。若喷油压力低、隔次喷射或二次喷射,均可从油压波形中反映出来,将这些特征参数值对照标准样本进行比较,同时结合喷油过程中三个阶段的长短及波形是否异常,从而确定故障的类型及原因。对于多缸柴油机来说,将其各个气缸的油压信号逐次比较,就可以判断各缸的工作一致性和均匀性。记录油压波形中峰值点的位置,通过运算,即可得到当前的转速;根据柴油机转速变化情况,判断柴油机运转的平稳性和可靠性。