柴油机燃油供给系非解体故障快速诊断方法研究

中国农机化・ＣＩ删ＥｓＥ　ＡＧｍＣＩ７Ｉ　『ＩｌＡＩ．ＭＥＣＨＡＮＩｚＡ１１０Ｎ　２００６生　

柴油机燃油供给系非解体故障快速诊断方法研究　

Ｃ口：Ｚ新源，王林冲　摘要：柴油机燃油喷射系统的各主要零件工作异常．会在高压　油路中的燃油压力波形上反映出来．检测高压油管内的燃油压　力波形是一种有效诊断燃油喷射系统故障的方法。本文通过　对压力波形信号的小波分解提取特征参数．并将特征参数作为　输入层变量，建立ＢＰ神经网络进行快速故障诊断。　关键词：柴油机；燃油喷射系统；压力波动；小波分解；神经网络；　故障诊断　中图分类号：ＴＫ４２８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—７２０５（２００６）０４－００８０—０２　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｎｏｎ－ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ　Ｆａｌｌｌｔ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｆｕｅｌ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｄｉｅｓｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　ｌｌ　ＬＵ　Ｘｉｎ－ｙｕａｎ．　ＷＡＮＧ　Ｌｉｎ——ｃｈｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｏｆ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ　ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｖｅ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｆｕｅｌ　ｐｉｐｅ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ｕｓｉｎｇ　ｏｆ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｖｅ，６　ｃｈａｒ－　ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｔｉｍｅ—ｄｏｍａｉｎｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｌｏｗ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，２　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｆｒｅｑｕｅｎ－　ｃｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｆａｃｍｒ　ａｎｄ　ｈｉＩｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－　ｄｏｍａｉｎｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃｑｕｉｒｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｌｏｗ￣ｅｑｕｅｎｃｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗａｖｅ　ａｎｄ　ｈｉｓｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗａｖｅ．Ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｃｏｄｅｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｃ－　ｑｕｉｒｅｄ　ｔｈ￣ｕｓｈ　ＢＰ　ＡＮＮ　ｗｈｉｃｈ　ｔａｋｅｓ　ｔｈｅ　８　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅ．　ｔｅｒｓ　ａｓ　ｉｎｐｕｔ　ｖａｒｉａｂｌｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｖｅ；　ｗａｖｅｌｅｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ＡＮＮ；ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　０　引言　燃油喷射系统直接影响着柴油机的正常使用，工　作性能一旦恶化将对发动机的输出功率、油耗、排放污　染产生极大影响，甚至导致柴油机不能正常工作田。随　着测试技术、数据处理技术、计算机技术的发展，柴油　机燃油喷射系统故障诊断已向计算机自动识别的智能　化诊断方向发展。通过检测燃油喷射系统高压油管内　压力的变化过程，对压力波形进行波形处理和分析，依　据波形的特征参量来实现燃油喷射系统故障的诊断，　是对燃油喷射系统进行故障诊断最直接的方法回。　本文介绍了用外卡式压力传感器采集高压油管　内的燃油压力波形，以Ｍａｎａｂ作为计算引擎圆，用小波　分析的方法对压力波形进行分解，提取特征参量，将　特征参量作为ＢＰ神经网络的输入层参量，得出故障　码和故障原因的方法嗍。　１　系统设计　检测燃油喷射系统高压油管内柴油压力波形，首　先要将非电量的高压柴油压力信号转变成电压信　号。以一定的预紧力将传感器夹持在喷油泵与喷嘴　之间的高压油管上，高压油管在高压油脉冲的作用下　产生微小膨胀，挤压外卡式传感器内的压电传感元　件　产生压电电荷。这实际上是通过测量高压油管在　高压柴油作用下产生的微小的径向形变从而获得高　压油管内的压力波形嘲。　本系统采用ＬａｂＶＩＥＷ语言开发的虚拟仪器系统，　通过外卡式压电传感器采集到的高压油管压力波动信　号；通过数据采集卡（ＤＡＱｐａｄ－－６０２０Ｅ）输入到计算机虚　拟仪器系统；波形信号经离散小波分解为一个低频逼　近分量波形ａｓ和３个高频分量波形ｄ，、ｄ２、ｄ３；同时波形　识别程序对低频逼近分量波形ａ３进行分析识别，提取　时域方面的６个特征参数；对低频逼近分量波形ａｓ和　高频分量波形　进行计算，分别提取频域方面的低频　能量因子和高频能量因子２个特征参数：将这８个特　征参数输入到ＢＰ神经网络的故障诊断模块进行诊断，　得出故障代码及故障原因。原始波形、分量波形、各特　３）实行改制、购机和作业补贴。对新购买玉米联　合收割机和改制机具实行补贴，减少群众投资压力，　促使机具发展，必要时按作业面积给以补助，推动技　术的应用，调动群众玉米机收积极性。　４）加强技术培训。对新购机户和操作手，一定要　加强技术培训，使他们能熟知机具使用要点、性能、简　易故障排除、维护保养方面知识。使机具能真正发挥　使用效益，达到最佳作业质量。让群众能如实的看到　作业效果和技术水平，促进玉米机收发展。　来稿日期：２０ｏ５年１０月１３日　雷宝生工程师　临猗县农机推广站０４４１

００　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　技术研究・柴油机燃油供给系非解体故障快速诊断方法研究　征参量和诊断结果可以同时显示在仪器面板上。　２检测过程及结果分析　、　在１２ＰＳＤＢ１１０型试验台上对用于扬柴４１０２Ｑ型　发动机的Ｂ４Ａ３５型油泵检测。在转速７５０ｒ／ｍｉｎ（相当于　发动机１５００ｒ／ｍｉｎ）下对４种典型情况：ａ（正常）、ｂ（喷油器　积炭）、ｃ（柱塞磨损）、ｄ（喷油器卡死）进行故障诊断检验。　在　ｂＶＩＥＷ语言的软件平台上开发基于计算　机系统的虚拟仪器。通过数据采集卡以一定的采样频　率将高压油管内的柴油压力波形信息送人计算机。　测得正常、喷油器积炭、柱塞磨损和喷油器卡死等４　种情况下的高压油管压力波形。　调用ＭＡ　Ｂ　Ｓｃｒｉｐｔ节点函数，对此波形信号进　行离散小波分解，原始信号　分解成低频逼近信号哟　和３组高频细节信号，分析频率的上限为１０００Ｈｚ。这　里ａ３位于０～１２５Ｈｚ频带，　位于１２５～２５０Ｈｚ频带，　位于２５０～５００Ｈｚ频带，ｄ１位于５００～１０００Ｈｚ频带。ａ３　反映了油管膨胀的低频振荡信息。ｄ　～如则反映了高　压油管压力波动从中频到高频的振荡信息。它既含　有燃油因喷油器停止喷油，燃油的回波作用引起的高　频信息。也含有高频噪声信息。此压力波形信号经过　小波分解后。信息既未丢失，也不冗余；既可以提取时　域特征值，也可以提取频域特征值。　选取以下６个波形特征参量：喷油器开启压力　最高喷射压力　；油压升高率　；燃油喷射持续　角Ｃｌ喊；余波峰值，　；和余波宽度　。　选取两个频域特征参量：从频域信号中提出低频　能量因子ｃ，和高频能量因子　，　．　（　）　，户　１　２２　０）　』Ｖ　ｉ＝１　』Ｖ江１　由于采用外卡式压力传感器采集高压油管内柴　油压力波形只是反映压力变化规律，不能代表具体的　压力值。并且可能因为传感器安装误差而使多次测量　的波形的波动幅度存在较大差别，这里对　波形数　据进行线性处理。使这些数据按照原来的分布规律分　布在０和１之间。这样即使测量条件有所不同，相同　工作条件下的发动机在测量时也能得到幅度相同的　波形。使以上８个特征参量更加具有实用意义。　取８个特征参数作为人工神经网络的输入神经　元。８个隐含神经元，１个输出神经元，用２０组训练样　本对４种典型故障进行训练，建立燃油系故障诊断神　经网络模型。　为了检验故障诊断的效果，我们在油泵试验台上　测定了分别存在４种故障的油泵的高压油管压力波　形。把通过小波分析和波形特征参数提取得到的８个　特征参数输入神经网络模型进行故障识别和诊断，并　用常规拆卸法对喷油泵进行检查，０为正常，１为喷油　器积炭，２为柱塞磨损，３为喷油器卡死。两种方法的　结果如表１所示。　表１检验结果　

检验结果表明。本方法的诊断故障结果与拆卸法　诊断十分一致。说明本方法用于故障诊断具有较好的　实际应用效果。　３结论　ｌ１利用外卡式压力传感器可以可靠地采集反映　供油规律的高压油管内的柴油压力波形。　２１用对波形数据离散小波变换的方法能够得到　有效的波形特征参数和频域特征参数。　３１用较大数量的数据作为训练样本建立的ＢＰ　神经网络模型，可以根据由检测波形得到的特征参量　作出相对准确的故障诊断。　参考文献：　［１】柯拉科特，Ｒ．Ａ．．机械故障的诊断与情况监测［Ｍ】．北京：机械　工业出版社．１９８３：７—１６．　【２］Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｇ．Ｃａｎｎ．确定柴油机故障的新诊断方法【Ｊ】．国外内燃　机车，１９９３，（１　１）：４８—５０．　【３】胡昌华．基于ＭＡＴＬＡＢ的系统分析与设计．小波分析［Ｍ】．西　安：西安电子科技大学出版社．１９９９．　林荣文．柴油机高压油管压力波数字信号的采集、处理和仿　真及故障辨识的研究【博士论文】．铁道部科学研究院，１９９９．　【５］董春．柴油机喷油压力波夹持式测量的研究【硕士论文】．铁　道部研究院。１９９６．　来稿日期：２０ｏ６年７月１２日　吕新源　高级工程师浙江省绍兴市农业局３１２０００　王林冲工程师江苏省启东市农业机械推广站

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