研究生--机械故障诊断学-第7章-发动机诊断.ppt

第七章 发动机故障诊断 一、发动机故障诊断的意义 二、发动机的常见故障及诊断现状 三、发动机整机功率诊断法 四、发动机的转速波动诊断法 五、发动机的振动诊断法 六、柴油机故障诊断的应用 一、发动机故障诊断的意义 江苏石油勘探局钻井发动机年维修费用统计 二、发动机的常见故障及诊断现状 高压油泵及喷油嘴的磨损会导致不能产生额定的高压燃油，使喷油提前角偏离最佳值，喷油嘴结焦；润滑油泵异常磨损会降低润滑油输出压力；曲轴和轴承间隙增大会加剧振动和噪声，严重时曲轴因疲劳而断裂。 过度磨损的影响因素有以下几种：一是润滑油压力过低。二是润滑油中含有磨粒特别是硬质磨粒将会造成摩擦副机件的磨粒磨损。三是润滑油变质。如进水、混入燃油、添加剂失效等。四是环境影响，如润滑油温度过高会使粘度急剧下降，发动机冷却水中断必将使发动机拉缸而最终停机。 (2)变形。由于受力不均、磨损不均或拆装不正确常导致发动机机件变形。如轴瓦磨损不均会导致曲轴变形，缸盖安装时受力不均或在热负荷作用下都会产生变形，工作时气缸盖和机体之间将会产生泄漏。 (3)穴蚀。穴蚀是在流体系统中，液体内部空化而产生空泡，空泡的破裂产生微射流，并对固体壁面产生破坏现象。发动机一般均存在穴蚀现象，特别是在气缸套外侧和机体水腔内侧。合适的冷却水添加剂能有效地抑制冷却系统的穴蚀和腐蚀。 (1)整机性能的诊断 整机性能诊断是测取发动机的性能参数，如输出功率、进气压力、转速波动、机油压力等，应用模糊聚类或神经网络的方法对发动机的整体技术状态评定级别，如分为“优、良、中、差”等。 其中，功率是发动机整体动力性能的重要诊断参数。对它的测量有直接测量法和间接测量法。直接测量法是指用水力、电力等方法对发动机加载，从而直接测量出其有效功率，是一种基于实验台架的方法。间接测量法有无负载测功法，其原理是在发动机空载加速的工况下测量其转速，通过转速变化率与瞬时功率的关系对功率进行求解。 (2)气缸活塞组的诊断 活塞—缸套的磨损状态可以利用发动机机身表面振动信号来诊断。实验表明：在发动机发火顺序的上止点附近，撞击力最大，因此活塞撞击能量最大的部位发生在发火后的主推力侧，随着间隙增大，振动响应峰值和均方值呈上升趋势，可以将峰值和均方值作为判断依据；在频域内随磨损的增加，功率谱峰值增加，振动总能量增加。 (3)进排气系统的诊断 进气压力一般通过压力传感器直接获得，通过对压力值来判断增压系统是否工作正常。 排气系统的诊断一般是利用缸盖振动信号。当气阀漏气时，在气缸内，燃烧阶段的高压高速气体流过漏气的狭缝而对气缸产生冲击激振力。它是一个在一定频带范围内的激振力，且其大小与气缸压力和漏气程度有关。这些激振力的变化将引起气缸盖表面振动响应信号的变化。获得漏气激振的故障信息，就可以对气阀进行故障诊断。 (4)燃油系统的诊断 燃油压力是燃油系统的诊断参数。当燃油系统的某个环节发生故障时，燃油的流动压力、流速等参数必然发生变化，而这种变化也会相应地体现在燃油的流动压力波形的变化上。当用传感器拾取信号时，通过对其波形的分析，即可达到对燃油系统的诊断目的。燃油系统压力诊断法只用于高压燃油供给系统，且传感器一般为夹持式压电晶体传感器，造价较高。 (5)润滑系统的诊断 润滑油压力及润滑油品质是润滑系统的诊断参数。润滑油压力直接反映出润滑系统的密封性能好坏，特别是曲轴连杆轴承的密封程度。但由于润滑油的压力信号是缓变信号，且测点位置较少，故对它的研究较少，一般通过压力表的读数作为判据。 润滑油中所含杂质成分与发动机的磨损状况有一定的函数关系，所以通过对润滑油进行光谱和铁谱分析以实现对发动机相应部位磨损状况的诊断已经成为现在普遍使用的方法。 功率是最能够反映发动机整机状态的指标也是发动机使用者最关心的。状态好的发动机输出功率足，状态不好的发动机输出功率不足。对于现场试验采集过程中我们采用的是无负载测功法对PZ12V190B发动机进行功率测试。 无负载测功法原理 无负载测功法是现场测试发动机功率的一种简便诊断方法。其原理是，当发动机与传动系统脱开，并将发动机急速加速至节流阀最大开度，此时发动机将达到空载最大转速，在加速过程中发动机的输出功率，都用于克服本身的惯性力矩，而惯性力矩是与转动惯量以及转速有关的。由于某一发动机的转动惯量为一定值，因此若能求出加速过程中的瞬时加速曲线，就可以求出其瞬时功率的大小。 具体原理可以表示为： 发动机的功率可以表示为 由于在加速过程中发动机的输出力矩都用于克服了惯性力矩，因此有M＝M＇，这样，就可以得到： 从上式可看出，只要知道转动惯量J，就可以求出输出功率。在实际测试时，转动惯量J的测试方法如下： 首先选择一台刚