柴油机故障诊断技术的现状及展望

刘博 王彦辉 王晶

摘要：工业的进一步发展使柴油机在生产生活中得到了越来越广泛的运用，当前，现代柴油机的结构日趋复杂，对共轨柴油机故障诊断信息技术企业进行管理研究方法越来越重要。本文主要介绍了柴油机故障诊断技术，从柴油机的成本和实用性出发，对柴油机进行故障诊断，使柴油机的应用更加符合实际需要，使柴油机的故障诊断更加快速、准确。

Abstract： The further improvement and development of industry have made diesel engines more and more widely used in production and life. At present， the structure of modern diesel engines is becoming more and more complex， and management research methods for common rail diesel engine fault diagnosis information technology companies are becoming more and more available. important. This article mainly introduces the diesel engine fault diagnosis technology. Starting from the cost and practicability of the diesel engine， the fault diagnosis of the diesel engine is carried out to make the application of the diesel engine more in line with actual needs and make the fault diagnosis of the diesel engine faster and more accurate.

关键词：柴油机;故障诊断;故障原因

Key words： diesel engine;fault diagnosis;fault cause

中图分类号：U262.11                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）02-0131-03

0  引言

随着现代科学技术的发展，机械设备的结构趋于复杂，技术的进步使得设备运行速度加快，同时设備的自动化程度也有所提高。在这样的背景下，设备在运行管理过程中，会有更多的因素分析导致教学设备出现故障，这不仅会影响进行设备的正常运转，而且会对中国企业和个人发展造成社会经济利益损失，甚至会出现生命危险。因此，在设备运行过程中避免故障具有重要意义。确保机械设备的稳定有效运行，有赖于两个方面：第一，确保设备在运行中的性能达到工厂开工时设定的目标;第二，提供切实可行的管理、维护和故障诊断方法。对设备信息进行一个有效的管理和维修可以保证设备的正常工作，减少故障的发生，同时我们能够通过降低社会经济建设成本，使设备由视情检修改进为预知检修，有效保证工作学习效率。柴油机在现代化生产过程中起着重要作用。柴油机已经渗透到现代工业和社会生活的各个领域，柴油机广泛应用于铁路牵引、油井挖掘、船舶、汽车等机械领域。柴油机是否能正常工作直接决定着机组的工作状态。因此，对柴油机进行有效的管理和维护，确保系统的正常、安全运行，在提高柴油机工作效率方面具有重要的作用。

1  柴油机故障诊断理论

故障诊断技术是指在机械设备管理运行的过程当中或者其他设备停止运行的条件下，通过学习专业的信号测试仪器对设备的状态数据信息资源进行获取和处理，同时我们根据教学设备以往的使用情况，分析设备当下的运行状态，对可能导致出现的故障原因进行有效预测和诊断，从而给出相应解决方案的一种科学技术。

2  柴油机故障诊断方法

2.1 根据设备的振动信号进行故障诊断

通过获取设备运行状态产生的缸盖振动信号，对信号进行分析，检测各部件的状态，实现故障诊断。近年来，通过获取振动信号，然后提取振动信号的故障特征，该技术在国内外的研究取得了很大的进展。这项研究技术的缺点是只能可以通过台架实验方法实现柴油机某一零部件的故障诊断，实际需要使用价值意义并不大。

2.2 瞬时转速法

在柴油机运行过程中，不同部件对柴油机运行工况的反应程度不同，曲轴瞬时转速波动信号可以显示柴油机的状态信息，通过对工程中的瞬时转速波动信号进行处理，可以获得柴油机的状态信息和故障类型。柴油机在稳定运行时各缸转速会有所不同，但这种差异一般会在小范围内波动，并具有一定的规律。如果发现其中某缸工作过程中出现了故障，此时柴油机动力的一致性就会发展受到社会影响，在运行时的稳定性和平稳性也会受到严重影响，转速波动信号会发生变形，以此为依据学生能够通过判断缸内工作环境状况是否可以稳定。

瞬时转速波动法也存在对于一些研究不足：虽然我们可以通过确定企业出现问题故障的缸位，但是无法找出故障出现的原因;瞬时转速波动法需要学生获取一周内角速度的变化发展情况，获取信息数据管理需要瞬时转速测量仪器，但此类仪器技术要求高频率的响应，精度要求也较高，另外设备的安装调试步骤繁琐，消耗较多时间及费用项目成本。

2.3 油液分析法

柴油机结构复杂，各部件之间存在摩擦，包括不同材料的摩擦副，不同摩擦副的磨损状态也不同，磨损的金属颗粒会进入润滑油。柴油机进行不同作用部位的材料和磨损情况都不尽相同，因此可以通过研究分析润滑油中的磨粒成分及占比，能够有效判断柴油机受损部位和受损严重程度。常用的石油分析方法有光谱法和铁谱法。光谱技术的优点是可以分析润滑油中磨损元素的含量，但不能区分金属颗粒的形状;光谱技术的缺点是分析灵敏度与金属颗粒的粒径有关。而铁谱技术可以获得金属颗粒的大小和形状，但分辨率不高。因此我们研究我国学者更倾向于联合企业使用铁谱和光谱信息技术来进行油液分析，以此来不断提高油液分析法的精度。但由于以下原因，光谱技术和铁谱技术不能广泛应用：一是设备成本高，不利于推广应用;二是由于测试数据量大，不同参数的重要性也不同，故障诊断效果差。最后，铁谱分析技术的操作更加困难，要求技术人员必须具备较高的专业知识水平。因此，铁谱和光谱信息技术进行推广工作难度大，并不适用于广泛应用。

2.4 噪声分析法

机械噪声和空气动力噪声是柴油机噪声的主要来源。机械噪声是由柴油机运转时各部件的振动产生的，气动噪声由燃烧噪声和柴油机进排气噪声组成。因此，可以通过分析噪声信号来确定部件的工作状态。现代学者采用的噪声分析方法主要有声强法、声压法和声功率法。噪声分析法易受到系统测试工作环境和实验教学条件的影响，该项信息技术仅能用于整机噪声的分析，因此在柴油机故障问题诊断的应用中并不十分常见。

2.5 基于神经网络的故障诊断

神经网络是一种自适应模式识别技术，它通过自身的学习机制形成所需的决策区域。神经网络可以充分利用设备的特征信息，通过对特征信息的训练和学习，在输出层给出故障类型。神经网络信息技术可以应用于故障诊断有三种优点：

经过训练的神经网络可以保存训练后的知识。当输入新的故障数据时，可以直接与历史故障数据进行比较，判断故障。

人工神经网络对测试环境和实验条件的要求较低，神经网络在实验条件下可以識别出故障时存在的噪声，神经网络经过训练样本数据后，可以有效地识别出故障，因此神经网络可以用于在线故障诊断，具有很强的现实意义。

神经系统网络发展具有诊断故障类型的能力。可将故障征兆作为一个输入神经元，而将故障分析原因我们作为输出神经元。将一组故障样本输入网络进行训练，确定相应的参数。在神经网络训练完成，神经网络稳定后，根据输入神经元的一组特征进行故障诊断。

3  柴油机燃油系统故障及解决办法

柴油机启动故障的现象很复杂，影响柴油机燃油管理系统的原因也很多，这里我们不可能一一进行技术介绍，但是无论是何种引起柴油机燃油系统出现故障，首先企业都要认真学习分析问题产生该现象的原因，仔细查找故障部位，并及时采取一些相应政策措施，寻找有效解决排除故障的方法。在正常使用柴油机时，应定期进行检查和维修。只有定期检修，才能避免柴油机的各种故障，使柴油机恢复并保持良好的技术状态，从而发挥出色的性能指标。

3.1 供油量不足

3.1.1 故障及原因

燃油系统不供油或供油不足，会导致柴油机在运行过程中熄火甚至无法启动。造成这一现象的原因如下：

柴油机油箱内柴油的油面过低，开关处于一个关闭工作状态信息或是油箱的通气孔出现堵塞;柴油机的油路有空气残留问题导致供油不畅，造成柴油机启动困难;操纵手柄没有自己放在启动位置;油管中有脏物堵塞;技术管理人员操作方法不当，将回油阀安装在进油管处。特殊情况是抽油泵的柱塞副没有损坏，节流阀调到最大，供油量仍然不足。在这种情况下，失效的原因可能是弹簧下座与有杆泵柱塞尾之间插入的缺口磨损、调速杆与高压泵体工作面之间的相位摩擦。

3.1.2 解决办法

当柴油发动机启动时，观察喷油器是否发出正常的喷射声，类似于爆裂声。如果我们不能听到声音，可能是由于无油或者喷油无力、喷油少。打开泵体上的除气螺丝，检查泵体内是否有残余燃油：没有燃油流出，表明低压油管出现故障（检查油箱盖和过滤器的气孔是否堵塞;检查油管内是否有空气;检查油箱内是否有足够的燃油;同时检查油管是否有泄漏）有柴油流出，表明燃油喷射器和燃油喷射泵可能出现故障;检查手柄紧固螺丝是否松动，驱动板是否错位;转动曲轴，观察喷油泵供油是否间歇;如供油是间歇性的，喷油泵是否正常，故障可能在喷油器内;检查燃油泵是否正常。

3.2 针阀泄露

3.2.1 故障及原因

喷油器针阀联轴器是柴油机燃油系统中不可缺少的重要联轴器。其工作状态对柴油机的启动、经济性、稳定性、振动噪声程度、寿命等各个方面都有不同程度的影响。其寿命缩短和失效的主要原因如下：

柴油机的零部件企业盲目进行拆解和安装，造成针阀的磕碰、脏污、变形，导致针阀泄漏，针阀偶件与其他偶件不分开清洗，或是数据清洗时不使用技术标准的清洗液，甚至不清洗可以直接通过使用，造成一些表面出现磕碰、沾染磨料，形成一个磨损;在装配设计过程中，固定针阀的锁紧螺母拧的过紧，导致喷油器承受生活压力变化过大，使针阀偶件变形;喷油压力以及调节自己不合理会产生影响针阀偶件的寿命，特别是经济压力没有太高时，偶件的磨损会加强;劣质燃油系统由于具有润滑材料性能、粘度差，会造成偶件的磨损。

3.2.2 解决办法

注意进行安装时的清洁度，在更换一部分偶件，如滤芯、柱塞等，应先使高压油管的脏物随油流出，然后再通过安装，因为对于高压油管的杂质可能会发展进入喷油器，造成企业部分偶件磨损;在调节喷油器工作压力时，需要我们检查其密封性是否具有良好，防止燃油渗漏而产生积碳;选择高质量的燃油，严格遵守相关操作规章制度要求，执行过程中沉淀和过滤技术流程。

3.3 出油阀失效

3.3.1 故障及原因

出油阀联轴器是燃油系统的重要组成部分。出油阀的功能包括出油阀和截油阀。停油后，调整油压，降低高压油管的油压。出油阀故障会导致柴油机无法正常工作，出油阀易出现磨损，磨损原因如下：

柴油中磨料的磨削技术作用;液体的冲刷影响作用;阀与阀座的撞击产生作用;出油阀密封锥面进行磨损;出油阀减压环带结构磨损。

3.3.2 解决办法

出油阀密封锥面磨损轻微，可用优质磨料浆修复，保证密封，出油阀密封锥面磨损严重，可用镀铬和研磨方法维护，需更换和修复出油阀锥面密封圈，更换和修复减压环轴向缺口。

3.4 针阀卡死

3.4.1 故障及原因

针阀卡死的原因如下：

柴油产品品质差是主要问题原因;技术管理人员在拆装高压控制油路时，有脏物进入油路;喷油嘴偶件清理不彻底;喷油嘴的固定一个螺母拧紧时力矩产生过大。

3.4.2 解决办法

如果针阀零件磨损严重，应对针阀零件进行磨削修复。如果针阀部件烧毁，均匀部件不能使用和修理，应更换，针阀和针阀阀体应成对更换，正确安装喷油器，避免因针阀堵塞而造成操作不当;选用优质柴油机、过滤器，并定期更换柴油机过滤器和油水分离器过滤器。

4  柴油机故障诊断技术展望

4.1 强化关键零部件诊断，提高诊断准确性

柴油机零部件的设计非常复杂，对关键零部件的诊断可以有效地提高诊断的准确性。例如，在对柴油机的故障问题进行分析诊断时，对传感器和执行器等零部件的诊断方法非常缺乏必要，关键零部位的诊断主要包括企业加速踏板传感器、冷却液温度控制传感器等，在展开一个关键零部位的诊断时也具有中国一定的策略。首先需要进行故障诊断，即检测电压值，检测电压值是否超过正常范围，是否在正常范围的上限或下限以内。在此过程中，要进入故障监测系统进行抖动，然后根据相应的故障模块进行处理，同时还要注意检测节气门传感器、水温传感器和钢轨压力传感器的信号。另外我们还要不断进行分析合理性以及故障的诊断，也就是对加速踏板传感器和水温传感器的合理性诊断，在这个发展过程中企业主要研究采用的是硬件冗余的方式，通过网络加速踏板中两个不同传感器的电压来进行工作电压值的比较能了解油门信号的相关性错误。在测试水温传感器的合理性时，主要通过比较水温和燃油温度来实现。在满足水温传感器合理性条件的情况下，进行试验，如果在标准时间后水温高于标定阈值，则柴油机通过绝对可靠性试验，相反，柴油机可能存在合理故障。

4.2 开发故障诊断仪，提升诊断技术水平

柴油机故障诊断模块的开发是目前柴油机故障诊断技术研究的一个重要方向，电气故障可能导致柴油机的故障，因此研究机电故障具有重要意义，通过故障诊断仪器的开发可以提高诊断技术水平。例如，瞬时转速与失火故障问题都是通过诊断仪的重要资源开发技术方面，尤其是对柴油机而言，这方面的进行研究还有待精进。在柴油机发动机正常运转的过程中，活塞的上下移动能转换成一个输出不同转速和动力，而瞬时转速曲线的异常数据变化我们就能用来研究进行分析发动机失火故障的诊断。失火故障主要发生在多缸柴油机上，机械故障的原因有很多。首先是通过机械设备故障所造成的供油系统问题，也就是指当柴油机的汽缸内没有进行燃油的时候，燃烧会出现一些异常。然后是当柴油机气缸漏气时，会导致空气温度降低，空气温度不能达到点火点，从而导致气缸容量失效。需要进一步研究各种机械故障的原因，找出哪些气缸影响柴油机的上下运动，进而找出适合故障诊断的特征值，通过这些特征值，分析柴油机故障的原因，如供油问题或气缸漏气问题，瞬时转速的影响也有很多因素，因此需要从多方面进行分析。

4.3 完善诊断系统测试，保证故障系统排查

诊断信息系统管理功能的测试能帮助学生进行分析故障的有效排查，在这个发展过程中，相应的诊断策略和软件模块的应用都能起到重要作用。功能测试可以提高策略和模块应用的准确性，通过开发诊断系统测试，可以有效地保证故障系统的排除。故障模拟可以帮助故障信号的筛选，例如，通过相应的故障模拟系统可以有效地检测到油门踏板传感器信号和温度传感器信号，而测试软件就是由这些组成的，通过设置所需的节气门电压信号和相应的水温状态可以模拟故障发生，速度信号产生模块也可以用来设置速度信号波形，从而得到柴油机的主齿轮转速。在此过程中，输出模块和输入模块可以有效地模拟故障。例如，对油门的故障分析模拟主要是从故障消抖过程、油门故障和水温传感器网络故障管理等方面问题进行，在对消抖过程可以进行一个模拟时，当电压只大于上限阈值的时候，故障计数器就会出现超过其他故障信息确认阈值，能更快地发展进行对柴油机故障的确认。

5  结束语

随着我国技术水平的飞速发展，柴油机故障诊断技术也在不断完善和发展，在實际生产和生活中，电子技术和计算机技术在共轨柴油机故障诊断中的应用为其研究开辟了新的途径。通过对共轨柴油机故障诊断技术的研究，可以促进共轨柴油机故障诊断技术的应用，推动工业的发展。工业的不断创新发展使人们生活越来越多地应用和研究柴油机，复杂的技术产业结构也为柴油机故障诊断带来了新的难题，在这个社会背景环境之下，研究柴油机故障诊断信息技术企业能为更快速、准确地排除故障并为故障诊断学生提供新的途径，同时通过加强柴油机的应用，提升以及我国的工业生产技术管理水平。因此，从多方面对柴油机进行故障诊断具有重要的研究价值和现实意义。加强对关键零位的诊断，可以有效地提高诊断的准确性，故障人员还应加强故障诊断仪器的开发，通过技术水平的提升促进诊断技术的进步，通过网络技术在诊断技术中的应用更好地利用故障诊断系统，提高故障诊断技术水平的价值。

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