在研究時間控制式噴油系統信號特點和相位關系的基礎上,設計了柴油發電機轉速傳感器失效檢測的邏輯和算法,包括自檢、互檢和解耦三部分,以實現轉速故障的識別。開發了由mc68376和可編程復雜邏輯器件組成的柴油發電機故障處理系統,用以識別故障和切換轉速信號。在單體泵柴油發電機上進行試驗研究,驗證了診斷邏輯和故障處理算法的合理性,表明采用所述策略可實現跛行控制。
1、無凸輪軸信號起動
試驗前將凸輪軸傳感器拔去,診斷系統按照設計的凸輪軸故障檢測算法和后處理算法,在起動過程中對凸輪信號進行自檢和互檢。凸輪軸互檢速度與曲軸轉速有關(取決于單位時間內曲軸齒號與凸輪軸齒號不匹配的次數),當起動經歷多個工作循環后,互檢結果計數值迅速增加立即得到互檢結果。而自檢結果認定受最小檢測時間的限制,故比互檢認定的要晚。當兩者同時滿足時,根據基于故障持續時間的故障認定方法,在幾個循環內故障無法消除,即認定故障發生,并鎖定曲軸檢測程序。
故障認定后,診斷系統利用曲軸轉速判斷柴油發電機的發火時序。由于圖6中柴油發電機轉速始終低于設定的300r/min,因此用于判斷發火順序的計數值逐漸減少。如果一段時間內柴油發電機轉速仍未滿足條件,則在10s處由診斷系統通知cpld對合成的凸輪軸信號進行切換。雖然信號實現了切換但柴油發電機起燃仍需一段時間,因此在圖中11s處計數值還會減小幾次。最終當起動成功后,發火時序被鎖定。
故障認定時間與發火時序確認時間均導致柴油發電機起動時間過長,其中發火時序確認時間大約為6~7s。該參數應隨起動條件(環境溫度)的變化而改變,一味地減小確認時間會導致循環判缸的出現,從而不利于起動。
2、運行中凸輪軸傳感器失效
柴油發電機穩定在1200r/min,100n&m工況點時,直接取掉凸輪軸傳感器,轉速、供油持續期與故障標志的關系見圖7。由于在起動后已將正確的凸輪軸信號鎖定,所以運行過程中拔掉凸輪軸信號傳感器不需再進行發火時序判斷;且供油信號由柴油發電機控制器根據曲軸信號產生,在曲軸信號正常的條件下供油脈沖并不受影響(見圖7)。故障發生后轉速采集通道發生切換,柴油發電機控制系統對曲軸轉速計算與凸輪軸轉速計算處理方式不同,導致控制中被控對象狀態(轉速采樣值)發生細微波動,因此油量發生略微改變,進而導致柴油發電機實際轉速產生變化。
在正常狀態下,控制器默認采用凸輪軸信號,并通過can總線上傳柴油發電機轉速,所以在故障認定前,監控界面中轉速不會被更新,如圖7中6~7s處。由于故障發生時轉速較高,因此可立即得到互檢結果。
3、無曲軸信號起動
該故障條件下,起動過程不需要進行判缸,因此起動時間較短;但供油信號有賴于曲軸信號產生,當曲軸傳感器失效后存在故障認定和信號通道切換的時間,所需起動時間將大于無故障時的起動時間,兩者相差3秒。
起動時曲軸故障檢測較凸輪軸檢測速度要快,這是因為曲軸信號盤齒數較多,信號脈沖間隔較小,可在較短時間內判斷有無曲軸脈沖。考慮到互檢受
凸輪軸轉速的限制(在凸輪軸信號中斷中判斷),圖8中曲軸故障互檢結果比自檢結果出現的要晚。
4、運行中曲軸傳感器失效
柴油發電機穩定在1200r/min,300n&m工況點時拔去曲軸傳感器,柴油發電機轉速,供油持續期與故障標志關系。
供油脈沖依靠曲軸位置信號產生,當信號丟失時雖然控制器計算出的供油持續期在增加,但實際上并無控制信號輸出,單體泵無法供油,柴油發電機短時喪失做功能力,因此圖9中轉速突然下降100r/min左右。由于判斷的延遲,造成了柴油發電機轉速的突變,因此該后處理策略有待進一步完善。
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