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PT燃油泵和噴油器的特點、調(diào)試及典型故障診斷
發(fā)布時間:2023-12-04 16:16:08  ▏閱讀:

 

摘要:為有效解決PT燃油系統(tǒng)進油油路堵塞、濾清器泄漏、噴油器油路堵塞等多種典型故障診斷問題,提出了基于核主元分析(KPCA)和最小二乘支持向量機(LSSVM)的故障識別方法。實驗結(jié)果表明,KPCA提取的主特征向量有效表達了原始故障的特征信息,相比于傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和未經(jīng)參數(shù)優(yōu)選的LSSVM等分類模型,基于KPCA-LSSVM的故障識別方法速度更快、分類準確率更高。康明斯發(fā)電機廠家在本文論述了PT燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點,分析了燃油系統(tǒng)典型故障,對康明斯發(fā)電機組PT燃油泵及PT噴油器的調(diào)試要點作了詳細的闡述。 

 

一、PT燃油系統(tǒng)的特點

 

      由于采用PT供油系統(tǒng),其噴嘴噴射燃油是由凸輪軸驅(qū)動,故凸輪軸的剛度直接影響柴油發(fā)電機的可靠性于耐久性,因而柴油發(fā)電機采用了大直徑凸輪軸設(shè)計方案。M11系列柴油發(fā)電機采用76.2mm凸輪軸軸頸,N系列柴油發(fā)電機采用63.5mm凸輪軸軸頸,K系列柴油發(fā)電機采用76.2mm凸輪軸軸頸,比一般柴油發(fā)電機凸輪軸軸頸大,因此獲得了較好的剛度。同時還采用滾輪式遙桿凸輪從動件設(shè)計,使從動件與凸輪表面的相對運動由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦,從飛濺潤滑變?yōu)閴毫櫥?,摩擦副的工作?yīng)力降低了,潤滑條件改善了,故減少了磨損,提高了工作可靠性和使用壽命。

      采用干式化學(xué)添加劑(DCA)對冷卻液進行處理,是康明斯柴油發(fā)電機的一個共同特點。這種裝有DCA化學(xué)藥品的容器稱為“水濾器”。DCA由9種不同的化學(xué)成分組成,它的功能是使水軟化,免除水垢的形成;中和水中形成的酸,使水維持在一個適當(dāng)?shù)乃釅A度,以避免零件遭受化學(xué)腐蝕;抗泡沫作用,能減少泡沫的形成,并能在鑄鐵和鋼制零件表面形成一層很薄的保護薄膜,以保護氣缸套、水泵葉輪等零件免遭穴蝕的損壞。從而,使柴油發(fā)電機的工作可靠性和使用壽命有了很大的提高。

      在康明斯公司專有的PT燃油系統(tǒng)中采用了分級燃油噴射射正時控制(STC),使在不同的工況下燃燒狀態(tài)趨于完善。STC的主要作用是在低怠速、低負荷燃油供油量小時,使噴油正時提前,保證燃燒在上止點附近就能完成。正時提前,能改善冷起動能性,改善寒冷氣候條件下的怠速性能,減少冒白煙現(xiàn)象,提高低負荷時柴油發(fā)電機的燃油經(jīng)濟性。更重要的是,柴油發(fā)電機在低負荷時,如果正時不提前,燃燒將過于滯后,性能急劇惡化,就會造成炭煙大量形成。同時,STC系統(tǒng)也可在大負荷條件下對柴油發(fā)電機正時適當(dāng)延遲,為改善NOx排放提供了條件。

 

二、PT噴油器的調(diào)試方法

 

      PT噴油器的結(jié)構(gòu)與普通噴油器有很大區(qū)別,其精度要求也更高??得魉共裼桶l(fā)電機裝用的PT噴油器,在拆裝、檢查和調(diào)試時,都必須使用專用的工具和設(shè)備,維修時可參照相應(yīng)的康明斯柴油發(fā)電機維修手冊進行。

      在裝配柴油發(fā)電機或柴油發(fā)電機使用一定時間(一般為3000h)后,必須調(diào)整PT噴油器柱塞落座壓力,以防止噴油器噴油結(jié)束后不能將柴油全部壓出。調(diào)整PT噴油器柱塞落座壓力分“冷調(diào)”和“熱調(diào)”。“冷調(diào)”指在柴油發(fā)電機冷卻液溫度為60℃以下時進行調(diào)整;“熱調(diào)”指在柴油發(fā)電機冷卻液溫度為85℃以上時進行調(diào)整。

1、噴油器柱塞對筒頭落座壓力的調(diào)整

      美國康明斯公司生產(chǎn)的柴油機采用PT燃油系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)、工作原理與一般柴油機不同。其噴油器經(jīng)試驗臺調(diào)試后,還需在柴油機上進行調(diào)整。以做功順序1-5-3-6-2-4的6缸柴油發(fā)電機為例,PT噴油器柱塞落座壓力的調(diào)整可采用如下方法:

      噴油器柱塞對筒頭落座壓力不能過大或過?。簤毫^大,會使噴油器驅(qū)動機件變形;壓力太小,在噴射終了時柱塞與筒頭錐形腔內(nèi)的殘余燃油燒結(jié)積炭,使筒頭過熱,導(dǎo)致筒頭前端脫落。因此,安裝噴油器時必須調(diào)整。

(1)扭矩調(diào)整法

      此方法是將噴油器調(diào)整螺釘擰緊至規(guī)定的扭矩,保證柱塞對筒頭的落座壓力。

① 校準正時記號。

      使氣缸處于減壓狀態(tài),按曲軸的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動正時帶輪,使帶輪上的正時記號與齒輪室蓋上的記號對準。帶輪記號TC表示活塞在上止點位置,VS表示活塞在上止點后90°位置。TC和VS記號前的數(shù)字是相應(yīng)的汽缸號。對準記號后,根據(jù)進、排氣門狀態(tài)確定處于壓縮的汽缸。對一次記號只能調(diào)整一個氣缸。

② 調(diào)整。

     冷機時擰松噴油器搖臂上的鎖緊螺母,擰入調(diào)整螺釘使柱塞下行,柱塞下端與筒頭錐形座接觸后再擰入螺釘15°,將殘余在筒頭的燃油擠凈。將調(diào)整螺釘放松一圈,再用扭力扳手擰緊到規(guī)定力矩,用螺絲刀保持調(diào)整螺釘位置不動,按規(guī)定力矩擰緊鎖緊螺母。

③ 復(fù)查。

      全部噴油器調(diào)整完畢后,啟動柴油機。當(dāng)機油溫度達到60℃時,再復(fù)查一次。

(2)行程調(diào)整法

      此法是利用一個百分表和一個搖臂壓桿,將噴油器柱塞調(diào)整到規(guī)定值。

      將百分表支架固定在汽缸蓋上,表的測桿垂直頂在噴油器柱塞上的法蘭面上。在柱塞處于與筒頭座面接觸的最低位置時,將百分表讀數(shù)調(diào)到零位。按柴油機旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動曲軸,使柱塞升到最高位置,此時百分表的讀數(shù)為柱塞的行程,如不符合規(guī)定,調(diào)整搖臂上的調(diào)整螺釘?shù)椒弦蟆?/span>

2、噴油正時的檢查與調(diào)整

      噴油器噴油正時的檢查與調(diào)整是根據(jù)活塞位置與噴油器推桿位置的相互關(guān)系,采用噴油正時儀進行的。

(1)安裝噴油正時儀

      先拆下一缸搖臂蓋、搖臂總成和噴油器。裝上噴油正時儀。正時儀有兩個百分表:一個百分表的測桿與活塞接觸稱為活塞行程百分表;另一個百分表的測桿頂在推桿球座上,稱為推桿行程百分表。噴油正時儀的安裝位置必須與氣缸中心線平行。

(2)檢查與調(diào)整

      檢查燃油泵凸輪軸定位銷處于燃油泵驅(qū)動齒輪鍵槽中,如圖1所示。如果不能看到定位銷,拆卸噴油泵,確定錯位的原因,并維修或更換任何損壞的部件。如果因為性能問題進行此項檢查,而且故障首先出現(xiàn)在齒輪系拆卸和更換后,則檢查凸輪軸齒輪與曲軸齒輪的正時,以及凸輪軸齒輪與燃油泵驅(qū)動齒輪之間的正時。噴油正時調(diào)整示例如圖2所示,步驟如下

① 順時針轉(zhuǎn)動曲軸使一缸活塞位于壓縮行程上止點。在活塞行程百分表測量表頭的測桿與正時儀標尺90°刻度線對齊時,將推桿行程百分表調(diào)零。

② 逆時針方向轉(zhuǎn)動曲軸,在一、六缸上止點記號轉(zhuǎn)到距標尺標定點約10mm處時移動活塞行程百分表,使其測量頭壓縮5mm左右,然后固定。緩慢轉(zhuǎn)動曲軸,在活塞回到上止點位置時將活塞行程百分表調(diào)零。

③ 繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動曲軸,當(dāng)活塞行程百分表的測桿與標尺45°刻度線(相應(yīng)曲軸位于上止點前45°)對準時,順時針轉(zhuǎn)動曲軸,直到活塞行程百分表讀數(shù)符合規(guī)定,根據(jù)測量的差值再調(diào)整挺桿銷軸蓋墊片厚度,使噴油正時符合規(guī)定。

      發(fā)動機的正時調(diào)整是非常重要的,因為它直接關(guān)系到發(fā)動機的工作效率和壽命。如果正時出現(xiàn)問題,會導(dǎo)致發(fā)動機燃油消耗增加,功率下降,甚至引起發(fā)動機故障。而調(diào)整正時可以使發(fā)動機的工作更加穩(wěn)定,燃油消耗更低,能效更高,排放更清潔。

 

康明斯發(fā)動機正時銷位置.png

圖1  康明斯發(fā)動機正時銷位置

康明斯發(fā)動機噴油正時調(diào)整步驟.png

圖2  康明斯發(fā)動機噴油正時調(diào)整步驟.

 

三、燃油系統(tǒng)典型故障診斷

 

      PT泵出油口壓力波動情況主要取決于系統(tǒng)的工作狀態(tài),由于采集的油壓信號不具備明顯的頻域特征,因此在信號處理時主要采用時域分析的方法。

      以正常狀態(tài)的PT泵出油口壓力信號為依據(jù),分別提取怠速點油壓(轉(zhuǎn)速550 r/min)、最大扭矩點油壓(轉(zhuǎn)速1 200 r/min)、拐點轉(zhuǎn)速油壓(轉(zhuǎn)速1 830 r/min)及近停油點油壓(轉(zhuǎn)速2 200 r/min)作為4個特征值。這4個特征值能夠描述各種狀態(tài)下信號的輪廓,然后計算不同狀態(tài)油壓信號的均值、方差、均方值、峰值、偏度、峭度、波形系數(shù)、峰值系數(shù)、脈沖系數(shù)、裕度系數(shù)及峰峰值11個時域特征參數(shù),共計15個特征值。其中一組數(shù)據(jù)的特征值如表1所示。

表1各種工作狀態(tài)下信號的時域特征參數(shù)

 
編號
時域參數(shù)
正常狀態(tài)
泵進油堵塞
濾清器泄漏
噴油器堵塞
噴油器
泄漏
1
怠速油壓/MPa
0.1892
0.2888
0.4495
0.6705
0.0935
2
最大扭矩油壓/MPa
0.5400
0.5958
0.7032
1.1348
0.1852
3
拐點轉(zhuǎn)速油壓/MPa
0.7800
0.6567
0.0827
0.2170
0.2120
4
近停油點油壓/MPa
0.0248
0.0437
0.0817
0.1792
0.0232
5
均值/MPa
0.3497
0.3862
0.4360
0.7501
0.1340
6
方差/MPa
0.0689
0.0474
0.0686
0.1443
0.0048
7
均方值/MPa
0.1911
0.1965
0.2587
0.7069
0.0227
8
峰值
0.7923
0.7283
0.8220
1.2600
0.2502
9
偏度
0.2056
-0.2577
-0.1726
-0.1601
-0.2571
10
峭度
1.5688
1.6407
1.5183
1.4929
1.6176
11
波形系數(shù)
1.2502
1.1478
1.1666
1.1209
1.1249
12
峰值系數(shù)
1.8122
1.643
1.6162
1.4986
1.6601
13
脈沖系數(shù)
2.2656
1.8859
1.8854
1.6798
1.8675
14
裕度系數(shù)
2.7909
2.1193
2.1410
1.8198
2.0443
15
峰峰值
0.7898
0.6973
0.7655
1.1200
0.2455
 

      5種不同工作狀態(tài)的部分時域特征值如圖3~圖6所示。比較圖中不同工作狀態(tài)的特征值分布可以發(fā)現(xiàn),不同工作狀態(tài)的部分特征值差距不是很明顯,如圖3所示,對于濾清器泄漏、噴油器堵塞和噴油器泄漏3種故障,其拐點轉(zhuǎn)速油壓值都分布在0.1~0.2 MPa,差距不是很明顯。

      部分特征值存在交叉重疊的現(xiàn)象,如圖4所示,對于正常狀態(tài)、泵進油堵塞和噴油器泄漏3種故障,其近停油點油壓值在0.025~0.075 MPa存在交叉重疊的現(xiàn)象。

      因此,任何單一的特征參量都無法準確區(qū)分PT燃油系統(tǒng)的工作狀態(tài),為此需要進行多特征參數(shù)的融合,消除多特征值之間的重疊和交叉,提高識別的準確性。

 

PT燃油系統(tǒng)故障拐點轉(zhuǎn)速油壓信號曲線.png

圖3  PT燃油系統(tǒng)故障拐點轉(zhuǎn)速油壓信號曲線

PT燃油系統(tǒng)故障近停油點油壓信號曲線.png

圖4  PT燃油系統(tǒng)故障近停油點油壓信號曲線

PT燃油系統(tǒng)故障偏度信號曲線.png

圖5  PT燃油系統(tǒng)故障偏度信號曲線

PT燃油系統(tǒng)故障信號峰峰值曲線.png

圖6  PT燃油系統(tǒng)故障信號峰峰值曲線

 

總結(jié):

       針對PT燃油系統(tǒng)故障樣本數(shù)據(jù)數(shù)量小、不具備明顯頻域特征以及分類器參數(shù)選擇的問題,提出了KPCA和MPGA-LSSVM相結(jié)合的PT燃油泵故障診斷方法。主要結(jié)論是PT燃油系統(tǒng)油壓信號為典型的非平穩(wěn)信號,不具備明顯的頻域特征,且不同工作狀態(tài)下的時域特征參數(shù)存在交叉重疊的現(xiàn)象,單一特征參量無法準確識別燃油系統(tǒng)的工作狀態(tài)。針對PT燃油系統(tǒng)油壓信號時域特征的特點,利用KPCA進行特征參數(shù)提取,消除了不同時域特征值之間存在的交叉重疊現(xiàn)象,簡化了分類器結(jié)構(gòu),提高了模型識別的準確率。


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