柴油機故障診斷技術的現狀及展望

劉博 王彥輝 王晶

摘要：工業的進一步發展使柴油機在生產生活中得到了越來越廣泛的運用，當前，現代柴油機的結構日趨復雜，對共軌柴油機故障診斷信息技術企業進行管理研究方法越來越重要。本文主要介紹了柴油機故障診斷技術，從柴油機的成本和實用性出發，對柴油機進行故障診斷，使柴油機的應用更加符合實際需要，使柴油機的故障診斷更加快速、準確。

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.

關鍵詞：柴油機;故障診斷;故障原因

Key words： diesel engine;fault diagnosis;fault cause

中圖分類號：U262.11 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）02-0131-03

0 ?引言

隨著現代科學技術的發展，機械設備的結構趨于復雜，技術的進步使得設備運行速度加快，同時設備的自動化程度也有所提高。在這樣的背景下，設備在運行管理過程中，會有更多的因素分析導致教學設備出現故障，這不僅會影響進行設備的正常運轉，而且會對中國企業和個人發展造成社會經濟利益損失，甚至會出現生命危險。因此，在設備運行過程中避免故障具有重要意義。確保機械設備的穩定有效運行，有賴于兩個方面：第一，確保設備在運行中的性能達到工廠開工時設定的目標;第二，提供切實可行的管理、維護和故障診斷方法。對設備信息進行一個有效的管理和維修可以保證設備的正常工作，減少故障的發生，同時我們能夠通過降低社會經濟建設成本，使設備由視情檢修改進為預知檢修，有效保證工作學習效率。柴油機在現代化生產過程中起著重要作用。柴油機已經滲透到現代工業和社會生活的各個領域，柴油機廣泛應用于鐵路牽引、油井挖掘、船舶、汽車等機械領域。柴油機是否能正常工作直接決定著機組的工作狀態。因此，對柴油機進行有效的管理和維護，確保系統的正常、安全運行，在提高柴油機工作效率方面具有重要的作用。

1 ?柴油機故障診斷理論

故障診斷技術是指在機械設備管理運行的過程當中或者其他設備停止運行的條件下，通過學習專業的信號測試儀器對設備的狀態數據信息資源進行獲取和處理，同時我們根據教學設備以往的使用情況，分析設備當下的運行狀態，對可能導致出現的故障原因進行有效預測和診斷，從而給出相應解決方案的一種科學技術。

2 ?柴油機故障診斷方法

2.1 根據設備的振動信號進行故障診斷

通過獲取設備運行狀態產生的缸蓋振動信號，對信號進行分析，檢測各部件的狀態，實現故障診斷。近年來，通過獲取振動信號，然后提取振動信號的故障特征，該技術在國內外的研究取得了很大的進展。這項研究技術的缺點是只能可以通過臺架實驗方法實現柴油機某一零部件的故障診斷，實際需要使用價值意義并不大。

2.2 瞬時轉速法

在柴油機運行過程中，不同部件對柴油機運行工況的反應程度不同，曲軸瞬時轉速波動信號可以顯示柴油機的狀態信息，通過對工程中的瞬時轉速波動信號進行處理，可以獲得柴油機的狀態信息和故障類型。柴油機在穩定運行時各缸轉速會有所不同，但這種差異一般會在小范圍內波動，并具有一定的規律。如果發現其中某缸工作過程中出現了故障，此時柴油機動力的一致性就會發展受到社會影響，在運行時的穩定性和平穩性也會受到嚴重影響，轉速波動信號會發生變形，以此為依據學生能夠通過判斷缸內工作環境狀況是否可以穩定。

瞬時轉速波動法也存在對于一些研究不足：雖然我們可以通過確定企業出現問題故障的缸位，但是無法找出故障出現的原因;瞬時轉速波動法需要學生獲取一周內角速度的變化發展情況，獲取信息數據管理需要瞬時轉速測量儀器，但此類儀器技術要求高頻率的響應，精度要求也較高，另外設備的安裝調試步驟繁瑣，消耗較多時間及費用項目成本。

2.3 油液分析法

柴油機結構復雜，各部件之間存在摩擦，包括不同材料的摩擦副，不同摩擦副的磨損狀態也不同，磨損的金屬顆粒會進入潤滑油。柴油機進行不同作用部位的材料和磨損情況都不盡相同，因此可以通過研究分析潤滑油中的磨粒成分及占比，能夠有效判斷柴油機受損部位和受損嚴重程度。常用的石油分析方法有光譜法和鐵譜法。光譜技術的優點是可以分析潤滑油中磨損元素的含量，但不能區分金屬顆粒的形狀;光譜技術的缺點是分析靈敏度與金屬顆粒的粒徑有關。而鐵譜技術可以獲得金屬顆粒的大小和形狀，但分辨率不高。因此我們研究我國學者更傾向于聯合企業使用鐵譜和光譜信息技術來進行油液分析，以此來不斷提高油液分析法的精度。但由于以下原因，光譜技術和鐵譜技術不能廣泛應用：一是設備成本高，不利于推廣應用;二是由于測試數據量大，不同參數的重要性也不同，故障診斷效果差。最后，鐵譜分析技術的操作更加困難，要求技術人員必須具備較高的專業知識水平。因此，鐵譜和光譜信息技術進行推廣工作難度大，并不適用于廣泛應用。

2.4 噪聲分析法

機械噪聲和空氣動力噪聲是柴油機噪聲的主要來源。機械噪聲是由柴油機運轉時各部件的振動產生的，氣動噪聲由燃燒噪聲和柴油機進排氣噪聲組成。因此，可以通過分析噪聲信號來確定部件的工作狀態。現代學者采用的噪聲分析方法主要有聲強法、聲壓法和聲功率法。噪聲分析法易受到系統測試工作環境和實驗教學條件的影響，該項信息技術僅能用于整機噪聲的分析，因此在柴油機故障問題診斷的應用中并不十分常見。

2.5 基于神經網絡的故障診斷

神經網絡是一種自適應模式識別技術，它通過自身的學習機制形成所需的決策區域。神經網絡可以充分利用設備的特征信息，通過對特征信息的訓練和學習，在輸出層給出故障類型。神經網絡信息技術可以應用于故障診斷有三種優點：

經過訓練的神經網絡可以保存訓練后的知識。當輸入新的故障數據時，可以直接與歷史故障數據進行比較，判斷故障。

人工神經網絡對測試環境和實驗條件的要求較低，神經網絡在實驗條件下可以識別出故障時存在的噪聲，神經網絡經過訓練樣本數據后，可以有效地識別出故障，因此神經網絡可以用于在線故障診斷，具有很強的現實意義。

神經系統網絡發展具有診斷故障類型的能力。可將故障征兆作為一個輸入神經元，而將故障分析原因我們作為輸出神經元。將一組故障樣本輸入網絡進行訓練，確定相應的參數。在神經網絡訓練完成，神經網絡穩定后，根據輸入神經元的一組特征進行故障診斷。

3 ?柴油機燃油系統故障及解決辦法

柴油機啟動故障的現象很復雜，影響柴油機燃油管理系統的原因也很多，這里我們不可能一一進行技術介紹，但是無論是何種引起柴油機燃油系統出現故障，首先企業都要認真學習分析問題產生該現象的原因，仔細查找故障部位，并及時采取一些相應政策措施，尋找有效解決排除故障的方法。在正常使用柴油機時，應定期進行檢查和維修。只有定期檢修，才能避免柴油機的各種故障，使柴油機恢復并保持良好的技術狀態，從而發揮出色的性能指標。

3.1 供油量不足

3.1.1 故障及原因

燃油系統不供油或供油不足，會導致柴油機在運行過程中熄火甚至無法啟動。造成這一現象的原因如下：

柴油機油箱內柴油的油面過低，開關處于一個關閉工作狀態信息或是油箱的通氣孔出現堵塞;柴油機的油路有空氣殘留問題導致供油不暢，造成柴油機啟動困難;操縱手柄沒有自己放在啟動位置;油管中有臟物堵塞;技術管理人員操作方法不當，將回油閥安裝在進油管處。特殊情況是抽油泵的柱塞副沒有損壞，節流閥調到最大，供油量仍然不足。在這種情況下，失效的原因可能是彈簧下座與有桿泵柱塞尾之間插入的缺口磨損、調速桿與高壓泵體工作面之間的相位摩擦。

3.1.2 解決辦法

當柴油發動機啟動時，觀察噴油器是否發出正常的噴射聲，類似于爆裂聲。如果我們不能聽到聲音，可能是由于無油或者噴油無力、噴油少。打開泵體上的除氣螺絲，檢查泵體內是否有殘余燃油：沒有燃油流出，表明低壓油管出現故障（檢查油箱蓋和過濾器的氣孔是否堵塞;檢查油管內是否有空氣;檢查油箱內是否有足夠的燃油;同時檢查油管是否有泄漏）有柴油流出，表明燃油噴射器和燃油噴射泵可能出現故障;檢查手柄緊固螺絲是否松動，驅動板是否錯位;轉動曲軸，觀察噴油泵供油是否間歇;如供油是間歇性的，噴油泵是否正常，故障可能在噴油器內;檢查燃油泵是否正常。

3.2 針閥泄露

3.2.1 故障及原因

噴油器針閥聯軸器是柴油機燃油系統中不可缺少的重要聯軸器。其工作狀態對柴油機的啟動、經濟性、穩定性、振動噪聲程度、壽命等各個方面都有不同程度的影響。其壽命縮短和失效的主要原因如下：

柴油機的零部件企業盲目進行拆解和安裝，造成針閥的磕碰、臟污、變形，導致針閥泄漏，針閥偶件與其他偶件不分開清洗，或是數據清洗時不使用技術標準的清洗液，甚至不清洗可以直接通過使用，造成一些表面出現磕碰、沾染磨料，形成一個磨損;在裝配設計過程中，固定針閥的鎖緊螺母擰的過緊，導致噴油器承受生活壓力變化過大，使針閥偶件變形;噴油壓力以及調節自己不合理會產生影響針閥偶件的壽命，特別是經濟壓力沒有太高時，偶件的磨損會加強;劣質燃油系統由于具有潤滑材料性能、粘度差，會造成偶件的磨損。

3.2.2 解決辦法

注意進行安裝時的清潔度，在更換一部分偶件，如濾芯、柱塞等，應先使高壓油管的臟物隨油流出，然后再通過安裝，因為對于高壓油管的雜質可能會發展進入噴油器，造成企業部分偶件磨損;在調節噴油器工作壓力時，需要我們檢查其密封性是否具有良好，防止燃油滲漏而產生積碳;選擇高質量的燃油，嚴格遵守相關操作規章制度要求，執行過程中沉淀和過濾技術流程。

3.3 出油閥失效

3.3.1 故障及原因

出油閥聯軸器是燃油系統的重要組成部分。出油閥的功能包括出油閥和截油閥。停油后，調整油壓，降低高壓油管的油壓。出油閥故障會導致柴油機無法正常工作，出油閥易出現磨損，磨損原因如下：

柴油中磨料的磨削技術作用;液體的沖刷影響作用;閥與閥座的撞擊產生作用;出油閥密封錐面進行磨損;出油閥減壓環帶結構磨損。

3.3.2 解決辦法

出油閥密封錐面磨損輕微，可用優質磨料漿修復，保證密封，出油閥密封錐面磨損嚴重，可用鍍鉻和研磨方法維護，需更換和修復出油閥錐面密封圈，更換和修復減壓環軸向缺口。

3.4 針閥卡死

3.4.1 故障及原因

針閥卡死的原因如下：

柴油產品品質差是主要問題原因;技術管理人員在拆裝高壓控制油路時，有臟物進入油路;噴油嘴偶件清理不徹底;噴油嘴的固定一個螺母擰緊時力矩產生過大。

3.4.2 解決辦法

如果針閥零件磨損嚴重，應對針閥零件進行磨削修復。如果針閥部件燒毀，均勻部件不能使用和修理，應更換，針閥和針閥閥體應成對更換，正確安裝噴油器，避免因針閥堵塞而造成操作不當;選用優質柴油機、過濾器，并定期更換柴油機過濾器和油水分離器過濾器。

4 ?柴油機故障診斷技術展望

4.1 強化關鍵零部件診斷，提高診斷準確性

柴油機零部件的設計非常復雜，對關鍵零部件的診斷可以有效地提高診斷的準確性。例如，在對柴油機的故障問題進行分析診斷時，對傳感器和執行器等零部件的診斷方法非常缺乏必要，關鍵零部位的診斷主要包括企業加速踏板傳感器、冷卻液溫度控制傳感器等，在展開一個關鍵零部位的診斷時也具有中國一定的策略。首先需要進行故障診斷，即檢測電壓值，檢測電壓值是否超過正常范圍，是否在正常范圍的上限或下限以內。在此過程中，要進入故障監測系統進行抖動，然后根據相應的故障模塊進行處理，同時還要注意檢測節氣門傳感器、水溫傳感器和鋼軌壓力傳感器的信號。另外我們還要不斷進行分析合理性以及故障的診斷，也就是對加速踏板傳感器和水溫傳感器的合理性診斷，在這個發展過程中企業主要研究采用的是硬件冗余的方式，通過網絡加速踏板中兩個不同傳感器的電壓來進行工作電壓值的比較能了解油門信號的相關性錯誤。在測試水溫傳感器的合理性時，主要通過比較水溫和燃油溫度來實現。在滿足水溫傳感器合理性條件的情況下，進行試驗，如果在標準時間后水溫高于標定閾值，則柴油機通過絕對可靠性試驗，相反，柴油機可能存在合理故障。

4.2 開發故障診斷儀，提升診斷技術水平

柴油機故障診斷模塊的開發是目前柴油機故障診斷技術研究的一個重要方向，電氣故障可能導致柴油機的故障，因此研究機電故障具有重要意義，通過故障診斷儀器的開發可以提高診斷技術水平。例如，瞬時轉速與失火故障問題都是通過診斷儀的重要資源開發技術方面，尤其是對柴油機而言，這方面的進行研究還有待精進。在柴油機發動機正常運轉的過程中，活塞的上下移動能轉換成一個輸出不同轉速和動力，而瞬時轉速曲線的異常數據變化我們就能用來研究進行分析發動機失火故障的診斷。失火故障主要發生在多缸柴油機上，機械故障的原因有很多。首先是通過機械設備故障所造成的供油系統問題，也就是指當柴油機的汽缸內沒有進行燃油的時候，燃燒會出現一些異常。然后是當柴油機氣缸漏氣時，會導致空氣溫度降低，空氣溫度不能達到點火點，從而導致氣缸容量失效。需要進一步研究各種機械故障的原因，找出哪些氣缸影響柴油機的上下運動，進而找出適合故障診斷的特征值，通過這些特征值，分析柴油機故障的原因，如供油問題或氣缸漏氣問題，瞬時轉速的影響也有很多因素，因此需要從多方面進行分析。

4.3 完善診斷系統測試，保證故障系統排查

診斷信息系統管理功能的測試能幫助學生進行分析故障的有效排查，在這個發展過程中，相應的診斷策略和軟件模塊的應用都能起到重要作用。功能測試可以提高策略和模塊應用的準確性，通過開發診斷系統測試，可以有效地保證故障系統的排除。故障模擬可以幫助故障信號的篩選，例如，通過相應的故障模擬系統可以有效地檢測到油門踏板傳感器信號和溫度傳感器信號，而測試軟件就是由這些組成的，通過設置所需的節氣門電壓信號和相應的水溫狀態可以模擬故障發生，速度信號產生模塊也可以用來設置速度信號波形，從而得到柴油機的主齒輪轉速。在此過程中，輸出模塊和輸入模塊可以有效地模擬故障。例如，對油門的故障分析模擬主要是從故障消抖過程、油門故障和水溫傳感器網絡故障管理等方面問題進行，在對消抖過程可以進行一個模擬時，當電壓只大于上限閾值的時候，故障計數器就會出現超過其他故障信息確認閾值，能更快地發展進行對柴油機故障的確認。

5 ?結束語

隨著我國技術水平的飛速發展，柴油機故障診斷技術也在不斷完善和發展，在實際生產和生活中，電子技術和計算機技術在共軌柴油機故障診斷中的應用為其研究開辟了新的途徑。通過對共軌柴油機故障診斷技術的研究，可以促進共軌柴油機故障診斷技術的應用，推動工業的發展。工業的不斷創新發展使人們生活越來越多地應用和研究柴油機，復雜的技術產業結構也為柴油機故障診斷帶來了新的難題，在這個社會背景環境之下，研究柴油機故障診斷信息技術企業能為更快速、準確地排除故障并為故障診斷學生提供新的途徑，同時通過加強柴油機的應用，提升以及我國的工業生產技術管理水平。因此，從多方面對柴油機進行故障診斷具有重要的研究價值和現實意義。加強對關鍵零位的診斷，可以有效地提高診斷的準確性，故障人員還應加強故障診斷儀器的開發，通過技術水平的提升促進診斷技術的進步，通過網絡技術在診斷技術中的應用更好地利用故障診斷系統，提高故障診斷技術水平的價值。

參考文獻：

[1]操江能，楊閩松.船舶柴油機故障診斷技術探析[J].內燃機與配件，2021（12）：142-143.

[2]楊麗君，許剛.柴油機尾氣后處理系統故障診斷與優化[J].農機使用與維修，2021（06）：93-94.

[3]尤艷忠.柴油機曲軸斷裂故障診斷與預防措施[J].南方農機，2021，52（10）：104，107.

[4]魯鵬.基于多域值振動分析及神經網絡的柴油機失火故障診斷方法[J].山東工業技術，2021（02）：111-118.

[5]李忠慶，顧長江.柴油機啟動困難故障分析與排除方法[J].中國設備工程，2021（07）：76-77.

[6]陳智君，周小康，余永華.船用中速柴油機故障診斷技術研究[J].中國修船，2021，34（02）：20-24.

[7]張宏春.柴油機拉缸故障的診斷排除與機理分析[J].設備管理與維修，2021（06）：28-29.