柴油机智能故障诊断毕业论文

基于OSA-CBM标准的机械故障诊断系统研究

作者：姜广伟

摘要：一、OSA-CBM标准概述OSA-CBM继承了已被全球很多国家认可的ISO-13374标准,并做出了更大的完善。该标准定义了状态检测系统的六大功能模块,并进一步规范了各个模块的输入和输出模式、接口方式和数据结构等。这六个模块分别是数据获取模块、数据处理模块、状态检测模块、状态评估模块、预测模块和生成建议模块,以上顺序是由低到高排列的。除了处理数据类型、显示结果和

关键词：标准定义 故障诊断系统 状态检测系统 功能模块 机械 数据处理模块 CBM OSA

DOI： CNKI:SUN:HNKJ.0.2012-23-044

年份： 2012

范文来源：学术堂

神经网络的是我的毕业论文的一部分4．人工神经网络人的思维有逻辑性和直观性两种不同的基本方式。逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程；它先将信息化成概念，并用符号表示，然后，根据符号运算按串行模式进行逻辑推理。这一过程可以写成串行的指令，让计算机执行。然而，直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来，结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。 人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统，其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单，功能有限，但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。4.1人工神经网络学习的原理人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习，然后才能工作。现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明，规定当“A”输入网络时，应该输出“1”，而当输入为“B”时，输出为“0”。 所以网络学习的准则应该是：如果网络做出错误的判决，则通过网络的学习，应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先，给网络的各连接权值赋予(0，1)区间内的随机值，将“A”所对应的图像模式输入给网络，网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算，得到网络的输出。在此情况下，网络输出为“1”和“0”的概率各为50%，也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确)，则使连接权值增大，以便使网络再次遇到“A”模式输入时，仍然能做出正确的判断。 如果输出为“0”(即结果错误)，则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整，其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时，减小犯同样错误的可能性。如此操作调整，当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后，经过网络按以上学习方法进行若干次学习后，网络判断的正确率将大大提高。这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功，它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时，能够做出迅速、准确的判断和识别。一般说来，网络中所含的神经元个数越多，则它能记忆、识别的模式也就越多。4.2人工神经网络的优缺点人工神经网络由于模拟了大脑神经元的组织方式而具有了人脑功能的一些基本特征，为人工智能的研究开辟了新的途径，神经网络具有的优点在于:（1）并行分布性处理因为人工神经网络中的神经元排列并不是杂乱无章的，往往是分层或以一种有规律的序列排列，信号可以同时到达一批神经元的输入端，这种结构非常适合并行计算。同时如果将每一个神经元看作是一个小的处理单元，则整个系统可以是一个分布式计算系统，这样就避免了以往的“匹配冲突”，“组合爆炸”和“无穷递归”等题，推理速度快。（2）可学习性一个相对很小的人工神经网络可存储大量的专家知识，并且能根据学习算法，或者利用样本指导系统来模拟现实环境(称为有教师学习)，或者对输入进行自适应学习(称为无教师学习)，不断地自动学习，完善知识的存储。（3）鲁棒性和容错性由于采用大量的神经元及其相互连接，具有联想记忆与联想映射能力，可以增强专家系统的容错能力，人工神经网络中少量的神经元发生失效或错误，不会对系统整体功能带来严重的影响。而且克服了传统专家系统中存在的“知识窄台阶”问题。（4）泛化能力人工神经网络是一类大规模的非线形系统，这就提供了系统自组织和协同的潜力。它能充分逼近复杂的非线形关系。当输入发生较小变化，其输出能够与原输入产生的输出保持相当小的差距。（5）具有统一的内部知识表示形式，任何知识规则都可以通过对范例的学习存储于同一个神经网络的各连接权值中，便于知识库的组织管理，通用性强。虽然人工神经网络有很多优点，但基于其固有的内在机理，人工神经网络也不可避免的存在自己的弱点:（1）最严重的问题是没能力来解释自己的推理过程和推理依据。（2）神经网络不能向用户提出必要的询问，而且当数据不充分的时候，神经网络就无法进行工作。（3）神经网络把一切问题的特征都变为数字，把一切推理都变为数值计算，其结果势必是丢失信息。（4）神经网络的理论和学习算法还有待于进一步完善和提高。4.3神经网络的发展趋势及在柴油机故障诊断中的可行性神经网络为现代复杂大系统的状态监测和故障诊断提供了全新的理论方法和技术实现手段。神经网络专家系统是一类新的知识表达体系，与传统专家系统的高层逻辑模型不同，它是一种低层数值模型，信息处理是通过大量的简单处理元件(结点) 之间的相互作用而进行的。由于它的分布式信息保持方式，为专家系统知识的获取与表达以及推理提供了全新的方式。它将逻辑推理与数值运算相结合，利用神经网络的学习功能、联想记忆功能、分布式并行信息处理功能，解决诊断系统中的不确定性知识表示、获取和并行推理等问题。通过对经验样本的学习，将专家知识以权值和阈值的形式存储在网络中，并且利用网络的信息保持性来完成不精确诊断推理，较好地模拟了专家凭经验、直觉而不是复杂的计算的推理过程。但是，该技术是一个多学科知识交叉应用的领域，是一个不十分成熟的学科。一方面，装备的故障相当复杂;另一方面，人工神经网络本身尚有诸多不足之处:（1）受限于脑科学的已有研究成果。由于生理实验的困难性，目前对于人脑思维与记忆机制的认识还很肤浅。（2）尚未建立起完整成熟的理论体系。目前已提出了众多的人工神经网络模型，归纳起来，这些模型一般都是一个由结点及其互连构成的有向拓扑网，结点间互连强度所构成的矩阵，可通过某种学习策略建立起来。但仅这一共性，不足以构成一个完整的体系。这些学习策略大多是各行其是而无法统一于一个完整的框架之中。（3）带有浓厚的策略色彩。这是在没有统一的基础理论支持下，为解决某些应用，而诱发出的自然结果。（4）与传统计算技术的接口不成熟。人工神经网络技术决不能全面替代传统计算技术，而只能在某些方面与之互补，从而需要进一步解决与传统计算技术的接口问题，才能获得自身的发展。虽然人工神经网络目前存在诸多不足，但是神经网络和传统专家系统相结合的智能故障诊断技术仍将是以后研究与应用的热点。它最大限度地发挥两者的优势。神经网络擅长数值计算，适合进行浅层次的经验推理;专家系统的特点是符号推理，适合进行深层次的逻辑推理。智能系统以并行工作方式运行，既扩大了状态监测和故障诊断的范围，又可满足状态监测和故障诊断的实时性要求。既强调符号推理，又注重数值计算，因此能适应当前故障诊断系统的基本特征和发展趋势。随着人工神经网络的不断发展与完善，它将在智能故障诊断中得到广泛的应用。根据神经网络上述的各类优缺点，目前有将神经网络与传统的专家系统结合起来的研究倾向，建造所谓的神经网络专家系统。理论分析与使用实践表明，神经网络专家系统较好地结合了两者的优点而得到更广泛的研究和应用。离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别，它不是利用汽缸容积减小的方式来提高汽体的压力，而是依靠动能的变化来提高汽体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动汽体运动或者使汽体得到动能，然后使部分动能转化为压力能从而提高汽体的压力。这种压缩机由于它工作时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去，所以称这种型式的压缩机为离心式压缩机。其中根据压缩机中安装的工作轮数量的多少，分为单级式和多级式。如果只有一个工作轮，就称为单级离心式压缩机，如果是由几个工作轮串联而组成，就称为多级离心式压缩机。在空调中，由于压力增高较少，所以一般都是采用单级，其它方面所用的离心式制冷压缩机大都是多级的。单级离心式制冷压缩机的构造主要由工作轮、扩压器和蜗壳等所组成。 压缩机工作时制冷剂蒸汽由吸汽口轴向进入吸汽室，并在吸汽室的导流作用引导由蒸发器(或中间冷却器)来的制冷剂蒸汽均匀地进入高速旋转的工作轮3(工作轮也称叶轮，它是离心式制冷压缩机的重要部件，因为只有通过工作轮才能将能量传给汽体)。汽体在叶片作用下，一边跟着工作轮作高速旋转，一边由于受离心力的作用，在叶片槽道中作扩压流动，从而使汽体的压力和速度都得到提高。由工作轮出来的汽体再进入截面积逐渐扩大的扩压器4(因为汽体从工作轮流出时具有较高的流速，扩压器便把动能部分地转化为压力能，从而提高汽体的压力)。汽体流过扩压器时速度减小，而压力则进一步提高。经扩压器后汽体汇集到蜗壳中，再经排气口引导至中间冷却器或冷凝器中。 二、离心式制冷压缩机的特点与特性 离心式制冷压缩机与活塞式制冷压缩机相比较，具有下列优点： (1)单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小，占地面积少，重量较活塞式轻5～8倍。 (2)由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低。 (3)工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能。 (4)能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大。 (5)对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。 (6)由于适宜采用分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量，一般都在25～30万大卡／时以上。如制冷量太少，则要求流量小，流道窄，从而使流动阻力大，效率低。但近年来经过不断改进，用于空调的离心式制冷压缩机，单机制冷量可以小到10万大卡／时左右。 制冷与冷凝温度、蒸发温度的关系。 由物理学可知，回转体的动量矩的变化等于外力矩，则 T=m(C2UR2-C1UR1) 两边都乘以角速度ω，得 Tω=m(C2UωR2-C1UωR1) 也就是说主轴上的外加功率N为： N=m(U2C2U-U1C1U) 上式两边同除以m则得叶轮给予单位质量制冷剂蒸汽的功即叶轮的理论能量头。 U2 C2 ω2 C2U R1 R2 ω1 C1 U1 C2r β 离心式制冷压缩机的特性是指理论能量头与流量之间变化关系，也可以表示成制冷 W=U2C2U-U1C1U≈U2C2U （因为进口C1U≈0） 又C2U=U2-C2rctgβ C2r=Vυ1/(A2υ2) 故有 W= U22(1- Vυ1 ctgβ) A2υ2U2 式中：V—叶轮吸入蒸汽的容积流量（m3/s） υ1υ2 ——分别为叶轮入口和出口处的蒸汽比容（m3/kg） A2、U2—叶轮外缘出口面积(m2)与圆周速度(m/s) β—叶片安装角 由上式可见，理论能量头W与压缩机结构、转速、冷凝温度、蒸发温度及叶轮吸入蒸汽容积流量有关。对于结构一定、转速一定的压缩机来说，U2、A2、β皆为常量，则理论能量头W仅与流量V、蒸发温度、冷凝温度有关。 按照离心式制冷压缩机的特性，宜采用分子量比较大的制冷剂，目前离心式制冷机所用的制冷剂有F—11、F—12、F—22、F—113和F—114等。我国目前在空调用离心式压缩机中应用得最广泛的是F—11和F—12，且通常是在蒸发温度不太低和大制冷量的情况下，选用离心式制冷压缩机。此外，在石油化学工业中离心式的制冷压缩机则采用丙烯、乙烯作为制冷剂，只有制冷量特别大的离心式压缩机才用氨作为制冷剂。 三、离心式制冷压缩机的调节 离心式制冷压缩机和其它制冷设备共同构成一个能量供给与消耗的统一系统。制冷机组在运行时，只有当通过压缩机的制冷剂的流量与通过设备的流量相等时，以及压缩机所产生的能量头与制冷设备的阻力相适应时，制冷系统的工况才能保持稳定。但是制冷机的负荷总是随外界条件与用户对冷量的使用情况而变化的，因此为了适应用户对冷负荷变化的需要和安全经济运行，就需要根据外界的变化对制冷机组进行调节，离心式制冷机组制冷量的调节有：1°改变压缩机的转速；2°采用可转动的进口导叶；3°改变冷凝器的进水量；4°进汽节流等几种方式，其中最常用的是转动进口导叶调节和进汽节流两种调节方法。所谓转动进口导叶调节，就是转动压缩机进口处的导流叶片以使进入到叶轮去的汽体产生旋绕，从而使工作轮加给汽体的动能发生变化来调节制冷量。所谓进汽节流调节，就是在压缩机前的进汽管道上安装一个调节阀，如要改变压缩机的工况时，就调节阀门的大小，通过节流使压缩机进口的压力降低，从而实现调节制冷量。离心式压缩机制冷量的调节最经济有效的方法就是改变进口导叶角度，以改变蒸汽进入叶轮的速度方向(C1U)和流量V。但流量V必须控制在稳定工作范围内，以免效率下降。

共轨柴油机跛行回家故障的原因分析和排除论文

在平时的学习、工作中，大家都不可避免地要接触到论文吧，论文对于所有教育工作者，对于人类整体认识的提高有着重要的意义。那么，怎么去写论文呢？以下是我帮大家整理的共轨柴油机跛行回家故障的原因分析和排除论文，仅供参考，大家一起来看看吧。

摘要：

通过对BOSCH共轨柴油机工作原理的研究分析，了解“跛行回家”故障形成原因的种类，采用共轨柴油机的故障诊断法进行逐步排除，最终确定具体故障，恢复发动机功率。

关键词:

共轨柴油机; 跛行; 故障原因; 排除; 传感器; 功率; 燃油系统

引言

由于近年来国家对环境保护的重视，引发了潍柴发动机的变革，即提高尾气排放的标准，由原来国二提高到国三排放标准。潍柴国三发动机就是在国二发动机的基础上，对燃油喷油技术进行改进，采用现代共轨式电控燃油喷射技术取代传统的纯机械操纵式喷油技术，通过共轨直接或间接地形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的高速电磁阀的开启与闭合，定时、定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的'点火时间、足够的点火能量和最少的污染排放，以达到国家对尾气排放的要求。

对新的潍柴国三发动机现代电控喷油技术的应用，发动机的故障原因必然发生变化，新的故障现象也随之产生，“跛行回家”故障就是其常见故障之一。“跛行回家”功能是装有国三电控高压共轨柴油机车辆设计上别具特色功能之一，即在车辆行驶中，当发动机电控系统的某些元件因出现故障而失效后，多数情况下发动机不会停机，而是进入降级模式，发动机仍维持运转，只是输出功率受到限制。据统计，新车出厂运行25000KM至30000KM后，若燃油系统保养不到位，就很容易出现跛行回家故障；按100台车辆统计，可占到20%左右。笔者就在工作中遇到的“跛行回家”故障进行原因分析和排除。

1. 故障现象

装有潍柴国三电控高压共轨柴油机的重型卡车在行驶中，驾驶员踩下加速踏板后，突然觉得发动机加速性能不良，观察仪表盘，发现最高转速只能达到1500r/min，松开加速踏板后发动机不熄火，且怠速运转正常，再踩下加速踏板至最大位置，发动机转速还是只能达到1500r/min，时好时坏。此时仪表盘上的发动机故障指示灯点亮，发动机无法输出与燃油燃烧等量的动力，车辆只能低速行驶，限制了车辆的正常工作性能。

2. 工作原理及故障原因分析

2.1.工作原理

潍柴国三电控发动机采用的是BOSCH电控高压共轨燃油系统。该系统要求车辆在行驶中，当发动机电控系统的某些元件因出现故障而失效后，发动机电子控制单元（ECU）不会发出停机信号，而是进入降级模式，发动机仍维持运转，只是输出功率受到限制。此时，电子控制单元（ECU）采用“跛行回家”控制策略替代驾驶员发出的加速踏板指令，失效的传感器参数会被ECU用缺省值代替，发动机在转速受到限制的情况下继续运行，从而确保车辆能行驶到维修站检修，或者通过远程网络得到厂家技术专家的诊断支持。

2.2.故障原因分析

该故障的主要原因是相关的传感器、油路、ECU故障,特殊原因是修正ECU指令输出的相关传感器故障。

2.2.1.传感器问题:曲轴位置传感器损坏、凸轮轴位置传感器损坏、轨压传感器损坏、增压压力传感器损坏时,会引起跛行回家故障。

2.2.2.油路问题:油路包括低压油路、高压油路、喷油器。低压油路进油阻塞,进油不足以及回油管路被压到时能引起跛行回家故障模式;高压油路泄漏、流量计量单元故障、高压油泵损坏、喷油器进油口泄漏或者喷油器针阀卡死、接线故障等同样能引起跛行回家故障。

2.2.3. ECU数据问题:由于现在数据管理还存在或多或少的问题,EOL工具的刷写功能还有不完善的地方,在极少数情况下不免出现刷错数据的现象。这样就有可能造成ECU内部控制逻辑错误引起发动机跛行。

2.2.4.相关传感器：当水温度、机油温度、进气温过高时，EUC会自动启动过热保护功能，限制发动机功率，使发动机进入跛行模式，这点主要是从安全因素考虑而设计，与BOSCH电控共轨柴油机的喷油系统设计无关联而被多数维修人员忽视。

3. 故障排除及效果

3.1.故障排除方法

根据国三电控柴油发动机故障诊断的基本方法，通过故障诊断灯读出闪码，查阅相应维修手册和用故障诊断仪读出故障码等方式了解故障原因和故障部位。

3.1.1.故障诊断灯法：当车出现故障时，可以通过整车仪表盘上的闪码灯读出闪码，参照闪码表初步判断错误原因。

3.1.2.故障诊断仪。故障诊断仪可读出发动机的动态数据流，根据各数据流对照正常参数进行较进一步的判断故障部位。

3.1.3.根据闪码和故障码确定的故障原因和部位，由易到难再视具体情况进行分步排除。

3.2.故障常见原因的排除措施。

3.2.1.同步信号出错。

3.2.5.ECU故障更换新的EUC即可。

3.3.故障特殊原因的排除措施。

参考BOSCH电控高压共轨系统工作原理，按照上述故障常见原因的排除措施的步骤，逐步进行原因排除后发现，喷油系统相关联的传感器、油路、EUC都完好时应考虑从水温度传感器、机油温度传感器、进气温度传感器等修正ECU输出指令的特殊原因排除故障。

3.4.效果

用分析、排除法，参照以上故障原因的步骤由上至下逐步确定故障部位和原因，再根据相应的故障原因的排除措施进行具体问题的排除，最终发现：水管密封环磨损，漏人空气，导致冷却水温度升高而使发动机进入跛行回家模式运行。更换水管密封环，排净水循环内的空气，发动机温度下降到正常行驶温度，EUC自动解除跛行回家模式的指令，发动机恢复正常行驶的功能，发动机转速可以线性提升，即输出功率随着加速踏板的开度加大而直线上升。

4.结语

通过对BOSCH共轨柴油机工作原理及其故障诊断方法的学习和掌握，分析出造成共轨柴油机“跛行回家”故障的原因主要是相关的传感器、油路、ECU和修正ECU指令输出的相关传感器出现问题。采用读出故障灯、解码仪数据进行分析、排除等方法，针对故障部位的元件、线束进行由易到难的逐步分析，确定具体故障。对具体故障进行拆卸、清洗、更换，最终解决问题。跛行回家模式解除后，发动机恢复正常行驶的功能，发动机转速可以线性提升，即输出功率随着加速踏板的开度加大而直线上升。