柴油发电机转速传感器的故障试验分析

摘要：在研究时间控制式喷油系统信号特点和相位关系的基础上，设计了柴油发电机转速传感器失效检测的逻辑和算法，包括自检、互检和解耦三部分，以实现转速故障的识别。开发了由MC68376和可编程复杂逻辑器件组成的柴油发电机故障处理系统，用以识别故障和切换转速信号。在单体泵柴油发电机上进行试验研究，验证了诊断逻辑和故障处理算法的合理性，表明采用所述策略可实现跛行控制。

1、无凸轮轴信号起动

试验前将凸轮轴传感器拔去，诊断系统按照设计的凸轮轴故障检测算法和后处理算法，在起动过程中对凸轮信号进行自检和互检。凸轮轴互检速度与曲轴转速有关(取决于单位时间内曲轴齿号与凸轮轴齿号不匹配的次数)，当起动经历多个工作循环后，互检结果计数值迅速增加立即得到互检结果。而自检结果认定受最小检测时间的限制，故比互检认定的要晚。当两者同时满足时，根据基于故障持续时间的故障认定方法，在几个循环内故障无法消除，即认定故障发生，并锁定曲轴检测程序。

故障认定后，诊断系统利用曲轴转速判断柴油发电机的发火时序。由于图6中柴油发电机转速始终低于设定的300 r/min，因此用于判断发火顺序的计数值逐渐减少。如果一段时间内柴油发电机转速仍未满足条件，则在10 s处由诊断系统通知CPLD对合成的凸轮轴信号进行切换。虽然信号实现了切换但柴油发电机起燃仍需一段时间，因此在图中11 s处计数值还会减小几次。最终当起动成功后，发火时序被锁定。

故障认定时间与发火时序确认时间均导致柴油发电机起动时间过长，其中发火时序确认时间大约为6~7 s。该参数应随起动条件(环境温度)的变化而改变，一味地减小确认时间会导致循环判缸的出现，从而不利于起动。

2、运行中凸轮轴传感器失效

柴油发电机稳定在1 200 r/min，100 N&m工况点时，直接取掉凸轮轴传感器，转速、供油持续期与故障标志的关系见图7。由于在起动后已将正确的凸轮轴信号锁定，所以运行过程中拔掉凸轮轴信号传感器不需再进行发火时序判断;且供油信号由柴油发电机控制器根据曲轴信号产生，在曲轴信号正常的条件下供油脉冲并不受影响(见图7)。故障发生后转速采集通道发生切换，柴油发电机控制系统对曲轴转速计算与凸轮轴转速计算处理方式不同，导致控制中被控对象状态(转速采样值)发生细微波动，因此油量发生略微改变，进而导致柴油发电机实际转速产生变化。

在正常状态下，控制器默认采用凸轮轴信号，并通过CA N总线上传柴油发电机转速，所以在故障认定前，监控界面中转速不会被更新，如图7中6~7 s处。由于故障发生时转速较高，因此可立即得到互检结果。

3、无曲轴信号起动

该故障条件下，起动过程不需要进行判缸，因此起动时间较短;但供油信号有赖于曲轴信号产生，当曲轴传感器失效后存在故障认定和信号通道切换的时间，所需起动时间将大于无故障时的起动时间，两者相差3秒。

起动时曲轴故障检测较凸轮轴检测速度要快，这是因为曲轴信号盘齿数较多，信号脉冲间隔较小，可在较短时间内判断有无曲轴脉冲。考虑到互检受

凸轮轴转速的限制(在凸轮轴信号中断中判断)，图8中曲轴故障互检结果比自检结果出现的要晚。

4、运行中曲轴传感器失效

柴油发电机稳定在1200 r/min，300N&m工况点时拔去曲轴传感器，柴油发电机转速，供油持续期与故障标志关系。

供油脉冲依靠曲轴位置信号产生，当信号丢失时虽然控制器计算出的供油持续期在增加，但实际上并无控制信号输出，单体泵无法供油，柴油发电机短时丧失做功能力，因此图9中转速突然下降100 r/min左右。由于判断的延迟，造成了柴油发电机转速的突变，因此该后处理策略有待进一步完善。