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1、(10)申请公布号 CN 102809480 A (43)申请公布日 2012.12.05 C N 1 0 2 8 0 9 4 8 0 A *CN102809480A* (21)申请号 201110148117.0 (22)申请日 2011.06.03 G01M 13/00(2006.01) G01B 7/02(2006.01) (71)申请人北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人刘兴华 刘福水 吴文锋 陈宇航 于雷 王道静 (74)专利代理机构北京理工大学专利中心 11120 代理人李爱英 高燕燕 (54) 发明名称 一种用于监测单体泵滑阀运动状况的。
2、方法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于监测单体泵滑阀运动 状况的方法，即在单体泵中电磁阀的金属滑阀下 方设置一个电涡流传感器，当电磁阀处于断开状 态时，电涡流传感器与金属滑阀靠近但不接触； 监测时，向电磁阀提供控制信号令电磁阀的金属 滑阀按设定频率进行往复运动，利用电涡流传感 器获取滑阀与电涡流传感器之间的距离，进而得 到滑阀的运动距离随时间的变化过程；根据获得 的滑阀的运动距离随时间的变化过程判定单体泵 滑阀的运动状况。通过观察本方法所获得的滑阀 运动状况可以快速确定故障所在，从而采取有效 措施，避免造成损失。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图4页 (19)中华人。
3、民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/2页 2 1.一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：在单体泵中电磁阀的金属 滑阀下方设置一个电涡流传感器，当电磁阀处于断开状态时，电涡流传感器与金属滑阀靠 近但不接触； 监测时，向电磁阀提供控制信号令电磁阀的金属滑阀按设定频率进行往复运动，利用 电涡流传感器获取滑阀与电涡流传感器之间的距离，进而得到滑阀的运动距离随时间的变 化过程； 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况。 2.如权利要求1所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 利用电涡流传感器获取滑阀。
4、与电涡流传感器之间的距离，包括： 向电涡轮传感器输入固定频率振幅的正弦交流信号，采集电涡轮传感器输出的表现电 涡流场扰动的输出信号； 将电涡轮传感器的输入信号截取正半轴或负半轴信号，进行均值采样处理得到均值 J1，将电涡轮传感器的输出信号相应截取正半轴或负半轴信号，进行均值采样处理得到均 值J2，计算输入信号均值J1和输出信号均值J2之间的差值，根据预设的差值与滑阀和 电涡流传感器之间的距离的对应关系，换算出差值对应的滑阀与电涡流传感器之间的 距离。 3.如权利要求1所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况包括： 设滑阀的最大。
5、运动距离为D，设燃油通道完全接通时滑阀的运动距离为d2，设燃油通 道刚刚完全封闭时滑阀的运动距离为d1； 当滑阀的运动范围大于d1d2的范围时，判定单体泵正常工作。 4.如权利要求3所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤进一步包括： 若滑阀运动曲线的波动幅度小于aD，a为设定值，则判定滑阀被卡住。 5.如权利要求4所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤进一步包括： 若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d2的最大距离小于bD，b为设定值，则判定被 卡住。
6、的原因之一为电磁阀故障。 6.如权利要求4所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤进一步包括： 若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d1的最大距离小于bD，b为设定值，则判定被 卡住的原因之一为回位装置故障。 7.如权利要求1所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤包括：若滑阀的往复运动频率 与电磁阀的控制信号频率不一致，则判定电磁阀对滑阀的控制存在故障。 8.如权利要求1所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 根据获得的所述变化过。
7、程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤包括：由滑阀的运动距离随时 间的变化过程求导获得滑阀的运动速度变化过程。 9.如权利要求1所述的一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，其特征在于：所述 权 利 要 求 书CN 102809480 A 2/2页 3 根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况的步骤包括：由滑阀的运动距离随时 间的变化过程，再根据已知的滑阀质量和燃油通道横截面积，计算出滑阀所受力、燃油流通 面积的变化过程。 权 利 要 求 书CN 102809480 A 1/4页 4 一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法 技术领域 0001 本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种用于监测单体泵滑。
8、阀运动状况的方 法。 背景技术 0002 随着科技的发展，现代柴油机对供油系统压力的需求越来越高，单体泵技术是满 足该需要的主要技术手段之一。目前电控单体泵技术已经被广泛应用。 0003 图1所示为一种常见的单体泵结构示意图，油的流向为从右至左。图中柱塞6在 凸轮7的推动下进行上下方向的往复运动，当滑阀封闭高压油腔1和低压油腔3之间连接 通道即燃油通道时，高压油腔1内的燃油在柱塞6的推挤作用下，被压缩产生极高压力。当 压力达到克服喷油器针阀的开启压力时，喷油器便开始向外喷油。 0004 由于柱塞快速进行往复运动，喷油器开启所需的高压便是由此压缩燃油产生的。 溢流阀滑阀是保障高压产生的关键部件，。
9、发生故障的可能性较高。在单体泵的实际运行中， 若发生故障，按照现有条件和设备，在对各部分进行故障诊断分析时，缺少一种简便易行的 方法来区分是低压油泵处出现故障或是其它位置出现问题，因此需要一种快速简便的方法 来确定排除故障。 0005 另外，在单体泵的研发过程中，需要进行多轮样件试制过程，虽然在设计之初便已 经进行了详细周密的理论计算，但仍需要有实际的实验数据来检验该设计是否达到设计指 标，目前对单体泵内部的运动件(主要指滑阀部分)实际运行情况难以获得。若能获得滑 阀运动速度、加速度等动态特性，可以据此计算出瞬时供油量等关键参数，这对于单体泵的 开发设计效率和可靠性有着十分重要的意义。 发明内。
10、容 0006 有鉴于此，本发明提供了一种用于监测单体泵滑阀运动状况的方法，能够快速简 便的区分出是低压油泵处出现故障或是其它位置出现问题，而且能够得到滑阀部分实际运 行情况，这对于单体泵的开发设计效率和可靠性有着十分重要的意义。 0007 本发明包括以下步骤： 0008 1.在单体泵中电磁阀的金属滑阀下方设置一个电涡流传感器，当电磁阀处于断开 状态时，电涡流传感器与金属滑阀靠近但不接触； 0009 2.监测时，向电磁阀提供控制信号令电磁阀的金属滑阀按设定频率进行往复运 动，利用电涡流传感器获取滑阀与电涡流传感器之间的距离，进而得到滑阀的运动距离随 时间的变化过程； 0010 其中利用电涡流传感。
11、器获取滑阀与电涡流传感器之间的距离的具体方法为：向电 涡轮传感器输入固定频率振幅的正弦交流信号，采集电涡轮传感器输出的表现电涡流场扰 动的输出信号；将电涡轮传感器的输入信号截取正半轴或负半轴信号，进行均值采样处理 得到均值J1，将电涡轮传感器的输出信号相应截取正半轴或负半轴信号，进行均值采样处 说 明 书CN 102809480 A 2/4页 5 理得到均值J2，计算输入信号均值J1和输出信号均值J2之间的差值，根据预设的差值 与滑阀和电涡流传感器之间的距离的对应关系，换算出差值对应的滑阀与电涡流传感 器之间的距离。 0011 3.根据获得的所述变化过程判定单体泵滑阀的运动状况包括以下几种情况。
12、： 0012 首先设滑阀的最大运动距离为D，设燃油通道完全接通时滑阀的运动距离为d2， 设燃油通道刚刚完全封闭时滑阀的运动距离为d1； 0013 (1)当滑阀的运动范围大于d1d2的范围时，判定单体泵正常工作。 0014 (2)若滑阀运动曲线的波动幅度小于aD，a为设定值，则判定滑阀被卡住。 0015 (3)若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d2的最大距离小于bD，b为设定值， 则判定被卡住的原因之一为电磁阀故障。 0016 (4)若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d1的最大距离小于bD，b为设定值， 则判定被卡住的原因之一为回位装置故障。 0017 (5)若滑阀的往复运动频率与电磁阀的控制信号频率不。
13、一致，则判定电磁阀对滑 阀的控制存在故障。 0018 (6)由滑阀的运动距离随时间的变化过程求导获得滑阀的运动速度变化过程。 0019 (7)由滑阀的运动距离随时间的变化过程，再根据已知的滑阀质量和燃油通道横 截面积，计算出滑阀所受力、燃油流通面积的变化过程。 0020 有益效果： 0021 1.本方法具有不干扰单体泵正常运作、使用方便的优点； 0022 2.在单体泵运行过程中发生故障时，通过观察本方法所获得的滑阀运动状况可以 快速确定故障所在，从而采取有效措施，避免造成损失； 0023 3.根据滑阀的运动距离随时间的变化过程，求导可以得知滑阀的运动速度变化过 程；加上滑阀质量和燃油通道横截面。
14、积等已知条件，可以计算出滑阀所受力、燃油流通面积 的变化过程。通过燃油流通面积的变化过程则可以推算出该单体泵的单次循环内高压腔的 进油量，这些对于单体泵的设计研发来说是具有重要的指导意义。 附图说明 0024 图1为一种较为常见的单体泵结构示意图。 0025 图2为电涡流传感器工作原理示意图。 0026 图3为本发明中电涡流传感器安装位置示意图，图中A为滑阀，B为滑阀套，C为传 感器； 0027 图4是针对图1中的一种较为常见的单体泵结构的具体实施方式示意图。 0028 图5是单体泵系统正常工作情况下滑阀动态曲线示意图； 0029 图6是滑阀被卡住情况下滑阀动态曲线示意图； 0030 图7是滑。
15、阀未能正常上移的示意图； 0031 图8是滑阀未能正常回位的示意图； 0032 图9所示为滑阀往复运动频率与电磁阀控制信号频率一致情况示意图； 0033 图10所示为滑阀往复运动频率与电磁阀控制信号频率不一致的一种可能情况示 意图。 说 明 书CN 102809480 A 3/4页 6 0034 1-高压油腔、2-衔铁、3-低压油腔、4-阀套、5-金属滑阀、6-柱塞、7-涡轮、8-电 涡轮传感器、9-输出装置 具体实施方式 0035 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。 0036 本发明利用电涡流传感器工作原理，提供了一种用于监测单体泵滑阀运动状况的 方法。 0037 下面首先对电涡。
16、流传感器工作原理进行简单说明，如图2：当金属导体处于交变 磁场中时，导体表面就会产生感应电流，这种电流在导体中是自行闭合的，像水中漩涡那样 在导体内旋状，所以称之为电涡流或者涡流。电涡流的产生必然要消耗一部份能量，从而使 产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象就称为涡流效应。根据此涡流效应而制成的 传感器，我们就称之为电涡流传感器。 0038 电涡流检测技术是无损检测技术中的一种。与其他类型的位移传感器相比，电涡 流传感器具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰能 力强、不受油污影响、结构简单等优点，因此目前被广泛应用。 0039 滑阀5(见图1)运动的特点是。
17、速度极快、行程极短(一般为10 -1 mm量级)，且是保 证压缩燃油产生高压的关键部件，发生故障可能性较高。为能够在单体泵运行时监控该滑 阀的工作过程，在图3中所示C处位置，安装电涡流传感器检测该滑阀运动。从以上所述 的电涡流传感器工作原理可知，电涡流传感器只对可被电涡流场所影响的金属部件的运动 产生感应；虽然在单体泵内部充满了大量的流动燃油，但是这对电涡流传感器的工作并不 会造成干扰；同理，虽然在传感器附近存在大量金属部件，但除滑阀外均未发生运动，虽会 对电涡流场产生一定的影响，但传感器对运动金属的感应作用不会因此受到干扰；对于非 运动金属对磁场所产生的影响，可以在传感器及泵体制造完成后进行。
18、校准或匹配标定来解 决。 0040 该方法包括以下步骤： 0041 1.首先在单体泵中电磁阀的金属滑阀下方设置一个电涡流传感器，当电磁阀处于 断开状态时，电涡流传感器与金属滑阀靠近但不接触； 0042 2.监测时，如图4所示：向电磁阀提供控制信号令电磁阀的金属滑阀5随衔铁2按 设定频率高速进行往复运动，所述的设定频率可以是固定频率，也可以是可变频率，金属滑 阀5运动后，电涡流传感器的电涡流场产生扰动，电涡流传感器8将电涡流场扰动以电信号 的形式传输给信号输出装置9，信号输出装置将电信号以电压振幅的变化形式输出；利用 输出的信号获取滑阀与电涡流传感器之间的距离，进而得到滑阀的运动距离随时间的变化。
19、 过程； 0043 其中所述利用电涡流传感器测距离为正在被广泛研究的技术，本发明采用的具体 方法为：向电涡轮传感器输入固定频率振幅的正弦交流信号，采集电涡轮传感器输出的表 现电涡流场扰动的输出信号；将电涡轮传感器的输入信号截取正半轴或负半轴信号，进行 均值采样处理得到均值J1，将电涡轮传感器的输出信号相应截取正半轴或负半轴信号(即 当电涡轮传感器的输入信号截取正半轴时，电涡轮传感器的输出信号相应截取正半轴信 号；当电涡轮传感器的输入信号截取负半轴时，电涡轮传感器的输出信号相应截取负半轴 说 明 书CN 102809480 A 4/4页 7 信号)，进行均值采样处理得到均值J2，计算输入信号均值。
20、J1和输出信号均值J2之间的差 值，根据预设的差值与滑阀和电涡流传感器之间的距离的对应关系，换算出差值对应 的滑阀与电涡流传感器之间的距离； 0044 其中对应关系的建立可采用以下几种方法：(1).建立差值与距离之间的对应关 系表；(2).将差值与距离进行线性拟合获取对应关系；(3).利用神经网络获取差值与距离 的对应关系； 0045 3.根据获得的差值与距离的对应关系判定单体泵滑阀的运动状况，包括以下几种 情况： 0046 首先设滑阀的最大运动距离为D，设燃油通道完全接通时滑阀的运动距离为d2， 设燃油通道刚刚完全封闭时滑阀的运动距离为d1； 0047 (1)如图5所示，当滑阀的运动范围大于。
21、d1d2的范围时，判定单体泵正常工作。 0048 (2)若滑阀运动曲线的波动幅度小于aD，a为设定值，则判定滑阀被卡住，如 图6所示，本实施例中a取0.2。 0049 (3)若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d2的最大距离小于bD，b为设定值， 则判定被卡住的原因之一为电磁阀故障，如图7所示，本实施例中b取0.2。 0050 (4)若滑阀运动曲线的各峰值距离位置d1的最大距离小于bD，b为设定值， 则判定被卡住的原因之一为回位装置故障，如图8所示，本实施例中b取0.2。 0051 (5)若滑阀的往复运动频率与电磁阀的控制信号频率不一致，则判定电磁阀对滑 阀的控制存在故障。 0052 如图9为频率一。
22、致示意图，则判定电磁阀对滑阀的控制正常；若滑阀的往复运动 频率与电磁阀的控制信号频率不一致，图10为两频率不一致的一种可能情况示意图，两者 频率不一致则可知电磁阀对滑阀的控制存在问题，在排除电磁阀和回位装置故障的情况 下，可能是由于阀套4被拉伤所致。 0053 (6)由滑阀的运动距离随时间的变化过程求导获得滑阀的运动速度变化过程；由 滑阀的运动距离随时间的变化过程，再根据已知的滑阀质量和燃油通道横截面积，计算出 滑阀所受力、燃油流通面积的变化过程。 0054 对于研发设计人员，根据滑阀的运动距离随时间的变化过程，求导可以得知滑阀 的运动速度变化过程；加上滑阀质量和燃油通道横截面积等已知条件，可。
23、以计算出滑阀所 受力、燃油流通面积的变化过程。柱塞在凸轮的驱动下往复运动，压缩高压腔内的燃油产生 高压。通过燃油流通面积的变化过程则可以推算出该单体泵的单次循环内高压腔的进油 量。这些对于单体泵的设计研发来说是具有重要的指导意义。 0055 对于使用者来说，在单体泵运行过程中发生故障时，通过观察本方法所获得的滑 阀运动状况，可以快速确定故障所在，从而采取有效措施，避免造成损失。 0056 利用电涡流传感器监测金属滑阀的高速运动过程，可有助于提高单体泵的开发效 率，另外在单体泵使用中若发生故障则可利用本方法可进行快速诊断故障排除。 0057 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。 说 明 书CN 102809480 A 1/4页 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102809480 A 2/4页 9 图4 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102809480 A 3/4页 10 图7 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102809480 A 10 4/4页 11 图10 说 明 书 附 图CN 102809480 A 11 。