1、发动机瞬时转速的时域分析 - - 一前言一前言 柴油机是种复杂的往复式动力机械,由于结构复杂,运动部件多,使柴油机 故障诊断十分困难。随着现代科学技术的发展以及自动化程度的提高,柴油机故 障诊断技术已从最开始的事后维修发展到定时检测、 再到现代故障诊断技术的视 情维修。和其它类型机械的故障诊断一样,柴油机故障诊断首先必须对故障机理 进行研究,并以故障信号的检测及处理为基本技术,以故障信号处理和特征提取 理论为基本理论,以基于信号处理及特征提取的故障类型识别为基本方法。目前 对常用的柴油机故障诊断技术的研究内容其发展方向进行讨论。 1 11 1瞬时转速波动诊断法瞬时转速波动诊断法 随着就车检测诊
2、断技术的发展和发动机瞬时转速检测技术的提高,发动机转 速已不仅仅是一个基本的运行参数,而且已经成为检测发动机性能与故障的手 段。 发动机的转速按测量转角的大小(或时间的长短) 分为平均转速、循环转速 和瞬时转速3 种。 平均转速是指发动机在一段时间内曲轴所转过的圈数与时间的 比值;循环转速(或称循环平均转速) 是指发动机在一个工作循环内的平均转速; 瞬时转速是指发动机在一个工作循环中每一瞬时的转速。 因为各缸按进气、 压缩、 爆发、 排气的过程循环工作,作用在曲轴上的驱动力矩大于阻力矩时,曲轴转速升 高;而当驱动力矩小于阻力矩时,曲轴转速下降。 发动机在一个工作循环中每缸作 功一次,对于一个均
3、匀发火的N 缸机来说,一个循环中,扭矩和转速会有N 次明显 的波动。图1 示出某六缸柴油机在怠速工况下各缸均匀工作时瞬时指示扭矩Mi 与瞬时转速n 随曲轴转角变化的曲线,图中以第一缸进气上止点作为0 A ,因 此1 ,2 ,3 ,4 ,5 与6 缸压缩上止点分别对应图中的360 A ,120 A ,600 A ,240 A ,480 A 与720 A。当发动机的某些系统或零部件技术状况发生 变化时,瞬时转速的变化规律就发生变化。 因此,通过对瞬时转速变化规律的研究, 可以分析发动机的运行状况,判断发动机的性能,诊断发动机的故障。 柴油机曲轴的瞬时转速波动信号能反映机器的工作状态,通过对瞬时转速
4、波 动信号的分析可以得到机器运行状态和相关故障的丰富信息。正常工况下,各缸 的动力性能基本一致,柴油机运转平稳,各缸瞬时转速波动虽有差异,但总在一个 不大的范围内,并呈现某种规律性;但当某个气缸工作不正常时,动力的一致性遭 发动机瞬时转速的时域分析 - - 到破坏,柴油机运转平稳性变差,转速波动信号会产生严重变形,据此可以判断其 缸内工作过程的好坏。存在的不足之处在于: 1) 利用瞬时转速波动虽然能够确定工作不正常的缸位,但不能确定造成故障 的原因。 例如,缸内压力降低造成曲轴瞬时转速变化,可能是活塞环或缸套磨损引 起气密性变差所致,也可能为燃油系统故障造成燃烧不充分所致等等。 2) 由于要反映一周内角速度的变化,瞬时转速测量仪就要求高频率响应,高精 度,设备费用会很高;另外,现场安装、调试使用均较困难。 1 12 2基于振动信号的时频特征提取分析法基于振动信号的时频特征提取分析法 柴油机是一种高速的往复式动力机械,缸盖振动信号是反映柴油机内部各部 件之间关系的极其敏感的参数,它是缸内气体燃爆压力、进排气门落座冲击和进 排气门开启气流冲击等多
