基于质心广义力监测的发动机故障诊断新方法(3) - 内燃机工程杂志社投稿

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基于质心广义力监测的发动机故障诊断新方法(3)

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摘要：

为进一步提高识别精度，研究连接附件及弹性体模态对发动机质心广义力识别方法的影响，对现有的发动机质心广义力识别方法进行识别精度的精密试验验证，为识别精度提供有力证据是重要的研究方向。

3.1　故障发动机质心广义力变化

发动机绝大部分故障的直接表现是在发动机质心广义力的变化方面。以直列四缸四冲程发动机为例分析部分发动机故障与质心广义力的变化关系。根据文献[46]的分析,各气缸的干扰力矩与第1缸同谐次的干扰力矩的相位等于简谐次数乘以该气缸与第1气缸间的发火间隔角,?因此,知道了发火顺序,即可画出该发动机各气缸v次干扰力矩的相位图,?对于发火顺序为1—4—2—3的四缸四冲程发动机各次干扰力矩相位图如图1所示。

图1　四缸发动机的干扰力矩相位图Fig.1　Four-cylinder?engine?interfering?moment?phase?image

以曲轴方向为纵向，活塞运动方向为垂向，在正常稳定工作状况下，由图1四缸发动机的干扰力矩相位图可见，由于各缸之间的惯性力相互抵消，发动机质心处受到的横向质心广义力应基本为0，垂向质心广义力主要为2阶，1阶质心广义力基本为0，但当发动机活塞或连杆不均匀磨损时，横向和垂向质心广义力均会出现明显的1阶激励力。如果气门间隙过大，垂向质心广义力会出现明显的1.5阶次，发动机转速较高时，其幅值甚至超过2阶次。

3.2　发动机质心广义力故障诊断方法分析

由发动机质心广义力进行故障诊断的关键是建立故障特征库。从两方面进行特征提取：一方面，从理论推导发动机出现故障时质心广义力相对正常时的特征，并通过发动机仿真模型验证理论推导结果；另一方面，通过故障模拟试验识别出故障发动机的实际质心广义力，并与正常发动机的实际质心广义力作对比，提取出故障。从实测的质心广义力中提取出故障特征后，初步得到诊断结果，再通过理论分析验证诊断结果，最后通过拆检进行验证，验证成功后将故障特征存入特征库中，如果诊断失败则由拆检结果重新进行特征分析，得到故障特征后存入特征库，以便下次能成功诊断出同样的故障。发动机质心广义力故障诊断方法流程图如图2所示。

总结了基于振动的发动机故障诊断方法的研究现状，并分析了其局限性，鉴于发动机质心广义力对故障的敏感度高，受外部环境与测试条件的影响较小等特点，提出将发动机质心广义力作为发动机故障诊断的分析对象，建立分析对象特征与故障之间的明确映射关系，为发动机故障诊断开辟新途径。

为实现基于质心广义力的发动机故障诊断，还需重点进行如下两方面的研究。

1)对发动机质心广义力的识别精度进行实验验证。消除连接附件及弹性体模态对发动机质心广义力识别方法的影响，对发动机质心广义力识别方法进行精密的实验验证，是保障故障诊断可靠性的基础。

2)对发动机出现故障时质心广义力的特征进行理论推导，建立故障特征库。

文章来源：《内燃机工程》网址: http://www.nrjgczz.cn/qikandaodu/2021/0709/966.html