發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣故障的振動(dòng)診斷研究

1、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣故障的振動(dòng)診斷研究摘要在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣聲學(xué)特性及其振動(dòng)診斷機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，利用測(cè)取的振動(dòng)信號(hào)和信號(hào)處理技術(shù)，提出了一種利用高頻帶與總頻帶能量比診斷發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣故障的新方法。   關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣故障診斷氣門(mén)和氣門(mén)座是發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件十分惡劣的摩擦副之一，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中氣門(mén)不斷開(kāi)啟和關(guān)閉，并承受很高的沖擊負(fù)荷和熾熱燃?xì)獾母咚贈(zèng)_擊；由于不易散熱，長(zhǎng)期處于600 800 的高溫狀態(tài)。因硬質(zhì)燃燒產(chǎn)物、積碳、高溫腐蝕和零件變形，造成氣門(mén)密封錐面的磨損與燒蝕，使氣門(mén)密封不嚴(yán)，造成漏氣現(xiàn)象的出現(xiàn)，使燃燒室氣密性受到破壞，排氣溫度上升，功率下降。因此，對(duì)氣門(mén)漏

2、氣故障實(shí)現(xiàn)早期預(yù)報(bào)是很有必要的。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，即使有經(jīng)驗(yàn)的操作人員也很難發(fā)現(xiàn)氣門(mén)早期的漏氣故障，目前根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的排氣管溫度和氣缸內(nèi)壓力判斷漏氣故障還不是一種有效的方法。利用氣缸蓋表面的振動(dòng)信號(hào)來(lái)檢測(cè)氣門(mén)的工作狀態(tài)，具有傳感器安裝方便，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)。1氣門(mén)漏氣聲學(xué)特性及其振動(dòng)診斷的機(jī)理發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣是高溫高壓氣體通過(guò)氣門(mén)與氣門(mén)座之間很小的縫隙在有限空腔中產(chǎn)生的阻塞噴注，因此引發(fā)缸蓋表面的局部振動(dòng)；另一方面形成的高頻噴注噪聲沿排氣管道傳播。根據(jù)流體噴注中的一般波動(dòng)方程張量形式，有廣義Lighthill方程：式中：流體密度；t時(shí)間；拉普拉斯算子，=x1，x2，x3直角坐標(biāo)；i，j，k代表

3、3個(gè)坐標(biāo)方向的單位向量；Q(x,t)簡(jiǎn)單聲源強(qiáng)度，等于在點(diǎn)x(x1，x2，x3)和時(shí)刻t處每單位體積每單位時(shí)間增加的流體質(zhì)量；Fi(x,t)外加作用力的xi分量；TijLighthill應(yīng)力張量。方程(1)右邊第1項(xiàng)代表單極子源，第2項(xiàng)代表偶極子源，第3項(xiàng)代表四極子源。發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)漏氣產(chǎn)生的噴注噪聲包括簡(jiǎn)單聲源、固體聲源和湍流聲源，分別與上面3項(xiàng)相對(duì)應(yīng)。其中，簡(jiǎn)單聲源與排氣的流量變化率有關(guān)，應(yīng)采用與發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中比較大的時(shí)間尺度來(lái)描述，其頻譜表現(xiàn)為低頻特性；固體聲源與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣道內(nèi)形態(tài)和結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，其頻譜表現(xiàn)為中高頻特性；湍流聲源必須采用微時(shí)間尺度來(lái)研究，其頻譜表現(xiàn)為高頻特性。因此，利用缸

4、蓋表面振動(dòng)信號(hào)對(duì)氣門(mén)漏氣進(jìn)行診斷時(shí)，應(yīng)著重選取反映漏氣程度的四極子源湍流聲源，研究其高頻特性，并選擇缸內(nèi)外壓差最大時(shí)的表面振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)選擇最大燃爆壓力附近的缸蓋振動(dòng)信號(hào)，分析其高頻成分，作為氣門(mén)漏氣的判斷標(biāo)準(zhǔn)。由于氣體燃爆產(chǎn)生的振動(dòng)屬于低頻成分，因此兩者并不存在沖突。2試驗(yàn)研究試驗(yàn)在F3L912發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為900 r/min，怠速、采樣頻率為40 kHz。測(cè)量和診斷系統(tǒng)如圖1所示。為了試驗(yàn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單性，故障模擬為均勻漏氣，即調(diào)節(jié)排氣門(mén)間隙使之為負(fù)值，則氣門(mén)無(wú)法落座。漏氣程度由氣門(mén)間隙的調(diào)節(jié)螺距來(lái)衡量。3特征值提取和故障診斷圖2所示為不同漏氣狀態(tài)下缸蓋振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形，a、b、c分別為正常工作、排氣門(mén)輕微漏氣及排氣門(mén)嚴(yán)重漏氣等3種狀態(tài)。圖3為功率譜分析結(jié)果。從圖3可以看出，隨著排氣門(mén)的漏氣的嚴(yán)重程度變化，10 kHz以下的能量幾乎未發(fā)生變化，而10 kHz以上的能量明顯增加，為此提取高頻(10 kHz)能量與總能量之比Eh/E作為特征參數(shù)，3種狀態(tài)下的Eh/E列于表1，其所示結(jié)果與上面的理論分析是相符的。圖1測(cè)量和診斷系統(tǒng)圖23種狀況下的時(shí)域波形圖33種狀況下振動(dòng)信號(hào)功率譜表13種狀態(tài)下的Eh/E狀況帶內(nèi)能量比EhE正常0.23輕微漏氣0.30嚴(yán)重漏氣0.544結(jié)論發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)