【分　 类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 扭振信号；加速度信号；测试方法；故障特征
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正文：
信号采集器和PAK测试分析软件等组成，发动机实验台架与测试分析系统框图如图1所示。测控系统调节被测发动机的负载与转速，安装在发动机曲轴上的光电编码器测量曲轴的转速脉冲信号，通过信号采集器采集信号输入便携机后由PAK测试与分析系统进行分析。2.2 试验工况与测点选择
2.2.1 试验工况
 

图2 光电编码器的安装

试验分别在发动机正常工作、第一缸失火、第二、三缸失火和第一、二、三缸失火的情况下进行，对于每种工作情况选取以下两种工况进行信号的采集：工况1 ：发动机转速1600 rpm，负荷10nm
工况2 ：发动机转速 2400rpm，负荷10nm
2.2.2 测点布置
 

图3 加速度测点布置

由于车用发动机测试台架安装空间有限，为了能够准确清晰地测量到扭振信号，常选取一个能够反映整个轴系的扭振状况，扭振振幅较大又便于测试的点安装传感器。在发动机扭振测试与分析台架实验中，测点确定在发动机皮带轮的轴端处，通过专用夹具将光电编码器安装并固定到曲轴上，如图2所示。在进行加速度测量时，共选择3个测点，每个测点测量3个方向的加速度信号。测点分布如下(如图3所示)：
< >测试结果与分析 为了更好地对发动机故障进行诊断，首先对发动机在正常工作时的扭振情况进行分析。正常工作时该发动机的扭振阶次转速跟踪^[2-3]分析如图4所示。从图中可看出，除了在临界转速附近外，该发动机的扭振角主要以1阶为主，且1阶幅值随转速的升高而下降。在2400rpm附近，有一阶临界转速。发动机在正常、一缸失火、二三缸失火、一二三缸失火情况下在工况1下采集到的扭振时域信号与频谱如图5所示(图中标注的值采用能量重心法校正后的结果)。结合图4可知，在正常情况下，这一工况的扭振主要以1阶为主，2阶次之，0.5阶很小。
从图5中可发现，当出现一缸失火时，扭振角2阶成分有很大增加，这主要是一缸失火时破坏了发动机运行的平衡，使发动机的激励力转变成以曲轴2转为一个周期，从而出现了对应的0.5阶成分。而当二三缸同时失火时，一、四缸刚好还能达到平衡，这时相当于是一台二缸发动机在运行，激励成分中半阶成分很小，因此在所测到的扭振响应中几乎看不到，扭振的主要阶次为1、2阶，但是1、2阶的比例有了较大变化。到了一、二、三缸失火时，平衡完全被破坏，发动机激励力以半阶为主，因此扭振响应中也以0.5阶为主。
 

图5 %20工况1，正常工作和失火故障的扭转振动时域信号和频谱图 图6%20工况2,%20正常工作和失火故障的扭转振动时域信号和频谱图

发动机正常和失火故障时在工况2下的扭振角时域的频谱如图6所示。从图6中无法找到与工况1分析相对应的结论，这是由于该工况的转速处在临界转速附近，本身正常工作时扭振就以0.5阶为主，因此，无法再从0.5阶着手来进行故障的诊断。
综上所述，可得到利用发动机曲轴的扭振来对这四缸发动机进行失火故障诊断的主要着眼点在0.5阶成分，各种失火情况下的扭振特点为：
一缸失火：出现较大的0.5阶成分；相互平衡的二、三两个缸同时失火：主要阶次成分不变，但各阶次所占比例有较大变化；一、二、三缸同时失火：扭振以0.5阶为主。
同时，在利用0.5阶进行失火故障诊断时，在选择工况时应避免选在临界转速附近。
3.2 加速度测试结果与分析
发动机的运行过程中，通常把发动机看成是具有六个自由度的刚体，在发动机自身激励下产生振动。由于发动机的激励主要集中在较低的阶次，因此在振动加速度响应中较低阶次成分的变化能很好的反映出发动机工作激励的变化，而失火故障的直接表现就是引起工作激励的变化，所以这里选取各测点振动加速度的0.5、1、1.5、2四阶进行分析，总结不同缸数失火时的故障特征，以进行相应的故障诊断。
在工况1时测点1轴向在正常和失火故障情况下振动加速度的频谱如图7所示。图中0.5、1、1.5、2阶的幅值同样采用能量重心离散频谱校正法进行了校正，并标注于图中。
从图7中可看出，当失火缸数为奇数时，测点1水平方向0.5阶成分有较大增长。为了进一步提取失火故障的特征，提取三个测点三个方向的低阶成分的幅值(均采用能量重心法进行校正)如表1所示。

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