發(fā)動機氣門漏氣故障的振動診斷研究

1、發(fā)動機氣門漏氣故障的振動診斷研究摘要在對發(fā)動機氣門漏氣聲學特性及其振動診斷機理研究的基礎上，利用測取的振動信號和信號處理技術，提出了一種利用高頻帶與總頻帶能量比診斷發(fā)動機氣門漏氣故障的新方法。   關鍵詞：發(fā)動機氣門漏氣故障診斷氣門和氣門座是發(fā)動機中工作條件十分惡劣的摩擦副之一，在發(fā)動機工作過程中氣門不斷開啟和關閉，并承受很高的沖擊負荷和熾熱燃氣的高速沖擊；由于不易散熱，長期處于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，造成氣門密封錐面的磨損與燒蝕，使氣門密封不嚴，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，對氣門漏

2、氣故障實現(xiàn)早期預報是很有必要的。發(fā)動機運行時，即使有經(jīng)驗的操作人員也很難發(fā)現(xiàn)氣門早期的漏氣故障，目前根據(jù)發(fā)動機運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信號來檢測氣門的工作狀態(tài)，具有傳感器安裝方便，檢測結果準確的特點。1氣門漏氣聲學特性及其振動診斷的機理發(fā)動機氣門漏氣是高溫高壓氣體通過氣門與氣門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；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方程張量形式，有廣義Lighthill方程：式中：流體密度；t時間；拉普拉斯算子，=x1，x2，x3直角坐標；i，j，k代表

3、3個坐標方向的單位向量；Q(x,t)簡單聲源強度，等于在點x(x1，x2，x3)和時刻t處每單位體積每單位時間增加的流體質(zhì)量；Fi(x,t)外加作用力的xi分量；TijLighthill應力張量。方程(1)右邊第1項代表單極子源，第2項代表偶極子源，第3項代表四極子源。發(fā)動機氣門漏氣產(chǎn)生的噴注噪聲包括簡單聲源、固體聲源和湍流聲源，分別與上面3項相對應。其中，簡單聲源與排氣的流量變化率有關，應采用與發(fā)動機工作循環(huán)中比較大的時間尺度來描述，其頻譜表現(xiàn)為低頻特性；固體聲源與發(fā)動機排氣道內(nèi)形態(tài)和結構有密切關系，其頻譜表現(xiàn)為中高頻特性；湍流聲源必須采用微時間尺度來研究，其頻譜表現(xiàn)為高頻特性。因此，利用缸

4、蓋表面振動信號對氣門漏氣進行診斷時，應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)外壓差最大時的表面振動信號進行分析。具體來說，應選擇最大燃爆壓力附近的缸蓋振動信號，分析其高頻成分，作為氣門漏氣的判斷標準。由于氣體燃爆產(chǎn)生的振動屬于低頻成分，因此兩者并不存在沖突。2試驗研究試驗在F3L912發(fā)動機上進行，轉速為900 r/min，怠速、采樣頻率為40 kHz。測量和診斷系統(tǒng)如圖1所示。為了試驗系統(tǒng)的簡單性，故障模擬為均勻漏氣，即調(diào)節(jié)排氣門間隙使之為負值，則氣門無法落座。漏氣程度由氣門間隙的調(diào)節(jié)螺距來衡量。3特征值提取和故障診斷圖2所示為不同漏氣狀態(tài)下缸蓋振動信號的時域波形，a、b、c分別為正常工作、排氣門輕微漏氣及排氣門嚴重漏氣等3種狀態(tài)。圖3為功率譜分析結果。從圖3可以看出，隨著排氣門的漏氣的嚴重程度變化，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，其所示結果與上面的理論分析是相符的。圖1測量和診斷系統(tǒng)圖23種狀況下的時域波形圖33種狀況下振動信號功率譜表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嚴重漏氣0.544結論發(fā)動機運