基于轉(zhuǎn)速分析的裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)失缸判別方法研究

范江波

摘 要 轉(zhuǎn)速分析是當(dāng)前我國裝甲車發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障判別的一個(gè)主要技術(shù)措施。本文利用轉(zhuǎn)速測試信號分析中的復(fù)雜度分析措施，開展了失缸故障判別方法研究。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)速分析 發(fā)動(dòng)機(jī) 失缸故障 判別方法

在我國軍事車輛研究中，裝甲車輛故障維修技術(shù)研究占據(jù)著較為重要的位置。作為裝甲車輛重要部件，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)故障維修研究是當(dāng)前車輛維修技術(shù)研究的重要組成部分。特別是裝甲車車輛失缸故障判別研究，對于提高裝甲車輛應(yīng)急維護(hù)質(zhì)量與軍事機(jī)動(dòng)性起到了不可忽視的作用。因此，技術(shù)人員以裝甲車輛發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行實(shí)際情況，開展了失缸故障判別研究。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障的主要表現(xiàn)及主要檢測方法

（一）失缸故障的主要表現(xiàn)

在軍用裝甲車運(yùn)行中，失缸故障主要表現(xiàn)在裝甲車運(yùn)行中的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)各缸燃燒不一致，進(jìn)而造成了發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速存在波動(dòng)性。在這種情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)某一氣缸出現(xiàn)失缸故障，進(jìn)而造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)出現(xiàn)不平穩(wěn)狀態(tài)，就會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)整體動(dòng)力輸出，進(jìn)而降低車輛的運(yùn)行動(dòng)力性，并影響了車輛運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。特別是在軍事行動(dòng)中，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響軍事行動(dòng)的正常運(yùn)行。因此這一研究的開展，對于我國裝甲車部隊(duì)發(fā)展有著特殊的軍事意義。

（二）失缸故障主要檢測方法

在當(dāng)前我國發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障維修中，常用的檢測方法包括以下幾種方式：一是直接對發(fā)動(dòng)機(jī)各缸燃燒壓力進(jìn)行測量;二是對發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩法進(jìn)行測量;三對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量;四是對車輛排氣成分進(jìn)行測量分析。在實(shí)際的車輛維修管理中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)直接測量發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸壓力與輸出扭矩的測量方式，其檢測方式過于困難;排氣成分檢測分析方法，檢測中需要使用專業(yè)化的氣體成分分析儀設(shè)備，因此檢測難度與成本較大。因此，在實(shí)際故障檢測中，技術(shù)人員采用了轉(zhuǎn)速測量方法用于故障檢測。但是在實(shí)際檢測中技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速量值診斷過程中，其檢測數(shù)據(jù)精度較低，進(jìn)而影響了檢測質(zhì)量。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法

（一）測量方法

在此次研究中，技術(shù)人員選用了12150L柴油機(jī)系列裝甲車。試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表電子結(jié)構(gòu)，采用專用的電子接口與轉(zhuǎn)速表進(jìn)行連接，直接測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器瞬時(shí)輸出信號。在實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，使用了實(shí)車模擬試驗(yàn)方法，即使用斷缸方式模擬了主要?dú)飧装l(fā)生失火故障情況。其主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是模擬氣缸高壓油管與噴油器連接螺母擰松狀態(tài)下，進(jìn)而出現(xiàn)燃油泄漏，燃油壓力不出現(xiàn)的燃油燃燒不足問題。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為1000r/min，測試儀表采用系統(tǒng)分別測試發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行、燃燒不良以及發(fā)生失缸故障三種狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速信號。

（二）測試信號分析

技術(shù)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車輛發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中由于各氣缸運(yùn)作中提供的動(dòng)力不穩(wěn)定或發(fā)生失缸故障情況下，氣缸動(dòng)力不穩(wěn)定，進(jìn)而造成了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速失穩(wěn)狀況，其在轉(zhuǎn)速信號測量中都可以得到表現(xiàn)。氣缸正常運(yùn)行狀態(tài)下，其轉(zhuǎn)速信號較為穩(wěn)定，但是當(dāng)氣缸出現(xiàn)燃燒不良，甚至失缸故障情況，信號檢測裝置接收到轉(zhuǎn)速信號基頻幅值出現(xiàn)了明顯的降低，同時(shí)其高次諧波幅值出現(xiàn)了明顯的衰減，且其高頻分量有了明顯增加。根據(jù)信號分析，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)燃燒不良，甚至發(fā)生失缸故障狀態(tài)的情況下，由于各氣缸運(yùn)行不均勻問題，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生不平穩(wěn)狀態(tài)。因此通過轉(zhuǎn)速測量可以有效地反映發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的失缸故障。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速復(fù)雜度分析

在發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障測量中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)速信號頻率是一個(gè)逐步的變化過程，這種情況也可以理解為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號序列發(fā)生了變異，而這種變異過程也可以用復(fù)雜度來衡量。因此，復(fù)雜度也已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障時(shí)間序列分析中重要的非線性指標(biāo)。在實(shí)際的測量中，其主要體現(xiàn)了時(shí)間序列接近隨機(jī)性程度，其在測量中可以有效地反映動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征。目前，這一指標(biāo)已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測量的重要內(nèi)容。

在此次實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員對測量信號的復(fù)雜度的分析過程是將實(shí)驗(yàn)測定時(shí)間序列復(fù)雜度，使其成為衡量此時(shí)間序列中所包括的信息量的指標(biāo)。因?yàn)榇舜螌?shí)驗(yàn)采用了V型12氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其爆發(fā)間隔角度為600。其實(shí)際的氣缸爆發(fā)順序如圖1所示。

在實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員根據(jù)爆發(fā)順序，將發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)內(nèi)的轉(zhuǎn)速信號劃分為12個(gè)工作階段，在此次實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜度計(jì)算過程中，計(jì)算人員對信號進(jìn)行計(jì)算。技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速信號復(fù)雜度變化處于較為平緩的狀態(tài)。而在失缸運(yùn)行狀態(tài)下，測試到的轉(zhuǎn)速信號復(fù)雜度波動(dòng)較大。同時(shí)，在氣缸運(yùn)行不良的情況下，轉(zhuǎn)速信號復(fù)雜度與正常狀態(tài)情況下基本相同。因此，利用氣缸轉(zhuǎn)速信號復(fù)雜度信號對發(fā)動(dòng)機(jī)失缸故障進(jìn)行判斷是一種有效的測試方法。

（作者單位為66058部隊(duì)）

參考文獻(xiàn)

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