內燃機配氣機構氣門振動解析方法研究

牟文超

摘要：本文對比了采用經驗模態振動分解（emd）分析方法等進行了解析，對民用內燃機柴油配氣輸送系統各傳動部件的短時氣門振動進行了振動解析求解，結果顯示;方法的振動解析由于系統設計操作過程簡便，具有很強的自動化適應能力，但是還不足以有效解決不同頻率模態混疊的復雜問題;由于日常短時空間的分辨率與物頻速度數值的不同，分辨率之間的相互作用能力受到了很大限制。存在一個用于解析數據精度較低的數據空隙大小缺陷的方法，可以處理整個計算機的大量數據。解析的整個過程很復雜，但是最佳的圖像解析度是精確的。通過運用分析方法，原始的凸輪氣門搖臂加速度振動信號來源可以被簡單地區別分解成三種：凸輪氣門加速度、燃燒碰撞振動等振動控制信號，其中相鄰氣門搖臂落座碰撞振動、氣門落座搖臂上的碰撞沖擊振動都可能是產生氣門落座振動的最主要信號來源，應該對此進行重點分析改善。

關鍵詞：內燃機;配氣機構;氣門振動

一、引言

配氣裝置機構是整個柴油機重要的組成部分，控制著整個柴油機在換氣運行過程，其結構設計與否合理將會直接關系到柴油機的動力特性、經濟效益、排放速度水平、噪音水平、振動速度水平以及工作的可靠性。其中，配氣機構的流體動力學性能和振動特點直接影響氣門的逆跳運動特點、密封性、可靠度和氣門使用壽命[1]。

二、氣門加速度信號檢測

通過檢測出一個氣門的加速度信號，我們可以了解到氣門的振動性質。氣門振動信號主要指的是多種振動信號相互結合而產生，要想更好地研究各種氣門振動的特性，就必須要深入地研究各種氣門加速度信號的具體構造及其對氣門振動的影響，即能夠實現對氣門振動信號的理論解析。

三、氣門內的振動檢測信號的精確解析

當前，已經可以直接通過針對氣門內的振動信號解析的各種試驗方法來進行實現，也甚至可以直接嘗試通過對一個氣門內的加速度振動信號的解析分解。振動時頻解析試驗主要原理是通過在每次試驗中逐漸地分析拆除與之振動相應的不同振動源內部所有零件，測量計算出每次拆除前、后的零件整體時頻振動，并通過時頻對比數據分析其時頻振動變化的頻率分布，從而通過判斷計算出一個不同振動源的時頻振動變化及其分布。它主要是一種在氣門振動內部分解分析試驗中常見的振動分部試驗方法，該振動分部法被廣泛認為為也是最直接、最有效的一種氣門氣體振動內部分析方法，但其分部試驗操作過程較為繁瑣。可以將分部法與頻域分析法相緊密結合，先后進行多種小型進氣引擎和柴油發動機之間噪音源的分析辨認。還可以采用系統工程法和系統分部法進行檢查，檢測到各氣門配氣傳動機構的高轉速和低振動轉速下各種氣門噪聲的不同音量數值及各個氣門不同加速度，并根據系統計算法和分析結果所得各種氣門噪聲不同音量數值之間的氣門加速度噪聲占比，對照各個氣門不同加速度的噪聲音量數值和噪聲頻率進行分布，確定各種不同噪聲音值產生的主要原因和產生機理。

在首次深入提出了獨立盲源振動分離的高效性和可解性后，隨著振動信號隔離處理分析技術的進一步成熟發展，盲源振動分離分析技術的逐漸成熟，為獨立氣門分量振動隔離信號的高效隔離解析和科學分析應用提供了具體的分析方法，如小波分析、獨立氣門分量隔離分解和氣門經驗模態隔離分析等。使用獨立信號分量進行分析統計算法，將頻域混疊式高壓內燃機組的噪聲檢測信號分量進行了獨立分離。先對兩臺內燃機的時頻噪聲分離進行噪聲分離，再然后利用連續小波變換對噪聲分離結果噪聲進行了時頻噪聲分析。為了有效克服模態性能分量冗余的復雜問題，提出了一種可以具有獨立模態性能分量的實際綜合應用，也稱為經驗模態性能分解的統計方法，創新性成功地將兩種方法可以緊密結合在一起，二者的模態性能分量可以自相互補，得到了正確的交目相互獨立的模態電子分量。在這個基礎上，對隨機分離后的不同噪聲源和信號分別進行了變換，完成了對不同噪聲源的準確辨認，并對此技術進行了多個實驗室的驗證。

四、內燃機配氣機構氣門振動解析

（一）解析方法辨析

EMD方法雖然可以做到解析實際頻率時間混疊解析過程簡便、自由和適應，但是并且仍然不能有效地做到解決實際頻率時間混疊的復雜問題;STFT方法由于計算時間混疊分辨率與實際頻率混疊分辨率之間的相互作用程度受到了很大制約，解析的過程精度較低;CWT方法雖然其進行計算高頻數據時的容量大，解析的各個過程繁瑣復雜，但是其中的兩個解析過程精確性最高，且其進行解析后的效果也最佳。

（二）CWT分析方法

通過采用CWT分析方法，原始的凸輪氣門搖臂加速度綜合信號數據可以被識別分解成不同類型：凸輪氣門加速度、燃燒式凸輪振動、氣門拉桿搖臂凸輪碰撞式凸軸振動、凸輪碰撞震動、氣流式凸輪振動、氣門搖臂落座式凸輪振動和其它各種相鄰類型氣門搖臂震動等部分綜合信號，實現對原始氣門搖臂振動的來源數據以及來源情況進行綜合分析[2]。

（三）振動信號優化

氣門落座式振動、氣門搖臂碰撞式振動信號由于振動幅值比較大，而且能譜性也比較高，是進行氣門震動的最主要信息來源，主要是因為我們需要通過優化這兩個部件來區別振動信號;凸輪振動、氣流振動可以使得氣門在打開期間發生高頻振動，但是由于能量水平比較低，并沒有造成較大的損壞。并非是優化的主要目標;燃燒和相鄰氣門的振動并非在燃燒和相鄰氣門的工作階段就會產生，且對燃燒和相鄰氣門的振動有很大的影響，并非是其優化方向。

五、結論

以上的相關研究大部分都已經集中應用到了對各種噪聲采集來源的識別辨認上，噪聲采集來源中的信號一般能夠按照電子工程學的方法對其分別進行通道的噪聲采集，然后再對其進行通道的噪聲盲源進行分離，但在對振動氣門機的振動來源信號的噪聲測量中，由于其結構緊湊，并且都僅僅是一種小型運動件，難以同時進行布置多種噪聲測量控制機構，故而僅僅是一種屬于單通道的噪聲信號，需要對其分別進行多少個通道的噪聲盲源進行分離。基于此，筆者在課題研究中重點設計采用了基于新型單通道排氣盲源振動分離分析技術的新排氣門矢量振動圖像解析計算方法，并且通過對該新型排氣閥閥門振動進行了矢量振動圖像解析的研究結果詳細分析了一臺發動機的排氣門產生振動的具體基本構造及其產生影響的基本規律。

參考文獻：

[1]某小排量發動機可變配氣機構試驗研究[J].黃旭，李沖霄，尹琪.汽車與新動力.2020（02）.

[2]內燃機零部件結構設計及應用研究[J].葛毅，鄒洪富，張靜.內燃機與配件.2021（07）.