內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)氣門振動(dòng)解析方法研究

牟文超

摘要：本文對(duì)比了采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)振動(dòng)分解（emd）分析方法等進(jìn)行了解析，對(duì)民用內(nèi)燃機(jī)柴油配氣輸送系統(tǒng)各傳動(dòng)部件的短時(shí)氣門振動(dòng)進(jìn)行了振動(dòng)解析求解，結(jié)果顯示;方法的振動(dòng)解析由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)操作過(guò)程簡(jiǎn)便，具有很強(qiáng)的自動(dòng)化適應(yīng)能力，但是還不足以有效解決不同頻率模態(tài)混疊的復(fù)雜問(wèn)題;由于日常短時(shí)空間的分辨率與物頻速度數(shù)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(gè)用于解析數(shù)據(jù)精度較低的數(shù)據(jù)空隙大小缺陷的方法，可以處理整個(gè)計(jì)算機(jī)的大量數(shù)據(jù)。解析的整個(gè)過(guò)程很復(fù)雜，但是最佳的圖像解析度是精確的。通過(guò)運(yùn)用分析方法，原始的凸輪氣門搖臂加速度振動(dòng)信號(hào)來(lái)源可以被簡(jiǎn)單地區(qū)別分解成三種：凸輪氣門加速度、燃燒碰撞振動(dòng)等振動(dòng)控制信號(hào)，其中相鄰氣門搖臂落座碰撞振動(dòng)、氣門落座搖臂上的碰撞沖擊振動(dòng)都可能是產(chǎn)生氣門落座振動(dòng)的最主要信號(hào)來(lái)源，應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行重點(diǎn)分析改善。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);配氣機(jī)構(gòu);氣門振動(dòng)

一、引言

配氣裝置機(jī)構(gòu)是整個(gè)柴油機(jī)重要的組成部分，控制著整個(gè)柴油機(jī)在換氣運(yùn)行過(guò)程，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與否合理將會(huì)直接關(guān)系到柴油機(jī)的動(dòng)力特性、經(jīng)濟(jì)效益、排放速度水平、噪音水平、振動(dòng)速度水平以及工作的可靠性。其中，配氣機(jī)構(gòu)的流體動(dòng)力學(xué)性能和振動(dòng)特點(diǎn)直接影響氣門的逆跳運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、密封性、可靠度和氣門使用壽命[1]。

二、氣門加速度信號(hào)檢測(cè)

通過(guò)檢測(cè)出一個(gè)氣門的加速度信號(hào)，我們可以了解到氣門的振動(dòng)性質(zhì)。氣門振動(dòng)信號(hào)主要指的是多種振動(dòng)信號(hào)相互結(jié)合而產(chǎn)生，要想更好地研究各種氣門振動(dòng)的特性，就必須要深入地研究各種氣門加速度信號(hào)的具體構(gòu)造及其對(duì)氣門振動(dòng)的影響，即能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)氣門振動(dòng)信號(hào)的理論解析。

三、氣門內(nèi)的振動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的精確解析

當(dāng)前，已經(jīng)可以直接通過(guò)針對(duì)氣門內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)解析的各種試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，也甚至可以直接嘗試通過(guò)對(duì)一個(gè)氣門內(nèi)的加速度振動(dòng)信號(hào)的解析分解。振動(dòng)時(shí)頻解析試驗(yàn)主要原理是通過(guò)在每次試驗(yàn)中逐漸地分析拆除與之振動(dòng)相應(yīng)的不同振動(dòng)源內(nèi)部所有零件，測(cè)量計(jì)算出每次拆除前、后的零件整體時(shí)頻振動(dòng)，并通過(guò)時(shí)頻對(duì)比數(shù)據(jù)分析其時(shí)頻振動(dòng)變化的頻率分布，從而通過(guò)判斷計(jì)算出一個(gè)不同振動(dòng)源的時(shí)頻振動(dòng)變化及其分布。它主要是一種在氣門振動(dòng)內(nèi)部分解分析試驗(yàn)中常見(jiàn)的振動(dòng)分部試驗(yàn)方法，該振動(dòng)分部法被廣泛認(rèn)為為也是最直接、最有效的一種氣門氣體振動(dòng)內(nèi)部分析方法，但其分部試驗(yàn)操作過(guò)程較為繁瑣。可以將分部法與頻域分析法相緊密結(jié)合，先后進(jìn)行多種小型進(jìn)氣引擎和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)之間噪音源的分析辨認(rèn)。還可以采用系統(tǒng)工程法和系統(tǒng)分部法進(jìn)行檢查，檢測(cè)到各氣門配氣傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的高轉(zhuǎn)速和低振動(dòng)轉(zhuǎn)速下各種氣門噪聲的不同音量數(shù)值及各個(gè)氣門不同加速度，并根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算法和分析結(jié)果所得各種氣門噪聲不同音量數(shù)值之間的氣門加速度噪聲占比，對(duì)照各個(gè)氣門不同加速度的噪聲音量數(shù)值和噪聲頻率進(jìn)行分布，確定各種不同噪聲音值產(chǎn)生的主要原因和產(chǎn)生機(jī)理。

在首次深入提出了獨(dú)立盲源振動(dòng)分離的高效性和可解性后，隨著振動(dòng)信號(hào)隔離處理分析技術(shù)的進(jìn)一步成熟發(fā)展，盲源振動(dòng)分離分析技術(shù)的逐漸成熟，為獨(dú)立氣門分量振動(dòng)隔離信號(hào)的高效隔離解析和科學(xué)分析應(yīng)用提供了具體的分析方法，如小波分析、獨(dú)立氣門分量隔離分解和氣門經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)隔離分析等。使用獨(dú)立信號(hào)分量進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)算法，將頻域混疊式高壓內(nèi)燃機(jī)組的噪聲檢測(cè)信號(hào)分量進(jìn)行了獨(dú)立分離。先對(duì)兩臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的時(shí)頻噪聲分離進(jìn)行噪聲分離，再然后利用連續(xù)小波變換對(duì)噪聲分離結(jié)果噪聲進(jìn)行了時(shí)頻噪聲分析。為了有效克服模態(tài)性能分量冗余的復(fù)雜問(wèn)題，提出了一種可以具有獨(dú)立模態(tài)性能分量的實(shí)際綜合應(yīng)用，也稱為經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)性能分解的統(tǒng)計(jì)方法，創(chuàng)新性成功地將兩種方法可以緊密結(jié)合在一起，二者的模態(tài)性能分量可以自相互補(bǔ)，得到了正確的交目相互獨(dú)立的模態(tài)電子分量。在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)隨機(jī)分離后的不同噪聲源和信號(hào)分別進(jìn)行了變換，完成了對(duì)不同噪聲源的準(zhǔn)確辨認(rèn)，并對(duì)此技術(shù)進(jìn)行了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證。

四、內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)氣門振動(dòng)解析

（一）解析方法辨析

EMD方法雖然可以做到解析實(shí)際頻率時(shí)間混疊解析過(guò)程簡(jiǎn)便、自由和適應(yīng)，但是并且仍然不能有效地做到解決實(shí)際頻率時(shí)間混疊的復(fù)雜問(wèn)題;STFT方法由于計(jì)算時(shí)間混疊分辨率與實(shí)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(guò)程精度較低;CWT方法雖然其進(jìn)行計(jì)算高頻數(shù)據(jù)時(shí)的容量大，解析的各個(gè)過(guò)程繁瑣復(fù)雜，但是其中的兩個(gè)解析過(guò)程精確性最高，且其進(jìn)行解析后的效果也最佳。

（二）CWT分析方法

通過(guò)采用CWT分析方法，原始的凸輪氣門搖臂加速度綜合信號(hào)數(shù)據(jù)可以被識(shí)別分解成不同類型：凸輪氣門加速度、燃燒式凸輪振動(dòng)、氣門拉桿搖臂凸輪碰撞式凸軸振動(dòng)、凸輪碰撞震動(dòng)、氣流式凸輪振動(dòng)、氣門搖臂落座式凸輪振動(dòng)和其它各種相鄰類型氣門搖臂震動(dòng)等部分綜合信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始?xì)忾T搖臂振動(dòng)的來(lái)源數(shù)據(jù)以及來(lái)源情況進(jìn)行綜合分析[2]。

（三）振動(dòng)信號(hào)優(yōu)化

氣門落座式振動(dòng)、氣門搖臂碰撞式振動(dòng)信號(hào)由于振動(dòng)幅值比較大，而且能譜性也比較高，是進(jìn)行氣門震動(dòng)的最主要信息來(lái)源，主要是因?yàn)槲覀冃枰ㄟ^(guò)優(yōu)化這兩個(gè)部件來(lái)區(qū)別振動(dòng)信號(hào);凸輪振動(dòng)、氣流振動(dòng)可以使得氣門在打開(kāi)期間發(fā)生高頻振動(dòng)，但是由于能量水平比較低，并沒(méi)有造成較大的損壞。并非是優(yōu)化的主要目標(biāo);燃燒和相鄰氣門的振動(dòng)并非在燃燒和相鄰氣門的工作階段就會(huì)產(chǎn)生，且對(duì)燃燒和相鄰氣門的振動(dòng)有很大的影響，并非是其優(yōu)化方向。

五、結(jié)論

以上的相關(guān)研究大部分都已經(jīng)集中應(yīng)用到了對(duì)各種噪聲采集來(lái)源的識(shí)別辨認(rèn)上，噪聲采集來(lái)源中的信號(hào)一般能夠按照電子工程學(xué)的方法對(duì)其分別進(jìn)行通道的噪聲采集，然后再對(duì)其進(jìn)行通道的噪聲盲源進(jìn)行分離，但在對(duì)振動(dòng)氣門機(jī)的振動(dòng)來(lái)源信號(hào)的噪聲測(cè)量中，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，并且都僅僅是一種小型運(yùn)動(dòng)件，難以同時(shí)進(jìn)行布置多種噪聲測(cè)量控制機(jī)構(gòu)，故而僅僅是一種屬于單通道的噪聲信號(hào)，需要對(duì)其分別進(jìn)行多少個(gè)通道的噪聲盲源進(jìn)行分離。基于此，筆者在課題研究中重點(diǎn)設(shè)計(jì)采用了基于新型單通道排氣盲源振動(dòng)分離分析技術(shù)的新排氣門矢量振動(dòng)圖像解析計(jì)算方法，并且通過(guò)對(duì)該新型排氣閥閥門振動(dòng)進(jìn)行了矢量振動(dòng)圖像解析的研究結(jié)果詳細(xì)分析了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門產(chǎn)生振動(dòng)的具體基本構(gòu)造及其產(chǎn)生影響的基本規(guī)律。

參考文獻(xiàn)：

[1]某小排量發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣機(jī)構(gòu)試驗(yàn)研究[J].黃旭，李沖霄，尹琪.汽車與新動(dòng)力.2020（02）.

[2]內(nèi)燃機(jī)零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[J].葛毅，鄒洪富，張靜.內(nèi)燃機(jī)與配件.2021（07）.