一种基于质心广义力识别的发动机失火故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，包括以下步骤：(1)、获得发动机悬置系统的坐标、发动机的惯性参数以及悬置系统各主轴的动刚度、各主轴与定坐标系各轴的夹角；(2)、测试发动机稳态工况下的振动加速度响应信号；(3)、利用加Hanning窗的离散频谱校正技术比值校正法提取悬置系统的振动加速度响应信号各谐次成分的幅值、相位和频率；(4)、利用步骤(1)和步骤(3)的结果利用下面的公式识别发动机质心广义力：

【技术实现步骤摘要】
一种基于质心广义力识别的发动机失火故障诊断方法
本专利技术属于机械设备故障判断及信号处理
，涉及一种发动机失火故障判断方法，尤其涉及一种基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法。
技术介绍
振动分析法是通过测取发动机工作过程中缸盖或缸体的振动信号，并对其进行分析处理提取故障特征，得出振动信号特征参数，根据特征参数变化规律从而判断发动机的故障。1996年，英国曼彻斯特大学的F.Gu和A.D.Ball等在实验的基础上，得出柴油机喷油器的振动主要由针阀开启、落座时的撞击和高压燃油流动引起，他们通过在喷油器顶部或座上吸附振动传感器，采集振动信号，利用时频分析、包络分析，对上述参数进行估计，实现了燃油系统的故障诊断。B.Samimy和G.Rizzoni等利用时频分析方法研究了内燃机爆燃敲缸故障的诊断，采用Choi-Williams分布以减少交叉干扰项，使得不同工况下的时频分布区别更加明显，故障特征显著。1999年，刘世元等利用发动机缸盖和喷油器、气门摇臂座、螺栓等部件的振动信号，着重分析了缸盖振动信号的时间特性和循环波动性，并提出了消除波动性的一些措施。2002-2003年，中国科技大学的贾继德、孔凡让应用发动机振动信号对发动机故障诊断进行了较为深入的研究，他们对发动机的常见异响故障(活塞敲缸响、活塞销响、气门响、气门挺杆响、曲轴轴承响及连杆轴承响等)的产生机理进行了分析，主要采用时域法和频域法对发动机表面振动信号进行分析，并给出了发动机常见故障信号的特征提取和识别方法。2006年，有人采用倒频谱法基于缸盖表面振动加速度信号对缸内压力进行了重构，即根据已知的振动加速度信号和缸内压力信号获得系统的传递函数，基于传递函数实现缸内压力的重构。赵纪元等采用实验的方法，从缸盖系统所受的激励和响应两个方面进行分析，指出缸盖系统最主要的激励力是气门落座冲击和气体压力，利用缸盖响应高频部分能量的变化来检查排气门漏气故障，取得了较为满意的结果。2009年，JerzyMerkisz等指出燃烧时段在活塞运动方向上，机体的振动加速度信号对燃烧激励最为敏感，发生失火故障时，燃烧时段振动加速度信号幅值明显减小，利用活塞运动方向上的机体振动加速度信号的幅值变化可实现失火故障检测。2012年，L.Barelli和E.Barluzzi等直接测试缸盖表面的振动加速度信号，利用离散小波变换和巴什瓦定理分析加速度信号的能量分布诊断缸内燃烧故障。2013年，杜灿谊和丁康基于缸盖振动加速度信号的振幅波动，监测发动机失火故障，以缸盖振动时域信号冲击，监测配气机构气门间隙过大和凸轮轴承松脱等故障。2014年，AbhishekSharma等提取缸体振动加速度信号，计算信号的样本标准差、样本方差、峭度等统计特性，通过多种决策树算法筛选信号特征，区分发动机正常与失火故障。但是，作为基于响应信号的故障诊断方法，受发动机结构、环境、温度等外部条件的影响和传感器的安装位置的影响较大，只能对特定的发动机、少数的部件和故障类型比较有效，缺乏普适性。2013年王国彪指出虽然单故障诊断通常容易实现，但在推广使用时，其精度不高、泛化能力不强和通用性较差，制约了其在工程中的应用。此外，有人提出，可以利用气缸压力信号进行气门间隙监测与故障诊断，从气缸压力信号二进小波分解的尺度信号中包含有气门间隙大量的状态信息，但是直接对气缸压力进行监测在传感器的安装方面有一定的困难，而且对于与燃烧无关的一些机械故障，从气缸内压力信号中无法判定故障的类型与位置。鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的发动机失火故障判断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，该方法能提高失火故障判断的灵敏性。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获得发动机悬置系统的坐标、发动机的惯性参数以及悬置系统各主轴的动刚度、各主轴与定坐标系各轴的夹角；(2)、测试发动机稳态工况下的振动加速度响应信号；(3)、利用加Hanning窗的离散频谱校正技术比值校正法提取悬置系统的振动加速度响应信号各谐次成分的幅值、相位和频率；(4)、利用步骤(1)和步骤(3)的结果利用下面的公式识别发动机质心广义力：(5)、分析发动机质心广义力振动信号的特征，辨别发动机失火故障。进一步地，其中，所述步骤(1)中的发动机的惯性参数包括质心坐标、质量、转动惯量和惯性积。更进一步地，其中，所述步骤(2)具体为：在悬置点上安装振动加速度传感器，将发动机设置在稳态工况，利用振动噪声信号采集系统测试悬置点的振动加速度信号。再进一步地，其中，所述步骤(5)具体为：无故障时，四缸发动机只有二次往复运动惯性力不平衡，对于直列四缸发动机来说，其振动以2、4、6谐次为主；若为一缸失火，发动机其余三缸气体爆发激励力组成另一变化周期，其变化频率为发动机转速的一半，质心广义力出现0.5阶，1阶，1.5阶，2.5阶等以0.5阶次为倍数的频率成分幅值有大幅度的增长；若为相邻缸失火，失火造成质心广义力频率变化，曲轴每旋转两周，出现一次失火，0.5阶次频率成分突出；若为间隔缸失火，1、4缸间隔缸失火造成气体爆炸激振频率为原来的一倍，质心广义力振动信号出现明显的1阶次及其倍频成分。与现有的发动机失火故障判断方法相比，本专利技术的基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法具有如下有益技术效果：发动机绝大部分故障的直接表现是在发动机质心广义力的变化方面，本专利技术选取发动机质心广义力作为监测对象，对故障的敏感度高，受外部环境与测试条件的影响较小，因此将发动机质心广义力作为发动机失火故障诊断的监测对象对于完善发动机故障诊断方法具有重要的理论指导意义和实用价值。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步说明，实施例的内容不作为对本专利技术的保护范围的限制。实现发动机运行状态监测、故障预测与诊断的前提是选取合理的监测和分析对象，以便在发动机运行动态信号中准确提取出故障征兆，因此监测对象必须对故障具有较高的敏感性、稳定性、唯一性和便易性。当故障产生时，监测对象的特征能够随之发生改变；环境和工况的改变不会影响其特征的变化；对应不同的故障，监测对象具有不同的特征；监测对象还应便于获取，能够在发动机的运转条件下直接测试。对于发动机状态监测来说，监测对象的测试和特征变化还应具有实时性的特点。而发动机绝大部分故障的直接表现是在发动机质心广义力的变化方面。选取发动机质心广义力作为监测对象，对故障的敏感度高，受外部环境与测试条件的影响较小，因此将发动机质心广义力作为发动机失火故障诊断的监测对象对于完善发动机故障诊断方法具有重要的理论指导意义和实用价值。发动机质心广义力中包含各缸的燃烧状况信息，发动机质心广义力具有对故障的敏感度高，受外部环境与测试条件的影响较小等特点。发动机故障质心广义力的变化可直观地与发动机故障建立联系，利用发动机质心广义力包含的故障信息，建立分析对象特征与故障之间的明确映射关系，可以进行发动机失火故障诊断。下面介绍发动机质心广义力的识别原理(具体识别原理见参考文献：ChuanyanXuandFengpingCao.Engin本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获得发动机悬置系统的坐标、发动机的惯性参数以及悬置系统各主轴的动刚度、各主轴与定坐标系各轴的夹角；(2)、测试发动机稳态工况下的振动加速度响应信号；(3)、利用加Hanning窗的离散频谱校正技术比值校正法提取悬置系统的振动加速度响应信号各谐次成分的幅值、相位和频率；(4)、利用步骤(1)和步骤(3)的结果利用下面的公式识别发动机质心广义力：

【技术特征摘要】
1.一种基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、获得发动机悬置系统的坐标、发动机的惯性参数以及悬置系统各主轴的动刚度、各主轴与定坐标系各轴的夹角；(2)、测试发动机稳态工况下的振动加速度响应信号；(3)、利用加Hanning窗的离散频谱校正技术比值校正法提取悬置系统的振动加速度响应信号各谐次成分的幅值、相位和频率；(4)、利用步骤(1)和步骤(3)的结果利用下面的公式识别发动机质心广义力：(5)、分析发动机质心广义力振动信号的特征，辨别发动机失火故障。2.根据权利要求1所述的基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，其特征在于，所述步骤(1)中的发动机的惯性参数包括质心坐标、质量、转动惯量和惯性积。3.根据权利要求2所述的基于质心广义力识别的发动机失火故障判断方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐传燕，乔意，徐海云，曹凤萍，富文军，杜灿谊，张绍辉，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东,37