基于MEEMD的内燃机机体活塞敲击激励与燃烧爆发激励分离研究

提出了一种改进的集总平均经验模态分解(MEEMD)方法,并阐述了其实现过程。通过仿真实验,验证了MEEMD是一种更为优秀的自适应信号分解方法,不仅抑制了经验模态分解(EMD)的模态混叠问题,而且消除了集总平均经验模态分解(EEMD)中的非标准IMF分量、模态分裂和白噪声残余等问题。将MEEMD应用到内燃机振声信号处理中,以某柴油机为研究对象,对其机体上的振动信号进行MEEMD分解,分离其中的活塞敲击引起的机械激励成分与燃烧爆发激励成分,诊断主要振动源。

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性。

直喷式柴油机燃烧噪声和活塞拍击噪声的探讨

通过试验方法获取燃烧噪声的传递函数 ,并测量噪声和缸内压力信号 ,用时间窗获取包含活塞拍击噪声的燃烧噪声 ,并与缸内燃烧压力和传递函数计算所得的燃烧噪声进行比较分析 ,得到了活塞拍击噪声出现的频率范围。对活塞拍击噪声的特性进行了进一步分析。

发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的产生机理试验研究

为有效地控制发动机燃烧噪声和活塞敲击噪声,研究了振动噪声的产生机理,指出了发动机振动传递的基本途径。通过对发动机结构的传递函数试验发现,由燃烧气体力所引起结构表面的响应主要是通过内部传力部件进行,频谱特性呈宽带凸峰特性,而通过敲击缸盖和缸孔引起的振动响应主要发生在2 000 H z以上频段,频谱成尖峰特性,且结构模态效应突出。结合试验结果,最后提出了控制发动机燃烧噪声和活塞拍击噪声的方向,为改进设计提供了参考。

内燃机活塞拍击现象建模与仿真

根据活塞在实际工作过程中的受力,建立了考虑润滑油膜阻尼和摩擦作用的活塞拍击现象集总参数非线性动力学模型。依据活塞和缸壁可能的九种接触情况,分别建立其动力学微分方程,并采用变步长四阶龙格库塔算法编程对模型进行求解。模拟仿真得到活塞在气缸中的运动模式、活塞水平位移、活塞转角和活塞对气缸壁的敲击力。分析得到:在做功行程,燃气爆发压力引起的连杆作用力水平分量和绕活塞销的转矩是引起活塞拍击的主要原因;在吸气、压缩和排气行程,活塞惯性力引起的连杆作用力水平分量和绕活塞销的转矩是引起活塞拍击的主要原因。

内燃机活塞拍击及其噪声研究

根据内燃机活塞实际工作状态,建立了内燃机活塞拍击的动力学模型,采用四阶龙格库塔数值算法编程实现对模型的求解。在动力学模型得到试验验证的基础上,以缸壁接触等效质量的振动速度作为脉动球源的表面振动速度,同时采用有限元与边界元相结合的方式确定内燃机噪声辐射修正系数,从而建立起采用多极子辐射声场描述内燃机活塞拍击噪声的理论声学模型,实现了拍击噪声的定量描述。最后,采用声强法测量声功率试验证明了所建立的活塞拍击噪声声学理论模型的正确性。

柴油机活塞敲击振动影响因素研究

以某12150型柴油机为研究对象,分析了活塞的受力情况,建立了活塞敲击的动力学模型;进行了柴油机台架试验,并采集了倒拖工况下的缸内压力及机体振动信号;通过分析机体振动信号的时频特性及柴油机工作时序验证了敲击模型的准确性;基于此模型,分析了活塞在气缸内的运动规律,并分别研究了活塞装配间隙、曲轴转速对活塞敲击时刻及敲击动能的影响,揭示了活塞敲击激励与活塞装配间隙以及转速的本质联系,为利用振动信号监测缸套磨损状况提供了理论基础。

盲提取方法在柴油机活塞-缸套撞击信号提取中的应用

讨论了盲反卷积在机械振动信号处理中的应用以及盲反卷积中常用的模型和方法,利用信号和高斯信号之间的Kullback-Leibler距离构建目标函数,提出了一种以伪并行遗传算法为优化工具的盲反卷积算法,并通过仿真验证了算法的正确性。实验也证明,该算法能成功地从柴油机机体振动信号中提取出活塞-缸套撞击信号。

内燃机活塞拍击仿真分析

建立了活塞与缸体拍击的有限元模型,施加边界条件后进行了初步瞬态响应分析,发现缸体表面振动加速度仿真结果与试验吻合,验证了模型的正确性。基于此模型,分析了活塞在气缸内的运动规律,并分别研究了不同曲轴转速下的拍击力变化趋势、活塞销偏置量和活塞间隙对活塞拍击力的影响。结果发现:合适的负偏置和小的活塞间隙有利于降低活塞拍击力;在低转速时燃气爆发时刻的活塞拍击力占主要,高转速时燃气爆发时刻的拍击力相对不明显,为内燃机的性能改进提供了依据。

发动机连杆动力学特性对活塞拍击的影响分析

传统的发动机活塞拍击动力学研究,通常仅关注活塞与缸套之间的耦合振动,以活塞销附加质量近似模拟连杆往复运动惯性力对活塞运动的影响,且忽略来自发动机其他机件的动力学特性的影响。本文中基于运动机件的振动响应分析法,建立了考虑活塞、连杆、曲轴和缸体的运动与振动特性的发动机耦合振动模型。运用该模型分析了某型3.5L柴油机的活塞拍击力的产生机理,重点探讨连杆惯性力的不同假设和连杆的弹性振动特性对活塞拍击力的影响。发动机缸体振动响应的分析结果和实验数据的对比表明,连杆动力学特性对活塞拍击和发动机缸体振动响应有显著影响。

考虑活塞-缸套结构变形的活塞敲击运动特性研究

为分析活塞和气缸套结构变形对活塞敲击运动特性的影响,以某V型高强化柴油机为研究对象,借助AVL-Excite仿真计算平台,建立活塞动力学模型,计算活塞的运动特性参数。在此基础上探讨了活塞和气缸套结构变形与活塞运动特性和活塞敲击力的相关关系,以说明活塞和气缸套结构变形对活塞敲击力建模分析的重要性,并获得活塞敲击力的变化规律。研究结果表明:在活塞运动上、下止点附近活塞敲击运动出现频率较大,且具有较高的活塞敲击动能。活塞和气缸套的结构变形使活塞侧推力峰值略微减小,活塞敲击力幅值有所下降,同时活塞敲击缸套的频率降低。

柴油机活塞敲击及其振动响应机理研究

以某12150柴油机为研究对象,通过分析活塞的受力情况,建立了活塞敲击的动力学模型;完成了柴油机台架试验,并同步采集了缸内压力及机体振动信号;通过分析机体振动信号的时频特性及柴油机工作时序验证了敲击模型的准确性;基于此模型,分别研究了柴油机转速、负荷、温度以及活塞装配间隙对活塞敲击时刻及敲击动能的影响,揭示了活塞敲击激励与活塞装配间隙及转速等因素的本质联系,为利用振动信号监测缸套磨损状况提供了理论基础。

活塞气缸拍击特性及其磨损间隙变化关系

以某发动机气缸-活塞组为例,模拟了发动机气缸-活塞组中活塞的二阶拍击运动,根据二阶运动参数的模拟结果预测了气缸-活塞组件表面的磨损状态及磨损间隙。在此基础上,分析了气缸-活塞组间的间隙变化对活塞二阶运动的影响,获得了不同气缸套活塞磨损间隙的变化情况下,活塞在气缸套里做二阶运动时各种动态参数的变化规律。分析结果表明,所提出的方法能够有效预测因内燃机缸套活塞磨损间隙变化所引起活塞拍击特性的变化规律。

考虑发动机系统动力学与动力润滑耦合的活塞拍击分析

为降低活塞拍击、改善发动机振动噪声性能,考虑活塞-缸套表面粗糙度对润滑状态、活塞运动及活塞拍击影响,基于膜厚比建立活塞缸套动力学分析模型。结合考虑活塞、连杆、曲轴及缸体耦合振动的发动机系统动力学分析模型,建立考虑发动机系统动力学与动力润滑的活塞拍击分析模型,探讨活塞拍击现象。与传统的活塞-缸套非线性动力学分析模型进行对比分析,并结合缸体振动响应实验数据,讨论理论模型误差原因。

基于匹配跟踪的柴油机活塞敲击振动特征提取方法

以某12150型柴油机为研究对象,通过分析柴油机活塞敲击振动信号的时频特性,提出了基于组合阻尼正弦原子的匹配跟踪算法。利用该算法对仿真信号进行分析,发现相比单一正弦原子,组合阻尼正弦原子的匹配效率和准确度更高。采用该算法提取活塞敲击振动响应的发生时刻及能量值,结果表明提取的特征能够准确反映缸套的磨损状况,进而验证了算法的有效性和实用性。

发动机活塞拍击动力学分析及活塞表面磨损预测

针对活塞在缸内的拍击直接导致了活塞和气缸套摩擦磨损的问题,提出在多体动力学分析软件AVL-EXCITE中建立包括活塞、气缸套、活塞环组、活塞销以及连杆的模型,输入发动机相关结构参数和工况条件,进行了活塞拍击动力学仿真,利用模拟结果数据预测活塞表面磨损趋势和分析了活塞型线的变化.结果表明:活塞拍击运动参数随活塞和气缸套之间的间隙变大而增大,本来有中凸型线的活塞变成倾斜圆筒活塞.模拟结果跟实际观察结果相对比,二者有比较好的一致性.

基于统计能量分析方法的柴油机机体表面振动研究

针对柴油机活塞敲击力引起的机体表面振动,建立了统计能量分析子系统,利用试验方法获取了子系统的模态密度,并估算出不同频带内子系统的等效质量,进而得到子系统的内部损耗因子和耦合损耗因子。应用统计能量分析方法对ZH1110柴油机由活塞敲击引起的机体表面振动进行了计算,得到振动速度响应。通过与试验结果相比较,证明应用统计能量分析方法预测柴油机机体表面振动是可行的。

内燃机活塞拍击动力学模型研究

文中基于运动机构的振动响应分析方法,考虑活塞与连杆、曲轴及内燃机缸体的耦合振动对活塞拍击的影响,构建了内燃机活塞拍击动力学分析模型。应用本模型分析某型3.5 L柴油发动机的活塞拍击现象,通过对比研究空载、满载工况下缸体的振动响应证明了动力学模型的有效性。理论分析了空载工况下内燃机零部件耦合振动特性对活塞拍击冲击力、活塞回转角度、连杆重心加速度及活塞拍击对连杆运动、曲轴扭转振动响应、主轴承座反力的影响机理。

基于盲分离技术的柴油机活塞-缸套撞击信号提取方法

利用盲分离技术对柴油机活塞-缸套撞击信号进行分离,并通过计算机仿真和对实验结果的分析验证该方法的可行性。

柴油机主要振源循环平稳特性实验

在循环平稳理论的基础上讨论了柴油机振源循环平稳特性的分析方法,分析了柴油机激励源信号具有循环平稳特性的原因并用仿真信号进行了验证。从柴油机的特性出发设计测量气阀撞击激励源和活塞-缸套撞击激励源的实验,通过实测得到气阀应变和活塞应变,结合理论分析与实验结果计算得到激励源的循环平稳特性。结果表明,柴油机激励源信号的循环频率为转频的半倍频。