论文导读:：研究分析了柴油机爆发时缸盖振动信号出现两次峰值点的现象。通过对断油状态下缸盖振动分析、正常状态下缸盖振动与缸压信号对比分析、供油提前角及供油延迟的变化分析，阐明了双波峰现象出现的原因。通过对不同工况下缸盖振动、缸内压力、高压油管压力的分析，给出了双波峰在不同工况下的特点及其变化。缸盖振动的双波峰现象可以计算爆发延迟、喷油提前角、供油提前角，使用振动信号对缸压的计算中，通过分离供油冲击可以更准确地恢复缸内压力波形。通过供油提前角的试验数据计算验证了通过供油冲击计算供油提前角方法的有效性。
论文关键词：柴油机，缸盖振动，双波峰，压力升高比
柴油机是一种高速的往复式动力机械，缸盖振动信号是反映柴油机内部各部件之间关系的极其敏感的参数，它是缸内气体燃爆压力、进排气门落座冲击和进排气门开启气流冲击等多种激励综合作用的结果，同时还受到机身整体振动等其他因素的影响[1,2]。柴油机缸盖振动信号被广泛用于柴油机燃烧状况监测[3,4]、配气机构故障诊断[5,6]等应用中。
目前，利用振动信号进行柴油机故障诊断，虽然发展很快，但是基本上还处在试验室研究或中间实验阶段，其诊断理论和实践都有待提高[7]，本文通过对缸盖振动中爆发段的信号进行分析，提出爆发段双波峰的现象，分析了其原因及特点，为基于缸盖振动的故障诊断提供理论支持。
1缸盖振动中爆发段的双波峰现象
在柴油机缸盖振动监测中，对应于缸内爆发过程的信号有时能够观察到两个波峰，在部分工况下这两个波峰时域区分明显科技论文格式，部分工况下区分不明显，有时二者幅值相当，有时有较大差别，将此现象称为柴油机缸盖振动爆发段信号的双波峰现象。
图1是某12缸增压中冷柴油机进行台架试验测试时的缸盖振动测点，图2是在转速800r/min，扭矩600Nm工况下所观察到的双波峰现象。通过图2可以看出，柴油机振动信号在时域上有明显的2次冲击衰减振动过程，第一次时间较短，冲击过后迅速衰减，第二次时间较长，冲击过后其幅值在衰减过程中存在波动。
 
图 1缸盖振动传感器及其安装位置
         
图 2某型增压中冷柴油机爆发段
缸盖振动信号及缸压曲线
对不同型号的柴油机及不同的缸盖振动监测测点，能明显观测到双波峰的工况不同。在振动监测中没有观察到双波峰现象其原因可能是：测试工况不适宜，使得采集得到的振动信号双波峰现象不明显，即使观测到了双波峰，也会认为是由于信号的波动造成的。
2双波峰出现的原因及其特点
通过对某型增压中冷柴油机试验中采集的缸盖振动数据分析表明，双波峰出现的原因是发动机工作过程中供油冲击和爆发速燃期冲击的先后作用造成的。
2.1 断油故障中爆发段的缸盖振动信号
发动机断油故障设置如下：将左1缸高压油管出油阀处螺母完全拧开，此时喷油器完全不喷油，缸内压力过程等同于无爆发的倒拖过程。
图3是左1缸断油时的缸内压力曲线和左1缸缸盖振动（图1测点）同步采样的时域信号。在断油的情况下，原本出现在爆发时刻的振动冲击完全消失了，即可证明，爆发段的两个振动波峰不是由于缸套-活塞组及缸盖部位等的冲击激励引起的，而是由缸内爆发过程或者供油过程引起的。
图 3 断油时缸盖振动信号及缸压曲线
2.2振动的双波峰与缸内爆发的关系
一般地认为爆发段的振动冲击是由缸内爆发过程引起的[1,2]，并且爆发的冲击幅值是由缸内的压力升高比引起的，因此振动的幅值大小反映了缸内工作的粗暴程度。但是这种解释没有说明双波峰的问题。
从缸盖振动与缸内压力同步采样的时域曲线（图2）可以看出，双波峰的第一个波峰明显是在缸内爆发之前出现的，第二波峰对应的才是缸内燃烧的速燃期，因此，第一波峰的出现不是由于缸内爆发引起的。
通过分析可知在爆发前存在的这个激励只可能是高压供油系统的激励。喷油器的针阀其质量远小于进气门科技论文格式，因此该波峰不可能是针阀落座引起的论文格式模板。考虑到高压油管出油阀是在一定压力下打开的，出油阀打开时在高压油管内会形成一个压力冲击，该冲击到达缸盖处的喷油器时会撞击针阀。高压油管内的燃油压力可以高达100Mpa，因此其压力冲击足以引起与小负荷爆发相当的振动幅值。
2.3双峰中第一个峰的变化规律。
供油提前角中的供油始点是喷油泵工作时柱塞开始供油的瞬时 (柱塞泵以喷油泵出油阀升起为标志，分配式喷油泵以内凸轮顶起滚柱为标志)。由泵端开始供油到开始喷油，需经历压力波传递和燃油输送等过程，所以喷油始点比供油始点要迟后一定的角度[5]，且随转速、循环供油量变化时间延迟还有所变化。从缸内实际喷油开始到活塞到达上止点时曲轴转过的角度称为喷油提前角，喷油提前角与供油提前角之间时间延迟所占的曲轴转角称为供油延迟角。
柴油机供油延迟时间主要由燃油的可压缩性质，出油阀及高压油管的容积腔决定，因此对于定型的柴油机是不可以随意更改换高压油管的。对该型柴油机在高压油管出油阀端的串接式油管压力传感器（图4-a）和喷油器端的外卡式压力传感器（图4-b）的信号同步对比分析（图5）可以计算得到该型柴油机的供油延迟时间：在800r/min空载工况时为0.0012s，在2350r/min空载工况时为0.00147s。在供油量恒定时该时间随转速变化不大，但由于单位凸轮轴转角所占时间与转速呈反比，其所占曲轴转角则会随转速有较大变化。
   
a）高压油管出油阀端 b）高压油管喷油器端
串接油管压力传感器外卡油管压力传感器
图 4 高压油管压力传感器及其安装位置
     
图 5 阀端压力波、喷油器端压力波及上止点信号
对该型柴油机，以高压油管出油端串接的高压油管压力传感器（图4-a）压力波形（图6）上升沿对应的曲轴转角为供油提前角角 。出油阀端串接压力传感器测得的压力波到达喷油器端外卡压力传感器（图4-b）测量的延迟时间对应的曲轴转角为 。
图 6 1400r/min外特性工况下油管压力-缸压曲线
在上止点信号与振动同步采样的数据中（图7），第一峰出现的时间到上止点信号所用时间为 ，其所占的凸轮轴转角计算为喷油提前角 。
       
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