基于转速分析的装甲车辆发动机失缸判别方法研究

范江波

摘 要 转速分析是当前我国装甲车发动机失缸故障判别的一个主要技术措施。本文利用转速测试信号分析中的复杂度分析措施，开展了失缸故障判别方法研究。

关键词 转速分析 发动机 失缸故障 判别方法

在我国军事车辆研究中，装甲车辆故障维修技术研究占据着较为重要的位置。作为装甲车辆重要部件，车辆发动机故障维修研究是当前车辆维修技术研究的重要组成部分。特别是装甲车车辆失缸故障判别研究，对于提高装甲车辆应急维护质量与军事机动性起到了不可忽视的作用。因此，技术人员以装甲车辆发动机运行实际情况，开展了失缸故障判别研究。

一、发动机失缸故障的主要表现及主要检测方法

（一）失缸故障的主要表现

在军用装甲车运行中，失缸故障主要表现在装甲车运行中的多缸发动机中，发动机各缸燃烧不一致，进而造成了发动机出现转速存在波动性。在这种情况下，当发动机某一气缸出现失缸故障，进而造成发动机转速波动出现不平稳状态，就会影响发动机整体动力输出，进而降低车辆的运行动力性，并影响了车辆运行的经济性。特别是在军事行动中，车辆发动机失缸故障的产生会严重影响军事行动的正常运行。因此这一研究的开展，对于我国装甲车部队发展有着特殊的军事意义。

（二）失缸故障主要检测方法

在当前我国发动机失缸故障维修中，常用的检测方法包括以下几种方式：一是直接对发动机各缸燃烧压力进行测量;二是对发动机输出扭矩法进行测量;三对发动机运行中的瞬时转速进行测量;四是对车辆排气成分进行测量分析。在实际的车辆维修管理中，技术人员发现直接测量发动机各气缸压力与输出扭矩的测量方式，其检测方式过于困难;排气成分检测分析方法，检测中需要使用专业化的气体成分分析仪设备，因此检测难度与成本较大。因此，在实际故障检测中，技術人员采用了转速测量方法用于故障检测。但是在实际检测中技术人员发现，转速量值诊断过程中，其检测数据精度较低，进而影响了检测质量。

二、发动机转速测量方法

（一）测量方法

在此次研究中，技术人员选用了12150L柴油机系列装甲车。试验设计中，技术人员根据发动机转速表电子结构，采用专用的电子接口与转速表进行连接，直接测量发动机转速传感器瞬时输出信号。在实验中，技术人员为了确保实验的准确性，使用了实车模拟试验方法，即使用断缸方式模拟了主要气缸发生失火故障情况。其主要的实验内容是模拟气缸高压油管与喷油器连接螺母拧松状态下，进而出现燃油泄漏，燃油压力不出现的燃油燃烧不足问题。在实验设计中，发动机设计转速为1000r/min，测试仪表采用系统分别测试发动机在正常运行、燃烧不良以及发生失缸故障三种状态下，发动机转速表的转速信号。

（二）测试信号分析

技术人员根据实验分析结果发现，车辆发动机在运行中由于各气缸运作中提供的动力不稳定或发生失缸故障情况下，气缸动力不稳定，进而造成了发动机转速失稳状况，其在转速信号测量中都可以得到表现。气缸正常运行状态下，其转速信号较为稳定，但是当气缸出现燃烧不良，甚至失缸故障情况，信号检测装置接收到转速信号基频幅值出现了明显的降低，同时其高次谐波幅值出现了明显的衰减，且其高频分量有了明显增加。根据信号分析，技术人员发现在发动机出现燃烧不良，甚至发生失缸故障状态的情况下，由于各气缸运行不均匀问题，就会造成发动机转速发生不平稳状态。因此通过转速测量可以有效地反映发动机运行中的失缸故障。

三、发动机运行转速复杂度分析

在发动机失缸故障测量中，技术人员发现其转速信号频率是一个逐步的变化过程，这种情况也可以理解为发动机转速信号序列发生了变异，而这种变异过程也可以用复杂度来衡量。因此，复杂度也已经成为发动机失缸故障时间序列分析中重要的非线性指标。在实际的测量中，其主要体现了时间序列接近随机性程度，其在测量中可以有效地反映动力学系统动态特征。目前，这一指标已经成为发动机转速测量的重要内容。

在此次实验中，技术人员对测量信号的复杂度的分析过程是将实验测定时间序列复杂度，使其成为衡量此时间序列中所包括的信息量的指标。因为此次实验采用了V型12气缸发动机，其爆发间隔角度为600。其实际的气缸爆发顺序如图1所示。

在实验中，技术人员根据爆发顺序，将发动机工作循环内的转速信号划分为12个工作阶段，在此次实验的复杂度计算过程中，计算人员对信号进行计算。技术人员在实验中发现，发动机在正常运行状态下，转速信号复杂度变化处于较为平缓的状态。而在失缸运行状态下，测试到的转速信号复杂度波动较大。同时，在气缸运行不良的情况下，转速信号复杂度与正常状态情况下基本相同。因此，利用气缸转速信号复杂度信号对发动机失缸故障进行判断是一种有效的测试方法。

（作者单位为66058部队）

参考文献

[1] 乔新勇，刘春华，谢晓阳，张小明.基于转速分析的装甲车辆发动机失缸判别方法[J].兵工学报，2011（08）.

[2] 刘世元，杜润生，杨叔子.利用转速波动信号诊断内燃机失火故障的研究（2）——波形分析方法

[J].内燃机学报，2000（03）.