内燃机工况对气缸敲击振动的影响探究

张艳艳

摘要：在我国工业发展过程中，为了保障其自身得到有效成长，必须对工业领域进行全面优化。其中，在内燃机工与气缸敲击振动关系当中，可以通过建立相关的数学模型，完成有效测试，以根据其相关的计算模式，分析出其内部的相关比值。并通过有效的方程式，对其发动机转速、动力、扭矩等信息完成有效的平衡。因此，本文将就内燃机工况对气缸敲击振动的影响探究展开讨论，阐述内燃机的基本概述，分析内燃机的振动以及噪声，研究如何通过合理有效的方式对其进行有效优化。

关键词：内燃机工;气缸敲击;振动分析;影响探究

中图分类号：TH113.1                                   文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0034-02

0  引言

内燃机在设计过程中，为了保障其相关的内部组件，例如活塞组件等与气缸完成正常装配，通常会留有一定的间隙。在气缸内进行活塞运动时，其活塞轴线以及气缸轴线存在夹角，缸内气体在爆发时具有强大的冲击力，会在活塞侧面推动活塞撞击气缸壁，造成气缸敲击现象。活塞与气缸套之间其磨损加大，敲击现象会更为严重，不仅会对活塞组件以及气缸壁造成严重损坏，同时还会降低内燃机的使用性能，降低其自然生命周期。因此，为了有效研究内燃机不同工况下气缸敲击震动的特征变化，可以对其内燃机故障完成在线预警。

1  内燃机的基本概述

为了保障对内燃机工况对气缸敲击振动影响分析，就必须对内燃机完成全面认知。内燃机是一种动力机械，在使用过程中通过相关燃料转化为驱动力，将其热能转化为动力。内燃机不仅包含了活塞式内燃机、旋转活塞式发动机以及自由活塞式发动机等，其也包含了喷气式发动机[1-2]。活塞式内燃机在使用过程中，可以将燃料与空气混合，使其在气缸内进行充分燃烧。对于释放出的热能，可以使气缸内部产生高温的燃气，以推动内部零件活塞做功。并通过曲线连桿机构，推动内部活塞做功，完成机械功率的输出。作为工业领域应用范围较广且使用规模较大的器械，内燃机在我国拥有明显的发展趋势。

在运行过程中，内燃机分为不同类型，根据不同领域的应用，内燃机的类型可以实现一定程度的转换。内燃机可以将引擎性能作为综合指数，引擎的自身指标在业内通常被称为产业的重要决策。内燃机需要通过吸气、压缩、燃爆、排气等四个动作，完成整体动作流程。在活塞连杆机构与曲轴往复之间呈现一定的惯力系统;在曲轴平衡重在圆周循环中，因其平衡差造成的惯性离心惯性力;不同压缩比带来的气缸压力;三缸机的抖动大于四缸机。

2  内燃机的内部零件分析

了解内燃机的内部零件，可以对内燃机气缸敲击振动现象产生有效了解，内燃机的内部系统包含了七大结构，是一种多机构以及多系统组成的复杂仪器。

其一，内燃机内部的曲柄连杆机构。内燃机内部的曲柄连杆机构可以保证发动机实现工作循环，完成能量转换，是一种基本且重要的运动零件[3]。其自身由机体组活塞连杆组以及曲轴飞轮组等组成，进行运动做功。在此过程中，其活塞承受燃气压力，在气缸内作直线运动。通过连杆转换，对外输出相关动力。而在进气、压缩、排气等形成中，可以将其旋转运动转化为活塞的直线运动;

其二，配气机构。配气机构的使用功能可以根据发动机的整体工作顺序以及工作过程完成，起到定时开启、关闭气门或排气门，使可燃的混合空气进入气缸，并将燃后的空气由气缸内排出，实现换气。配气机构大多采用了顶置顶气门，一般由气门组、气门传动组、气门驱动组等组成;

其三，燃料供给系统。内燃机的驱动力为燃料驱动，因此可以根据发动机的需求配置相关数量以及浓度的混合气体，使其进入气缸内[4]。并在燃烧后，转化为动力。柴油机燃料供给系统在燃烧室内形成混合气体，实现燃烧;

其四，润滑系统。润滑系统可以保证运动的零件表面完成有效的活塞做功，对其表面输送清洁润滑油，可以减小摩擦力，避免机件磨损。并对零件表面进行必要的清洗以及冷却，润滑系统通常由润滑油道、机油泵、机油过滤器等组成;

其五，冷却系统。内燃机在运作过程中，将会产生大量的热能。因此，冷却系统非常重要，冷却系统的功能可以将受热零件吸收的部分热量及时发散，保证发动机以最适宜的温度工作。水冷发动机的冷却系统包含了水泵、风扇、水箱、节温器等;

其六，点火系统。点火系统在气缸内，靠电火花进行点燃。在汽油机的气盖当中，装有火花塞，在使用中火花塞头部伸入燃烧室内，可以对火花塞产生电极，点燃混合气体。点火系统通常由蓄电池、发电机、点火线圈、火花塞等组成;

其七，启动系统。在发动机由发动到静止——再由静止转到工作状态当中，必须实现启动系统。启动系统可以使活塞做往复运动，对气缸内的可燃气体进行混合燃烧，以实现必要的动力，驱动发动机实现运转。因此，曲轴在外力作用下，可以完成转换，保证发动机平稳运行，工程循环可以有效开展。曲轴在外力作用下，可以转化为发动机动力，完成启动过程所需的全部装置。汽油机由两大机构以及五大系统组成，分为曲柄连杆机构、配气机构、润滑系统、冷却系统、点火系统等。由此可见，内燃机作为一种精密的器件，其密封气缸是实现工作循环动力的源头，对不同气缸的作用可以实现往复运动，形成规律变化的密封空间燃料。在此空间内燃烧，可以产生充足的动力。

3  内燃机振动以及噪声分析

3.1 内燃机噪声分类

内燃机的整体噪声可以按照其产生机理，分为“结构振动式噪声”以及“空气噪声”两大种类。内燃机的相关机械零件在使用过程中，都会在震动作用下产生振动噪声，其结构表面不同，所产生的噪声音色也不同[5-7]。在混合气体燃烧动力当中，其产生的噪声可以分为燃烧噪声，而将传递气体的曲柄连杆机构产生的噪声，归为机械噪声。且由于燃烧机理不同，汽油机以及柴油机的噪声比例也不相同，据我国相关研究表明，柴油机的缸内压力较高，且压力增长率远高于汽油机。因此，柴油机的燃烧噪声远高于汽油机噪声。此外，柴油机喷射系统的压力比汽油机喷射较高，其带来的液体动力噪声也比汽油机严重。内燃机的机械噪声与内燃机的转速有密切联系，在高速运转时，其机械噪声是重要的噪声源头，结构振动噪声通过相关的振动系统引起结构振动，随后伴随空气振动而产生。空气动力噪声与结构振动噪声不同，其由于空气动力学的原因，在进气、排气过程中，均会产生一定的排气噪声，在噪声分类当中排气造成影响最大。

3.2 内燃机结构振动噪声传播路径分析

内燃机的结构振动以及噪声传递是一个较为复杂的流程，由各内部整体的机械零件以及震击力所产生。因此，必须认清其传播路径，才可进行后续结构振动以及噪声研究。因此，本文将就内燃机主要结构振动噪声进行分析，在噪声分析当中，内燃机在工作时，气缸内会产生脉动压力，通过两条途径对外进行噪声传播。其一，途径经过气缸盖以及气缸套、气缸体等直接传播;其二，通过活塞连杆、曲轴等进行传播。活塞敲击噪声在压缩点附近过程中，其通过活塞横向撞击，通过气缸套、气缸体外扩散噪声。而配气机构的主要噪声传播途径，通过气门传播。当齿轮进行作用力时，齿轮噪声便会产生。齿轮通过相关的输出装置，在摩擦力当中完成噪声传播。而在液体动力噪声当中，由于喷油压力周期变化，可以引起液体振动，可以传给燃油箱、油底壳等。

4  机体表面振动以及试验研究

在机体表面振动试验研究当中，可以对缸内压力信号进行采集，使用压力传感器在采集前进行校准。在实验当中，压力传感器在实验前两小时进行布置，同时标记气缸盖加工传感器安装后，使其可以与燃烧室内的燃气直接接触。加速传感器可以测量机体表面的振动速度，根据传感器的灵敏度进行调节，完成匹配，以保证电荷放大器到适当位置，完成后续测试以及试验。在机体前端、后端以及底部当中，选取适当的安装位置。根据测量位置的不同，以保證柴油机运转速度。需要注意的是，在电荷放大器的使用过程中，必须注重整体的传感效果，以防止被放大器击穿。

5  内燃机体表面振动试验结果分析

内燃机机体表面振动试验结果当中，根据震动信号的相关分析，可以得知在相关的函数领域当中，利用相关函数的性质，可以有效判断机体表面振动信号与活塞敲击作用的关系。将缸内压力进行获取，通过震动速度信号进行函数曲线分析。通过函数曲线可以得知，在绝大多数频率段内，机体表面的振动速度、信号与压力相干性极好，表明这些频率振动主要由气缸内部压力造成。在585Hz、644Hz、742Hz、2560Hz等频段速度，与燃气压力的相关性较差，表明此频段的振动有可能由活塞敲击力或其他原因所引起的。

例如，在400-1000Hz范围内，即可以根据活塞敲击所引起的振动速度以及振动实验值进行比较，以表明在此频段内，活塞敲击力对基体表面振动幅度贡献较大，占据主导地位;

在1000-2500Hz范围内，其整体振动曲线较远，甚至达到20dB，表明在频带内活塞敲击对机体表面振动率影响较小，机体表面振动影响因素可分为主轴承载荷力以及缸盖螺旋力;

在400Hz以下的频段内，其由活塞敲击力计算机体表面振动速度比综合试验结果还要大。因此，此频段内的预测结果不可取，也证明了统计能量分析方法在低频段预测中，不具备使用效果。

针对三缸机而言，三缸机的振动程度可以导致在振动中曲轴圆周率过程离心力不平衡的主要问题。应对此类方法，通常可以采取增加平衡重的重量。由于三缸机所面对的平衡重彼此间隔超过180°，三缸机在设计中，可以将两个同步缸设置为180°，另外一个与二者互为90°，在相关运作情况下，过重的平衡会消除离心惯性力。而另一种方法则可以让平衡对彼此形成240°角度，添加平衡轴的方式完成过渡。

6  结束语

综上所述，在内燃机工况对气缸敲击振动影响探究当中，根据不同数字的数值分析，可以明显得知敲击振动峰值以及其内燃机转速、负载与敲击震动峰值的关系。

参考文献：

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