内燃机配气机构气门振动解析方法研究

牟文超

摘要：本文对比了采用经验模态振动分解（emd）分析方法等进行了解析，对民用内燃机柴油配气输送系统各传动部件的短时气门振动进行了振动解析求解，结果显示;方法的振动解析由于系统设计操作过程简便，具有很强的自动化适应能力，但是还不足以有效解决不同频率模态混叠的复杂问题;由于日常短时空间的分辨率与物频速度数值的不同，分辨率之间的相互作用能力受到了很大限制。存在一个用于解析数据精度较低的数据空隙大小缺陷的方法，可以处理整个计算机的大量数据。解析的整个过程很复杂，但是最佳的图像解析度是精确的。通过运用分析方法，原始的凸轮气门摇臂加速度振动信号来源可以被简单地区别分解成三种：凸轮气门加速度、燃烧碰撞振动等振动控制信号，其中相邻气门摇臂落座碰撞振动、气门落座摇臂上的碰撞冲击振动都可能是产生气门落座振动的最主要信号来源，应该对此进行重点分析改善。

关键词：内燃机;配气机构;气门振动

一、引言

配气装置机构是整个柴油机重要的组成部分，控制着整个柴油机在换气运行过程，其结构设计与否合理将会直接关系到柴油机的动力特性、经济效益、排放速度水平、噪音水平、振动速度水平以及工作的可靠性。其中，配气机构的流体动力学性能和振动特点直接影响气门的逆跳运动特点、密封性、可靠度和气门使用寿命[1]。

二、气门加速度信号检测

通过检测出一个气门的加速度信号，我们可以了解到气门的振动性质。气门振动信号主要指的是多种振动信号相互结合而产生，要想更好地研究各种气门振动的特性，就必须要深入地研究各种气门加速度信号的具体构造及其对气门振动的影响，即能够实现对气门振动信号的理论解析。

三、气门内的振动检测信号的精确解析

当前，已经可以直接通过针对气门内的振动信号解析的各种试验方法来进行实现，也甚至可以直接尝试通过对一个气门内的加速度振动信号的解析分解。振动时频解析试验主要原理是通过在每次试验中逐渐地分析拆除与之振动相应的不同振动源内部所有零件，测量计算出每次拆除前、后的零件整体时频振动，并通过时频对比数据分析其时频振动变化的频率分布，从而通过判断计算出一个不同振动源的时频振动变化及其分布。它主要是一种在气门振动内部分解分析试验中常见的振动分部试验方法，该振动分部法被广泛认为为也是最直接、最有效的一种气门气体振动内部分析方法，但其分部试验操作过程较为繁琐。可以将分部法与频域分析法相紧密结合，先后进行多种小型进气引擎和柴油发动机之间噪音源的分析辨认。还可以采用系统工程法和系统分部法进行检查，检测到各气门配气传动机构的高转速和低振动转速下各种气门噪声的不同音量数值及各个气门不同加速度，并根据系统计算法和分析结果所得各种气门噪声不同音量数值之间的气门加速度噪声占比，对照各个气门不同加速度的噪声音量数值和噪声频率进行分布，确定各种不同噪声音值产生的主要原因和产生机理。

在首次深入提出了独立盲源振动分离的高效性和可解性后，随着振动信号隔离处理分析技术的进一步成熟发展，盲源振动分离分析技术的逐渐成熟，为独立气门分量振动隔离信号的高效隔离解析和科学分析应用提供了具体的分析方法，如小波分析、独立气门分量隔离分解和气门经验模态隔离分析等。使用独立信号分量进行分析统计算法，将频域混叠式高压内燃机组的噪声检测信号分量进行了独立分离。先对两台内燃机的时频噪声分离进行噪声分离，再然后利用连续小波变换对噪声分离结果噪声进行了时频噪声分析。为了有效克服模态性能分量冗余的复杂问题，提出了一种可以具有独立模态性能分量的实际综合应用，也称为经验模态性能分解的统计方法，创新性成功地将两种方法可以紧密结合在一起，二者的模态性能分量可以自相互补，得到了正确的交目相互独立的模态电子分量。在这个基础上，对随机分离后的不同噪声源和信号分别进行了变换，完成了对不同噪声源的准确辨认，并对此技术进行了多个实验室的验证。

四、内燃機配气机构气门振动解析

（一）解析方法辨析

EMD方法虽然可以做到解析实际频率时间混叠解析过程简便、自由和适应，但是并且仍然不能有效地做到解决实际频率时间混叠的复杂问题;STFT方法由于计算时间混叠分辨率与实际频率混叠分辨率之间的相互作用程度受到了很大制约，解析的过程精度较低;CWT方法虽然其进行计算高频数据时的容量大，解析的各个过程繁琐复杂，但是其中的两个解析过程精确性最高，且其进行解析后的效果也最佳。

（二）CWT分析方法

通过采用CWT分析方法，原始的凸轮气门摇臂加速度综合信号数据可以被识别分解成不同类型：凸轮气门加速度、燃烧式凸轮振动、气门拉杆摇臂凸轮碰撞式凸轴振动、凸轮碰撞震动、气流式凸轮振动、气门摇臂落座式凸轮振动和其它各种相邻类型气门摇臂震动等部分综合信号，实现对原始气门摇臂振动的来源数据以及来源情况进行综合分析[2]。

（三）振动信号优化

气门落座式振动、气门摇臂碰撞式振动信号由于振动幅值比较大，而且能谱性也比较高，是进行气门震动的最主要信息来源，主要是因为我们需要通过优化这两个部件来区别振动信号;凸轮振动、气流振动可以使得气门在打开期间发生高频振动，但是由于能量水平比较低，并没有造成较大的损坏。并非是优化的主要目标;燃烧和相邻气门的振动并非在燃烧和相邻气门的工作阶段就会产生，且对燃烧和相邻气门的振动有很大的影响，并非是其优化方向。

五、结论

以上的相关研究大部分都已经集中应用到了对各种噪声采集来源的识别辨认上，噪声采集来源中的信号一般能够按照电子工程学的方法对其分别进行通道的噪声采集，然后再对其进行通道的噪声盲源进行分离，但在对振动气门机的振动来源信号的噪声测量中，由于其结构紧凑，并且都仅仅是一种小型运动件，难以同时进行布置多种噪声测量控制机构，故而仅仅是一种属于单通道的噪声信号，需要对其分别进行多少个通道的噪声盲源进行分离。基于此，笔者在课题研究中重点设计采用了基于新型单通道排气盲源振动分离分析技术的新排气门矢量振动图像解析计算方法，并且通过对该新型排气阀阀门振动进行了矢量振动图像解析的研究结果详细分析了一台发动机的排气门产生振动的具体基本构造及其产生影响的基本规律。

参考文献：

[1]某小排量发动机可变配气机构试验研究[J].黄旭，李冲霄，尹琪.汽车与新动力.2020（02）.

[2]内燃机零部件结构设计及应用研究[J].葛毅，邹洪富，张静.内燃机与配件.2021（07）.