楊香麗 晉亞斌

摘 要：活塞長時間運轉(zhuǎn)磨損導(dǎo)致間隙增大，產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象，影響機體振動噪聲。以四缸柴油機為例建立活塞模型，通過設(shè)置不同的活塞間隙模擬活塞在不同故障程度下的磨損情況。在AVL EXCITE Power&Unit中建立發(fā)動機總成模型，分析活塞敲擊對機體造成的影響。活塞敲擊力主要為橫向（Y方向）敲擊缸套，引起振動加速度橫向中高頻信號頻率能量增加，對水平和垂向及低頻幾乎沒有影響。

關(guān)鍵詞：活塞敲擊;故障診斷;振動頻率

中圖分類號：U467.3 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）04-152-03

Research on Piston Knocking Fault Diagnosis Method Based on AVL EXCITE

Yang Xiangli¹， Jin Yabin²

（1.School of Automobile， Changan University， Shaanxi Xian 710064;2.Shandong Linglong Tire Co.， Ltd.， Shandong Zhaoyuan 265400）

Abstract：?Long-term wear and tear of the piston will cause the gap to increase and the phenomenon of knocking cylinders. Taking a four-cylinder diesel engine as an example， and the piston wear levels is simulated by setting different piston clearances. An engine assembly model was established in AVL EXCITE Power & Unit to analyze the impact of piston strikes on the airframe. The piston striking force mainly hits the cylinder liner in the lateral direction （Y direction）， causing the mid-high frequency signal energy to increase， which has little effect on the horizontal and vertical and low frequency.

Keywords： Piston strike;?Fault diagnostic; Vibrational frequency

CLC NO.： U467.3 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）04-152-03

1?引言

發(fā)動機及其動力總成噪聲是汽車噪聲的來源之一。由于活塞與缸壁間有間隙，發(fā)動機在高速運行時會產(chǎn)生強烈的敲擊，增加對氣缸的磨損。通過對活塞組件的運動學研究能改善這種敲擊故障，對于改善活塞振動噪聲具有重要意義。

2 活塞敲擊理論及建模分析

2.1?活塞敲擊理論

活塞運動時會受到氣體壓力、往復(fù)慣性力和與缸壁接觸產(chǎn)生的摩擦力，活塞會受到缸套周期性變化的側(cè)向力。側(cè)向力在活塞上下止點附近會改變方向，造成活塞的橫向運動。發(fā)動機在高速大負荷工況下，活塞橫向運動會對缸套產(chǎn)生巨大敲擊力?；钊g隙增加導(dǎo)致敲缸，間隙越大活塞敲擊故障越嚴重。

2.2?建模分析

2.2.1?基于EXCITE PR的活塞建模

（1）研究采用的是排量為1.9L的四沖程直列四缸柴油發(fā)動機，模型包括活塞、活塞銷、連桿和氣缸套。

（2）對活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設(shè)置。

2.2.2?活塞敲擊故障模擬

（1）通過設(shè)置不同的活塞間隙模擬活塞在不同故障程度下的磨損情況。

（2）缸內(nèi)爆壓曲線可提前通過實驗測量得到。

3 活塞敲擊故障的振動特征分析

3.1?基于EXCITE PU的發(fā)動機動力總成建模

在EXCITE PU中建立發(fā)動機總成模型，活塞動力組件一般由GUID單元來模擬，缸套縮減為兩排節(jié)點，每排五個，分布于上下止點間的主、副推力面上。

3.2?有無故障時的振動分析

（1）正常狀態(tài)下振動情況分析。時域信號波動平穩(wěn)，由頻域信號可見振動能量主要集中在低頻段，中高頻段幾乎為零。

（2）不同磨損程度下的頻譜分析。

（1）低頻時振動能量無明顯變化，橫向（Y向）高頻時振動能量增加明顯。這是由于活塞敲擊力主要作用于Y方向，因此Y向振動特征受活塞敲擊力影響明顯。

（2）頻率大于2000Hz時，低頻雖有增加，但增加量與中高頻相比較小。說明隨著活塞磨損程度增加，活塞敲擊力會隨之增大，發(fā)動機振動噪聲增加，且極易產(chǎn)生敲擊故障。

4?結(jié)論

活塞磨損量增加及發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，活塞敲擊動能也會增加，而活塞敲擊主要影響中高頻能量，表現(xiàn)在Y方向振動能量增加，對低頻變化影響很小。出現(xiàn)活塞敲擊故障時，橫向振動頻譜中高頻段振動能量明顯增加，這可作為判斷活塞敲擊故障的特征依據(jù)。

參考文獻

[1] 朱圣柳，王蘇丹.往復(fù)活塞式發(fā)動機活塞橫向運動的研究[N].洛陽工學院學報，1992，13（2）：30-38.

[2] 杜燦誼，喻菲菲，曾祥坤.發(fā)動機活塞敲擊故障仿真與診斷分析[J].2013，205（2）：79-84.

[3] Xianhua Liu，R.B.Randall，Blind source separation of internal combus -tion engine piston slap from other measured vibration signals[J]， Mechanical Systems and Signal Processing，2005，19 （6）：1196-1208.

[4] 溫佩.以降低活塞敲擊力為目標的活塞運動學分析及優(yōu)化設(shè)計[D].天津大學，2009.