Hilbert解调技术在柴油机失火故障诊断中的应用

　　失火是多缸柴油机的一种常见故障,多缸柴油机失火(Misfire)是指单个或几个汽缸无法着火燃烧的一种故障。在柴油机工作过程中,若出现失火故障,则容易导致柴油机性能恶化、经济性变差、振动噪声增大、可靠性变坏和排放污染增加等,严重时甚至无法继续运转,所以准确地判断各缸做功状况具有重大的意义。

　　目前对柴油机失火诊断的方法主要分为5类:

　　(1)基于扭振重构缸内压力法,这种方法是通过建立发动机的线性或非线性动力学模型,根据瞬时转速计算出瞬时转矩或缸内的气体压力来进行故障判断[1~4]

　　(2)振动诊断法,即采用小波神经网络,通过处理缸盖振动信号识别柴油机失火故障[5]。

　　(3)排气噪声诊断法,即利用排气噪声,提取其复杂度指标来判断是否失火的方法[6]。

　　(4)瞬时转速波形诊断法,即对瞬时转速波形进行傅里叶变换和相关分析法等,然后用阈值或Bayes决策理论来识别故障[7~11]。

　　(5)瞬态参数计算法,直接使用发动机各缸的瞬态转速或加速度与正常情况下的值相比较来判别故障的方法[12]。

　　以上这些方法各有利弊,第1种方法对故障判断的准确性高,但需要了解发动机的结构参数,而且算法较复杂;第2种方法测试简单,诊断速度快,但由于柴油机振动激励源到测点之间的传递路径比较复杂,对振动信号的分析处理要困难得多,诊断标准的建立比较困难,实际应用仍然受到很大的限制;第3种方法将非线性动力学参数应用在柴油机失火的

　　诊断中,是一种新尝试,但排气噪声测试本身存在一定的局限性,不易推广,且复杂度的计算也有待继续研究改进;第4和第5种方法计算量较小,且不涉及柴油机结构参数,能满足实时诊断的要求,在大负载情况下,虽能判断柴油机是否正常运转,却不能辨明出现故障的气缸号。

　　笔者针对6135G柴油机提出了利用柴油机曲轴瞬时转速,采用Hilbert解调技术提取柴油机扭振信息来判断是否失火的新方法。该方法几乎不存在安装问题,测试效率高,诊断速度快,易于推广。

　　1　柴油机扭振的调制原理

　　1·1　脉冲调制解调的基本原理

　　当轴匀速转动时,磁电式接近传感器输出的矩阵脉冲信号是均匀的,设曲轴飞轮的齿数为N,曲轴每转一圈磁电传感器输出N个脉冲,假设轴作匀速转动(无扭振发生),传感器所输出的均匀分布的脉冲序列信号的频谱由脉冲频率及其谐波分量组成,可用傅立叶级数表示为

式中:w0为轴的回转频率;N为每转脉冲数,显然Nw0即为齿通过频率;n为谐波阶次;Xn为n次谐波的幅值;θn为n次谐波的初相角。

　　1·2　柴油机扭振调制过程