斯太尔WD615系列柴油发动机扭振测量与分析

图 2 测试系统硬件组成框图
3 扭振测试流程及条件
全转速范围内 ,由低速到高速 (或相反) 逐步测 量 ,转速变化的步长选 25 r/ min 。获得各稳定转速 下扭振信号后 ,再利用软件进行处理和分析 ,得到发
图 3 两种稳定转速下扭振波形
图 4 为分谐次扭振角振幅 - 转速图 ,据此可知 : (1) 从综合谐次也同样能看出 ,在发动机转速范 围内 ,扭振角振幅都在规定限值范围之内 。
扭振测试系统由软硬件两部分组成 。硬件组成 框图如图 2 所示 。安装传感器和信号齿轮时 ,保证 传感器中心线通过信号齿轮中心 ,且与轮齿齿端间 际为 0. 5 mm 左右 。该传感器整合了图 1 中位移传 感器 、常通滤纸和信号调理三个功能元件 ,因此其主 要功能为 :当发动机运转时 ,感应出携带扭振信息的 信号 ,并对信号进行滤波 、调理整形等 。采集卡为独 立便携式元件 ,它整合了图 1 中占空比计数电路和 高频脉冲发生器等功能元件 ,其功能为对传感器输 出方波脉冲进行占空比计数 ,并将计数值储存于缓 冲区内供微机使用 。采集卡与微机通过 U SB 接口 通讯 。测试系统软件为一套标准的 Window s 程序 , 它在读取硬件采集卡缓冲区中的计数值 (即时间序 列) 后 ,对时间序列进行各种变换处理 ,进而实现瞬 时转速测量及其波形显示 、数字信号中畸点处理和 数字滤波 、扭振角振幅的计算及各稳态转速下扭振 时域波形的绘制 、频谱分析及频谱图绘制 、各谐次幅 值提取及扭振幅频特性拟合 、试验报告编辑打印等 功能 。
(3) 通过改进控制器励磁电流回路以及相应程 序的控制算法 ,经过试验调试 ,最终实现低转速 、中 高负荷的比较好的控制效果 ,并在其他发动机上实 现完全的稳定控制 。
参考文献 :
[ 1 ] 严兆大. 内燃机测试技术[ M ] . 杭州 :浙江大学出版社 ,1993. [ 2 ] 韩 印. 改善 BJ 492Q 汽油机燃烧性能的试验研究[J ] . 佳木斯
大学学报 (自然科学版) ,2000 (3) :4～8. [ 3 ] Liu Y , Pan Z C. Fuzzy logic cont roller for generator excitation
cont rol [ M ] . New York : Power Proceedings ,1998.
文章编号 :1000 - 0925 (2006) 02 - 078 - 03
270040
斯太尔 WD615 系列柴油发动机扭振测量与分析
李松和1、2 , 俞小莉1 , 周 迅1 , 李红珍3 , 李京鲁3 , 陈超平3 ( 1. 浙江大学 动力机械及车辆工程研究所 , 杭州 310027 ; 2. 解放军汽车管理学院 ; 3. 杭州汽车发动机厂)
第 27 卷 第 2 期
内 燃 机 工 程
Vol. 27 No . 2
2006 年 4 月 Chinese Internal Co mbustio n Engine Engineering Ap r. 2006
(1) 扭振角振幅都未超出规定限值 0. 25°。 (2) 在未进行滤波处理之前得到的各稳态转速 下的扭振波形 ,在低速时有很大的扭振振幅 ,而且振 幅朝向一方偏置 ,说明在低速时 ,受到转速波动及滚 振引起了过大的虚假扭振信号 ,这部分虚假的扭振 信号振幅在低速时所占比例成份很大 ,高速时受到 滚振影响相对要小 。滤波处理后 ,扭振波形明显改 善 ,低速时扭振振幅大幅下降 。 (3) 最大扭振角振幅变化比较平缓 ,大部分转速 下都处在 0. 15 °～0. 20 °范围内 ,没有很危险的临界 转速出现 。
动机的扭振时域波形和谐次幅频特性 。为反应真实 的扭振情况 ,试验前内燃机应进行预热运转 ,待到水 温 、油温等达到正常工作状态时 ,才进行数据采集 。 为省去部分负荷与全负荷下扭角的换算过程 ,试验 按发动机的外特性在全负荷工况下测试 。
4 测量数据分析
图 3 为某两种稳定转速下曲轴测点处的时域扭 振波形 。根据发动机整个工作转速范围内的稳定转 速下时域扭振波形可知 :
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空比计数 ,即可得到每个信号齿轮轮齿转动对应的 晶振次数 。对这一系列晶振次数 (即时间序列) 进行 式处理 ,即可提取出扭振信号 。设轴系转动 i 个齿 的时间为 t i ,ω为 t i 时刻瞬时转速 ,ω为测量工况下 的平均转速 ,则 ti 时刻曲轴测点处扭振角振幅为θi
∫ ∫ ∫ i
收稿日期 : 2004211225 作者简介 : 李松和( 1970 - ) ,男 ,硕士 ,主要研究方向为汽车技术使用 、故障诊断及发动机振动测试技术 , E2mail : lisonghe2002 @163. com。
2006 年第 2 期 内 燃 机 工 程
Key Words :I. C. Engine ;Diesel Engine ; Torsional Vibration ;Measurement Technique
中图分类号 : T K427
文献标识码 :A
1 概述
斯太尔 WD615 系列发动机是杭州汽车发动机 厂采用欧洲引进技术生产的高速柴油机 。该系列发 动机原配德国哈森公司的硅油减振器 ,价格昂贵 ,为 此 ,改用匹配国产扭振减振器 。为准确了解该系列 发动机装配国产减振器的减振效果 ,应用浙江大学 新研制的高精度数字化扭振测量系统 ,对该系列发 动机的曲轴扭振状况进行了台架测试 。
Measurement and Analysis of Torsional Vibration of Syster WD615 Series Diesel Engines
L I Song2he1 ,2 ,Y U Xiao2li1 , ZHOU Xun1 ,L I Hong2zhen3 , L I Jing2lu3 , CHEN Chao2ping3
(1. College of Mechanical and Energy Engineering , Zhejiang U niver sit y , Hangzho u 310027 ,China ; 2. Auto Management College of PL A ;3. Hangzho u Auto Engine Wo rk)
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内 燃 机 工 程 2006 年第 2 期
(2) 综合扭振角振幅随转速的增大有上升趋势 , 在 2 100 r/ min 左右振幅达到最大值 。
(3) 6 谐次扭振在发动机转速范围内出现共振峰 值 ,临界转速约为 1 900 r/ min ,但此时综合扭振角振 幅并未超出限值 ,所以对发动机的危害不大 。
θi = (ω- ω) d t =
i
ωd t -
i
ωd t
=θ0 i - θ0
ti
0
0
0
t
= θ0 i - ti = θ0 i - ki T = θ0 i - ki
t
kT
k
式中 θ, = 360/ Z ,为每个轮齿对应的角度 , Z 为齿轮 齿数 ; t为转动一个齿的平均时间 ,s ; ki 为转过 i 个齿 的总计数值 ,即 i 个齿对应晶振次数的累加 ; k为转 动每一个齿的平均计数次数 ; T 为计数时钟的计数 周期 ,s 。 2. 2 测试系统组成及其主要功能
Abstract :U nder t he f ull load co nditio n , t he to rsio nal vibratio n characteristic of Syster WD615 diesel
engine wit h ho memade bumper was measured t hro ugh t he high p recisio n digital test system developed by Zhejiang U niver sit y o n t he test2bed. The synt hetical analysis result s of tor sio nal vibratio n wave and charac2 teristic curve of amplit ude2rotating speed show t hat t he ho memade dumper is effective.
(4) 从 4. 5 谐次曲线的发展趋势看 ,可能会出现 扭振角振幅峰值 ,但这是已经超出了发动机工作转 速范围 ,所以可以不予考虑 。
(wk.baidu.com) 其它谐次扭振振幅都非常小 。
5 结论
从上述试验结果分析可知 ,所选配的国产扭振 减振器与发动机曲轴轴系匹配合理 ,能起到很好的 扭振减振作用 。
图 4 分谐次扭振角振幅 —转速图 (1 900 r/ rmin)
(编 辑 :缪 军)
(上接第 77 页) 位置发生了变化 ,这是因为改进前后的数据分别是 在夏天和冬天进行试验获得的 。由于发动机特性曲 线与试验时的室温 、大气压等环境因素有关 ,所以两 次试验的时候发动机特性曲线也有所变化 ,这说明 了上述的分析是正确的 。
为了进一步观察控制器的控制效果以及确认对 于不稳定点出现的原因分析正确与否 ,继上述试验 之后更换 492 发动机为 A8 发动机 ,并重复上述部分 负荷速度特性试验 。从试验数据结果可以看到 ,系 统没有出现不稳定点 。A8 发动机相对于 492 发动 机来说 ,是国内比较新型的发动机 ,一方面缸内燃烧 比较充分从而扭矩波动较小 ,另一方面发动机的输 出特性曲线与测功机的制动特性曲线比较匹配得比 较好 ,两曲线相交点不存在不稳定点或者半稳定点 , 也是对上述分析和论证进一步肯定 。
5 结论
(1) 根据发动机 - 测功机系统的稳定运行条件 , 以及对于该系统的特性匹配分析 ,可以发现 :要实现
测功机恒转速控制 ,需要通过转速闭环控制来改变 电涡流测功机的自然特性 ,使它的负荷特性变为恒 转速特性 。
(2) 所得的转速特性曲线存在斜率 ,且受测功机 励磁电流加载滞后时间制约 。扭矩的波动也对恒转 速控制效果有影响 。对于这种现象最根本的解决办 法就是尽可能地提高系统的扭矩调节响应速度 。
摘要 :利用浙江大学新研制的高精度数字化扭振测试系统 ,对装用国产扭振减振器的斯太 尔 WD615 系列发动机进行了全负荷工况下的曲轴扭振特性台架测试 。通过对全转速范围内 各稳定转速下的扭振时域波形和各谐次扭振幅频特性曲线的综合分析表明 ,该机型配用国产 扭振减振器完全满足扭振减振要求 。
关键词 :内燃机 ;柴油机 ;扭振 ;测试技术
2 测试设备简介
2. 1 测量原理 所选测试系统采用磁电式传感器和硬件高速计
数法进行扭振测量 。其测量原理如图 1 所示 。
图 1 高频时钟计数扭振测量原理
在扭振信号较强的曲轴前端装一均匀分度的信 号齿轮 ,磁电传感器固定于信号齿轮外侧 。内燃机 运转时 ,传感器感应出其与信号齿轮轮齿之间的相 对位移 ,输出近似正弦电压信号 ,该正弦信号每一周 期对应齿轮上的一个轮齿 。对该信号调理整形后转 换 为方波信号 。利用高频计数器对方波信号进行占
(编 辑 :孔 毅)