为了提高柴油机动力装置的安全性和可靠性,满足现代预防维修制度和智能快速诊断故障的要求,对柴油机进行实时状态监测和在线故障诊断具有十分重要的意义。柴油机是一种典型的往复式动力机械,结构复杂决定了对其进行状态监测和故障诊断的困难性。本文根据柴油机曲柄连杆机构动力学知识,建立了瞬时转速波动诊断故障模型,研究了曲轴瞬时转速及其波动信号与柴油机缸内燃烧故障之间的联系特征,通过模拟和实验分析,可以对柴油机缸内燃烧故障或做功不均匀进行精确判断。 本文根据曲柄连杆动力学,利用数学关系推导出了曲轴瞬时转速波动信号参数S,对型号为4108YC的柴油机进行了不同转速下的部分负荷的故障模拟,通过对转速波动信号时域和频域内分析,发现在单缸漏油故障发生时,瞬时转速波动信号与正常时的情况会有较大的差别,特别在频域范围内,瞬时转速波动信号与气体压力扭矩的频域内谐波结构有一定的对应关系,这种对应的关系并不是偶然的,而是一种本质上的联系,所以可以根据这种本质上的关系利用瞬时转速波动信号的主谐次振幅来判断柴油机的气体压力扭矩,从而诊断缸内燃烧故障或做功不均匀状况。进一步对有故障时瞬时转速波动信号的低谐次振幅分析,发现其相位角与发生故障的气缸有一定的联系,从而利用低谐次振幅的相位角来诊断故障缸的位置。本文研究并针对4135柴油机进行了实验测试和分析,对其瞬时转速及其波动信号的分析发现,实测的与模拟的信号图形具有一致性,从而证实了该方法是故障诊断的有效方法之一。 由于瞬时转速诊断故障缸的方法简单实用,这就使得我们在不用测试柴油机缸内爆发压力,不涉及其动力学特性的情况下,快速准确判定故障是否存在及故障存在的位置提供了新的思路;同时该方法具有可移植性,不会因型号不同的柴油机而产生很大的差异,因此适用于不同型号的内燃机,具有广泛的应用价值。