張艷艷

摘要：在我國工業(yè)發(fā)展過程中，為了保障其自身得到有效成長，必須對工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行全面優(yōu)化。其中，在內(nèi)燃機(jī)工與氣缸敲擊振動關(guān)系當(dāng)中，可以通過建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，完成有效測試，以根據(jù)其相關(guān)的計(jì)算模式，分析出其內(nèi)部的相關(guān)比值。并通過有效的方程式，對其發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、動力、扭矩等信息完成有效的平衡。因此，本文將就內(nèi)燃機(jī)工況對氣缸敲擊振動的影響探究展開討論，闡述內(nèi)燃機(jī)的基本概述，分析內(nèi)燃機(jī)的振動以及噪聲，研究如何通過合理有效的方式對其進(jìn)行有效優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)工;氣缸敲擊;振動分析;影響探究

中圖分類號：TH113.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）06-0034-02

0? 引言

內(nèi)燃機(jī)在設(shè)計(jì)過程中，為了保障其相關(guān)的內(nèi)部組件，例如活塞組件等與氣缸完成正常裝配，通常會留有一定的間隙。在氣缸內(nèi)進(jìn)行活塞運(yùn)動時(shí)，其活塞軸線以及氣缸軸線存在夾角，缸內(nèi)氣體在爆發(fā)時(shí)具有強(qiáng)大的沖擊力，會在活塞側(cè)面推動活塞撞擊氣缸壁，造成氣缸敲擊現(xiàn)象?；钊c氣缸套之間其磨損加大，敲擊現(xiàn)象會更為嚴(yán)重，不僅會對活塞組件以及氣缸壁造成嚴(yán)重?fù)p壞，同時(shí)還會降低內(nèi)燃機(jī)的使用性能，降低其自然生命周期。因此，為了有效研究內(nèi)燃機(jī)不同工況下氣缸敲擊震動的特征變化，可以對其內(nèi)燃機(jī)故障完成在線預(yù)警。

1? 內(nèi)燃機(jī)的基本概述

為了保障對內(nèi)燃機(jī)工況對氣缸敲擊振動影響分析，就必須對內(nèi)燃機(jī)完成全面認(rèn)知。內(nèi)燃機(jī)是一種動力機(jī)械，在使用過程中通過相關(guān)燃料轉(zhuǎn)化為驅(qū)動力，將其熱能轉(zhuǎn)化為動力。內(nèi)燃機(jī)不僅包含了活塞式內(nèi)燃機(jī)、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機(jī)以及自由活塞式發(fā)動機(jī)等，其也包含了噴氣式發(fā)動機(jī)[1-2]?；钊絻?nèi)燃機(jī)在使用過程中，可以將燃料與空氣混合，使其在氣缸內(nèi)進(jìn)行充分燃燒。對于釋放出的熱能，可以使氣缸內(nèi)部產(chǎn)生高溫的燃?xì)?，以推動?nèi)部零件活塞做功。并通過曲線連桿機(jī)構(gòu)，推動內(nèi)部活塞做功，完成機(jī)械功率的輸出。作為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍較廣且使用規(guī)模較大的器械，內(nèi)燃機(jī)在我國擁有明顯的發(fā)展趨勢。

在運(yùn)行過程中，內(nèi)燃機(jī)分為不同類型，根據(jù)不同領(lǐng)域的應(yīng)用，內(nèi)燃機(jī)的類型可以實(shí)現(xiàn)一定程度的轉(zhuǎn)換。內(nèi)燃機(jī)可以將引擎性能作為綜合指數(shù)，引擎的自身指標(biāo)在業(yè)內(nèi)通常被稱為產(chǎn)業(yè)的重要決策。內(nèi)燃機(jī)需要通過吸氣、壓縮、燃爆、排氣等四個(gè)動作，完成整體動作流程。在活塞連桿機(jī)構(gòu)與曲軸往復(fù)之間呈現(xiàn)一定的慣力系統(tǒng);在曲軸平衡重在圓周循環(huán)中，因其平衡差造成的慣性離心慣性力;不同壓縮比帶來的氣缸壓力;三缸機(jī)的抖動大于四缸機(jī)。

2? 內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部零件分析

了解內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部零件，可以對內(nèi)燃機(jī)氣缸敲擊振動現(xiàn)象產(chǎn)生有效了解，內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部系統(tǒng)包含了七大結(jié)構(gòu)，是一種多機(jī)構(gòu)以及多系統(tǒng)組成的復(fù)雜儀器。

其一，內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)內(nèi)部的曲柄連桿機(jī)構(gòu)可以保證發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)，完成能量轉(zhuǎn)換，是一種基本且重要的運(yùn)動零件[3]。其自身由機(jī)體組活塞連桿組以及曲軸飛輪組等組成，進(jìn)行運(yùn)動做功。在此過程中，其活塞承受燃?xì)鈮毫Γ跉飧變?nèi)作直線運(yùn)動。通過連桿轉(zhuǎn)換，對外輸出相關(guān)動力。而在進(jìn)氣、壓縮、排氣等形成中，可以將其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為活塞的直線運(yùn)動;

其二，配氣機(jī)構(gòu)。配氣機(jī)構(gòu)的使用功能可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的整體工作順序以及工作過程完成，起到定時(shí)開啟、關(guān)閉氣門或排氣門，使可燃的混合空氣進(jìn)入氣缸，并將燃后的空氣由氣缸內(nèi)排出，實(shí)現(xiàn)換氣。配氣機(jī)構(gòu)大多采用了頂置頂氣門，一般由氣門組、氣門傳動組、氣門驅(qū)動組等組成;

其三，燃料供給系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)的驅(qū)動力為燃料驅(qū)動，因此可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的需求配置相關(guān)數(shù)量以及濃度的混合氣體，使其進(jìn)入氣缸內(nèi)[4]。并在燃燒后，轉(zhuǎn)化為動力。柴油機(jī)燃料供給系統(tǒng)在燃燒室內(nèi)形成混合氣體，實(shí)現(xiàn)燃燒;

其四，潤滑系統(tǒng)。潤滑系統(tǒng)可以保證運(yùn)動的零件表面完成有效的活塞做功，對其表面輸送清潔潤滑油，可以減小摩擦力，避免機(jī)件磨損。并對零件表面進(jìn)行必要的清洗以及冷卻，潤滑系統(tǒng)通常由潤滑油道、機(jī)油泵、機(jī)油過濾器等組成;

其五，冷卻系統(tǒng)。內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)作過程中，將會產(chǎn)生大量的熱能。因此，冷卻系統(tǒng)非常重要，冷卻系統(tǒng)的功能可以將受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)發(fā)散，保證發(fā)動機(jī)以最適宜的溫度工作。水冷發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)包含了水泵、風(fēng)扇、水箱、節(jié)溫器等;

其六，點(diǎn)火系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)在氣缸內(nèi)，靠電火花進(jìn)行點(diǎn)燃。在汽油機(jī)的氣蓋當(dāng)中，裝有火花塞，在使用中火花塞頭部伸入燃燒室內(nèi)，可以對火花塞產(chǎn)生電極，點(diǎn)燃混合氣體。點(diǎn)火系統(tǒng)通常由蓄電池、發(fā)電機(jī)、點(diǎn)火線圈、火花塞等組成;

其七，啟動系統(tǒng)。在發(fā)動機(jī)由發(fā)動到靜止——再由靜止轉(zhuǎn)到工作狀態(tài)當(dāng)中，必須實(shí)現(xiàn)啟動系統(tǒng)。啟動系統(tǒng)可以使活塞做往復(fù)運(yùn)動，對氣缸內(nèi)的可燃?xì)怏w進(jìn)行混合燃燒，以實(shí)現(xiàn)必要的動力，驅(qū)動發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，曲軸在外力作用下，可以完成轉(zhuǎn)換，保證發(fā)動機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，工程循環(huán)可以有效開展。曲軸在外力作用下，可以轉(zhuǎn)化為發(fā)動機(jī)動力，完成啟動過程所需的全部裝置。汽油機(jī)由兩大機(jī)構(gòu)以及五大系統(tǒng)組成，分為曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)等。由此可見，內(nèi)燃機(jī)作為一種精密的器件，其密封氣缸是實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)動力的源頭，對不同氣缸的作用可以實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，形成規(guī)律變化的密封空間燃料。在此空間內(nèi)燃燒，可以產(chǎn)生充足的動力。

3? 內(nèi)燃機(jī)振動以及噪聲分析

3.1 內(nèi)燃機(jī)噪聲分類

內(nèi)燃機(jī)的整體噪聲可以按照其產(chǎn)生機(jī)理，分為“結(jié)構(gòu)振動式噪聲”以及“空氣噪聲”兩大種類。內(nèi)燃機(jī)的相關(guān)機(jī)械零件在使用過程中，都會在震動作用下產(chǎn)生振動噪聲，其結(jié)構(gòu)表面不同，所產(chǎn)生的噪聲音色也不同[5-7]。在混合氣體燃燒動力當(dāng)中，其產(chǎn)生的噪聲可以分為燃燒噪聲，而將傳遞氣體的曲柄連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲，歸為機(jī)械噪聲。且由于燃燒機(jī)理不同，汽油機(jī)以及柴油機(jī)的噪聲比例也不相同，據(jù)我國相關(guān)研究表明，柴油機(jī)的缸內(nèi)壓力較高，且壓力增長率遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。因此，柴油機(jī)的燃燒噪聲遠(yuǎn)高于汽油機(jī)噪聲。此外，柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的壓力比汽油機(jī)噴射較高，其帶來的液體動力噪聲也比汽油機(jī)嚴(yán)重。內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械噪聲與內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速有密切聯(lián)系，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其機(jī)械噪聲是重要的噪聲源頭，結(jié)構(gòu)振動噪聲通過相關(guān)的振動系統(tǒng)引起結(jié)構(gòu)振動，隨后伴隨空氣振動而產(chǎn)生。空氣動力噪聲與結(jié)構(gòu)振動噪聲不同，其由于空氣動力學(xué)的原因，在進(jìn)氣、排氣過程中，均會產(chǎn)生一定的排氣噪聲，在噪聲分類當(dāng)中排氣造成影響最大。

3.2 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)振動噪聲傳播路徑分析

內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)振動以及噪聲傳遞是一個(gè)較為復(fù)雜的流程，由各內(nèi)部整體的機(jī)械零件以及震擊力所產(chǎn)生。因此，必須認(rèn)清其傳播路徑，才可進(jìn)行后續(xù)結(jié)構(gòu)振動以及噪聲研究。因此，本文將就內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)振動噪聲進(jìn)行分析，在噪聲分析當(dāng)中，內(nèi)燃機(jī)在工作時(shí)，氣缸內(nèi)會產(chǎn)生脈動壓力，通過兩條途徑對外進(jìn)行噪聲傳播。其一，途徑經(jīng)過氣缸蓋以及氣缸套、氣缸體等直接傳播;其二，通過活塞連桿、曲軸等進(jìn)行傳播?；钊脫粼肼曉趬嚎s點(diǎn)附近過程中，其通過活塞橫向撞擊，通過氣缸套、氣缸體外擴(kuò)散噪聲。而配氣機(jī)構(gòu)的主要噪聲傳播途徑，通過氣門傳播。當(dāng)齒輪進(jìn)行作用力時(shí)，齒輪噪聲便會產(chǎn)生。齒輪通過相關(guān)的輸出裝置，在摩擦力當(dāng)中完成噪聲傳播。而在液體動力噪聲當(dāng)中，由于噴油壓力周期變化，可以引起液體振動，可以傳給燃油箱、油底殼等。

4? 機(jī)體表面振動以及試驗(yàn)研究

在機(jī)體表面振動試驗(yàn)研究當(dāng)中，可以對缸內(nèi)壓力信號進(jìn)行采集，使用壓力傳感器在采集前進(jìn)行校準(zhǔn)。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，壓力傳感器在實(shí)驗(yàn)前兩小時(shí)進(jìn)行布置，同時(shí)標(biāo)記氣缸蓋加工傳感器安裝后，使其可以與燃燒室內(nèi)的燃?xì)庵苯咏佑|。加速傳感器可以測量機(jī)體表面的振動速度，根據(jù)傳感器的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，完成匹配，以保證電荷放大器到適當(dāng)位置，完成后續(xù)測試以及試驗(yàn)。在機(jī)體前端、后端以及底部當(dāng)中，選取適當(dāng)?shù)陌惭b位置。根據(jù)測量位置的不同，以保證柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。需要注意的是，在電荷放大器的使用過程中，必須注重整體的傳感效果，以防止被放大器擊穿。

5? 內(nèi)燃機(jī)體表面振動試驗(yàn)結(jié)果分析

內(nèi)燃機(jī)機(jī)體表面振動試驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中，根據(jù)震動信號的相關(guān)分析，可以得知在相關(guān)的函數(shù)領(lǐng)域當(dāng)中，利用相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)，可以有效判斷機(jī)體表面振動信號與活塞敲擊作用的關(guān)系。將缸內(nèi)壓力進(jìn)行獲取，通過震動速度信號進(jìn)行函數(shù)曲線分析。通過函數(shù)曲線可以得知，在絕大多數(shù)頻率段內(nèi)，機(jī)體表面的振動速度、信號與壓力相干性極好，表明這些頻率振動主要由氣缸內(nèi)部壓力造成。在585Hz、644Hz、742Hz、2560Hz等頻段速度，與燃?xì)鈮毫Φ南嚓P(guān)性較差，表明此頻段的振動有可能由活塞敲擊力或其他原因所引起的。

例如，在400-1000Hz范圍內(nèi)，即可以根據(jù)活塞敲擊所引起的振動速度以及振動實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，以表明在此頻段內(nèi)，活塞敲擊力對基體表面振動幅度貢獻(xiàn)較大，占據(jù)主導(dǎo)地位;

在1000-2500Hz范圍內(nèi)，其整體振動曲線較遠(yuǎn)，甚至達(dá)到20dB，表明在頻帶內(nèi)活塞敲擊對機(jī)體表面振動率影響較小，機(jī)體表面振動影響因素可分為主軸承載荷力以及缸蓋螺旋力;

在400Hz以下的頻段內(nèi)，其由活塞敲擊力計(jì)算機(jī)體表面振動速度比綜合試驗(yàn)結(jié)果還要大。因此，此頻段內(nèi)的預(yù)測結(jié)果不可取，也證明了統(tǒng)計(jì)能量分析方法在低頻段預(yù)測中，不具備使用效果。

針對三缸機(jī)而言，三缸機(jī)的振動程度可以導(dǎo)致在振動中曲軸圓周率過程離心力不平衡的主要問題。應(yīng)對此類方法，通?？梢圆扇≡黾悠胶庵氐闹亓俊Ｓ捎谌讬C(jī)所面對的平衡重彼此間隔超過180°，三缸機(jī)在設(shè)計(jì)中，可以將兩個(gè)同步缸設(shè)置為180°，另外一個(gè)與二者互為90°，在相關(guān)運(yùn)作情況下，過重的平衡會消除離心慣性力。而另一種方法則可以讓平衡對彼此形成240°角度，添加平衡軸的方式完成過渡。

6? 結(jié)束語

綜上所述，在內(nèi)燃機(jī)工況對氣缸敲擊振動影響探究當(dāng)中，根據(jù)不同數(shù)字的數(shù)值分析，可以明顯得知敲擊振動峰值以及其內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載與敲擊震動峰值的關(guān)系。

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