基于瞬时转速测量的指示扭矩估计技术评述

论述了四种基于瞬时转速的指示扭矩估计方法的基本思想以及近十年的研究现状。指出了各方法存在的问题,其中,负载扭矩估计是各方法共同面临的难点。对于曲轴模型法,刚性曲轴的假设条件受曲轴扭振和发火重叠的影响,而弹性模型则面临病态方程的求解问题。随机分析法在高转速低负载和偶然性失火条件下的估计能力需进一步研究。频率分析法只适合在各缸工作均匀条件下估计气缸的指示扭矩。合成转速法需要预先测量、计算的参数多,且不适用于4缸以上的内燃机。     

轴系振动的多体动力学仿真分析

以某直列6缸柴油机曲轴系为研究对象,通过多体动力学非线性分析的方法对该轴进行了振动研究.首先建立了曲轴等部件的有限元模型,采用子结构的概念,对有限元模型进行模态缩减,然后运用AVL的发动机仿真模块EXCITE建立多体动力学仿真模型.预测轴系振动特性,将计算的扭振结果与实验结果进行对比,计算的扭振结果与实验结果吻合性较好.并进一步研究了飞轮惯量的改变对轴系扭振的影响.     

计入自由端扭矩输出的轴系扭振计算

某六缸直列柴油机自由端输出载荷增加,需要再次对曲轴的可靠性进行评估。我们运用Excite Designer搭建了曲轴一维仿真模型,通过改变曲轴自由端和飞轮端功率输出,得到各轴段扭振幅值及扭振应力的变化情况。计算结果表明:在增大自由端载荷输出后,曲轴各轴段扭振幅值没有变化,但是扭振应力均有不同程度的减小,曲轴趋于更加安全。     

利用转速波动信号在线识别内燃机气缸压力的研究

提出一种利用转速波动信号在线识别内燃机气缸压力的方法,通过分析曲轴飞轮系统的动力学特性,建立一个简明实用的内燃机动力学模型,揭示瞬时转速波动信号与气体力抟矩及各缸气体压力之间的本质联系,给出气缸压力波形成的在线识别方法及其快速实现算法,试验及分析结果表明这种方法的可行性和有效性,为进一步诊断内燃机各缸工作不均匀性及单缸或多缸失火故障奠定了基础。     

某型柴油机曲轴系的扭振性能分析

扭振是曲轴最为主要的振动形式之一,对曲轴的危害也最为严重。扭振过程中曲轴运转不均匀,伴有机械敲击和抖动等现象,长期运行会发生曲轴断裂、减振器爆裂等故障。我们采用多体动力学AVL-EXCITE Designer软件建立某型柴油机曲轴系统模型,通过CREO、有限元软件、AVL-Boost软件计算某型柴油机曲轴系统转动惯量、结构尺寸、质量、扭转刚度、缸压曲线等参数作为某型柴油机曲轴系统模型的输入,分析某型柴油机正常工况下和某缸停火下的自由振动和强迫振动情况,得到了扭振系统图、临界转速图、扭转系统模态、固有频率、最大总扭矩,确定出柴油机的临界转速、振型、振幅、扭转角位移、扭振应力,为柴油机运转过程中的扭振状况提供重要的理论支撑。     

断油回流停缸策略对发动机油耗及轴系扭振的影响

在一台1.5L自然吸气发动机上,设计了基于断油回流策略的发动机停缸机构,该机构可以使进气供给自由切换为新鲜混合气供给或废气回流两种模式,同时发动机电控单元可以切断指定气缸的燃油供给和点火,从而实现停缸操作。利用该停缸机构开展了中低转速不同负荷下的油耗与扭振特性试验。试验结果表明:在中低转速部分负荷下采用停缸技术发动机节油效果明显,节油率最高可以达到15%。但停缸之后曲轴系统扭振以低阶滚振为主,且飞轮端扭振变化显著,部分谐次扭振幅值超过自由端,因此在应用停缸技术时需要关注飞轮端的扭振问题。     

基于曲轴扭振信息识别的柴油机失火气缸判别方法

为解决柴油发动机在高转速、低负荷工况下难以准确判断出发生失火故障的气缸的问题,提出了通过检测曲轴转速信号中的扭振信号起始点来判定失火气缸的故障诊断方法。该方法首先通过分析单缸失火时的转速信号以确定曲轴扭振的自由频率,然后基于该频率构造正弦检测信号,将该检测信号与各缸做功转角范围内的转速信号做内积运算,并得到的内积值作为失火气缸的指示特征。在6缸柴油机上的失火试验证明该方法能够在高转速低负荷情况下准确识别发动机的单缸失火和两缸失火,弥补了传统失火诊断方法工况覆盖率低的不足。     

基于动力学的某柴油机曲轴系扭振分析

采用动力学方法,建立了一个包括减振器和飞轮的某柴油机曲轴系扭振分析模型。着重进行了减振器频率的选定,并对选定减振器频率后的曲轴系扭振行为进行了仿真分析。结果表明,该轴系的扭振指标均在可接受的范围内,扭振行为较好。     

基于多体动力学的柴油机瞬态转速仿真研究

在曲轴柔性化的基础上,利用虚拟仿真手段,建立了TBD234V6型柴油机的瞬态转速分析模型。通过建模,仿真计算及分析,探讨了平均转速、负荷以及各缸工作均匀性对瞬态转速的影响。试验表明：仿真结果与试验结果基本吻合,说明仿真计算模型可靠。     

柴油机曲轴减振器失效实时监测研究

为避免柴油机曲轴减振器失效,对曲轴减振器的实时监测进行研究,利用柴油机电子控制单元(electronic control unit,ECU)和前端转速信号盘获取转速信号并实时计算出曲轴扭振振幅,通过共振转速下曲轴扭振振幅的变化判断减振器是否失效。以某4缸柴油机为例,通过转速信号计算曲轴扭振振幅判断曲轴减振器状态,并进行试验验证。结果表明,该方法能够实时判断出曲轴减振器状态,达到曲轴减振器失效实时监测的效果。     

双质量飞轮性能参数优化设计方法

双质量飞轮用于降低汽车传动系统怠速工况和常速行驶工况下的扭转振动.在怠速工况下发动机、双质量飞轮与传动系统组成的多质量扭振模型的基础上,建立了双质量飞轮第1、2阶设计模型,并推导出双质量飞轮转动惯量、怠速级扭转刚度与系统固有频率的关系,结合减振原理,建立了其转动惯量分配和怠速级扭转刚度的设计方法;根据双质量飞轮的工作原理,推导出行驶级扭转刚度与发动机最大转矩、怠速级扭转刚度的关系,并以避免低速区和常速区动力传动系统发生主谐次扭转振动为目标,建立了多级扭转刚度的设计与优化方法.发动机的扭振试验验证了设计模型和设计方法的正确性,怠速工况下第1阶固有频率降至7.9,Hz,行驶工况下双质量飞轮对发动机速度波动衰减了80%左右.     

不同惯量飞轮对脉冲机组轴系扭振性能影响研究

建立了三组不同惯量飞轮下脉冲机组轴系的当量系统模型,应用轴系扭转振动计算软件,分别对该三种方案下脉冲机组轴系自由振动和强迫振动进行了计算研究.分析了不同惯量飞轮对轴系固有频率、柴油机曲轴扭振应力、发电机转子电角、发电机转子扭矩、弹性联轴器扭矩的影响,根据分析结果,提出了合理的机组运行方案.并利用扭振测试分析系统,校核了其中一组惯量飞轮下脉冲机组的扭振计算结果,证明了理论计算结果的正确性.     

6110/125Z柴油机轴系扭振与减振研究

针对6110／125Z柴油机飞轮螺栓断裂问题对柴油机轴系进行扭转振动分析，改进扭振减振器设计减小曲轴后端附加扭振力矩，解决了飞轮螺栓断裂问题。     

基于虚拟样机技术轴系扭振特性仿真和试验研究

基于虚拟样机技术对V6柴油机轴系扭振进行了仿真和试验研究。建立了包括柔性曲轴、柔性轴承座在内的轴系混合多体动力学仿真模型,对高速柴油机轴系扭振进行了较深入的分析。在仿真研究的基础上,利用扭振测试装置进行了V6柴油机轴系扭振的测试和分析研究。模拟和试验研究结果表明：V6发动机轴系4.5谐次和7.5谐次扭振较大,轴系扭振仿真研究与试验研究相一致。     

柴油机曲轴系统扭振协同仿真及试验研究

对柴油机曲轴系统进行了扭振研究,在推导V型柴油机相对振幅矢量和的基础上,确定了V型6缸柴油机的主强简谐。采用GT-SUITE建立该V型6缸柴油机曲轴系统动力学协同仿真模型,并通过试验数据校核模型。对柴油机断油和停气门两种变排量方案进行了仿真研究。结果表明:变排量后轴系扭振角位移幅值显著增加,停气门方案较断油方案幅值大。     

周向弧形弹簧双质量飞轮设计方法研究

根据周向弧形弹簧式双质量飞轮结构及工作原理,基于怠速工况和正常行驶工况下所建立的发动机、双质量飞轮与动力传动系统的多质量扭振模型,提出了周向弧形弹簧式双质量飞轮第1级扭转刚度的取值方法以及双质量飞轮转动惯量分配方法.根据弧形弹簧的布置形式,分析了第2级扭转刚度与第1级扭转刚度的关系,提出了第2级扭转刚度的取值方法.采用普通离合器式扭转减振器,动力传动系统在怠速工况下第1阶扭振频率在15～20Hz之间,与发动机怠速接近,容易发生扭振.利用此方法为某轿车设计了周向弧形弹簧式双质量飞轮,并对该车的动力传动系统进行了模态分析与振动试验验证.研究结果表明:怠速工况下,第1阶扭振频率降至9Hz,远低于怠速;正常行驶工况下,在正常行驶速度范围内未发生主谐次扭振,并对发动机的速度波动削减了67%,具有良好的减振效果.     

YC12VC型高速柴油机发火顺序的分析研究

基于AVL-EXCITE软件搭建了YC12VC发电用高速柴油机轴系动力学模型,其模拟值与试验值吻合性较好,验证了该模型可以较好地模拟不同工况条件下轴系的运动情况。基于平衡性和均匀发火等原则,设计了8种不同的发火顺序,并针对轴承受力、轴承润滑、轴系扭振和转速不均匀性开展影响规律研究。结果表明:通过发火顺序的优化,在保证最大主轴承负荷和最小油膜厚度满足设计要求的前提下,标定工况下的曲轴扭振总振幅从0.465°降低到0.259°,转速不均匀系数从0.018降低到0.009。