一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法和一种用于发动机缸体内部敲击问题的诊断装置

摘要

发动机缸体内部敲击问题的诊断方法，将两个传声器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得噪声信号，若干振动加速度传感器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得振动加速度原始信号，并在点火时发动机的指定位置采集模拟量信号获取正时信号；将获得的噪声信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生与发动机转速的关系以及敲击发生的频率范围；将获得的振动加速度信号连接数据处理器进行分析，判断出发生敲击的缸体；将获得的振动加速度信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生时发生敲击的缸体活塞所处位置；判断出发生敲击缸体部件，对判断出发生敲击缸体的部件进行互换，锁定敲击发生的部件。

说明书

技术领域

本发明涉及敲击问题的技术领域，具体涉及一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法和一种用于发动机缸体内部敲击问题的诊断装置。

背景技术

当前汽车越来越普及，消费者对汽车的要求越来越高，特别是车内声品质的要求也越来越高。因此，发动机作为汽车的主要噪声源，就更受大众所关注。当发动机的缸体内部出现敲击问题的时候，人们在车外、车内就会听到“哒哒”声等敲击噪声，这种问题势必会引起用户抱怨，影响品牌形象，因此如何快速对此类敲击噪声进行诊断、定位就尤为重要。

因此，在现有技术中，针对如何诊断发动机缸体内部敲击的问题没有提出改进的技术方案，例如：

专利文献CN110894811A公开了“用于确定活塞敲击的方法和系统”，通过调整气缸的爆震窗口打开的曲轴角度并调整气缸的爆震窗口关闭的曲轴角度，从而检测和减轻活塞敲击。该专利文献所述技术方案仅仅可以实现检测和减轻活塞敲击，没有明确给出针对如何诊断发动机缸体内部敲击的问题给出解决方案。

专利文献CN110044607B公开了“一种变速器齿轮敲击测试设备及测试、识别方法”，通过各空套齿轮的转速变化，识别变速器发生敲击时参与敲击的具体空套齿轮，为后续变速器齿轮敲击问题的解决提供明确方向。该专利文献所述技术方案仅仅能够识别变速器发生敲击时参与敲击的具体空套齿轮，其分析的技术问题也不能解决如何诊断发动机缸体内部敲击的问题。

发明内容

本发明解决了如何诊断发动机缸体内部敲击的问题。

本发明所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法，包括以下步骤：

步骤S1,将两个传声器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得噪声信号，若干振动加速度传感器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得振动加速度原始信号，并在点火时发动机的指定位置采集模拟量信号获取正时信号；

步骤S2,将获得的噪声信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生与发动机转速的关系以及敲击发生的频率范围；将获得的振动加速度信号连接数据处理器进行分析，判断出发生敲击的缸体；将获得的振动加速度信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生时发生敲击的缸体活塞所处位置；

步骤S3,根据步骤S2判断出发生敲击缸体的部件，对判断出发生敲击缸体的部件进行互换，锁定敲击发生的部件。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S1中，所述的两个传声器分别布置在发动机缸体两侧指定位置为在缸盖与缸体和缸体裙部外轮廓几何中心位置，并指向外轮廓几何中心，传声器距离缸体外表面10-20cm；

当发动机NVH台架进行测试时，传声器指向发动机缸体中心位置，传声器距离缸体外表面30-50cm。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S1中，所述的若干振动加速度传感器布置在发动机缸体两侧指定位置为在发动机进、排气两侧的缸盖、缸体上部、缸体裙部，且延缸筒中心位置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S1中，所述的点火时发动机的指定位置为在线束接头处的信号和接地2路针脚。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S2中，所述的将获得的噪声信号连接数据处理器进行分析的方式为小波分析；

所述的将获得的振动加速度原始信号连接数据处理器进行分析的方式为时域分析；

所述的将获得的振动加速度信号和正时信号连接数据处理器进行分析的方式为时域分析。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S2中，所述的数据处理器为数采前端。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述的步骤S3中，所述的对判断出发生敲击缸体的部件进行互换的方式为ABA互换。

本发明所述的一种用于发动机缸体内部敲击问题的诊断装置，所述诊断装置包括：

用于将获得的噪声信号和正时信号进行分析，确认敲击发生与发动机转速的关系以及敲击发生的频率范围的单元；

用于将获得的振动加速度信号进行分析，判断出发生敲击的缸体的单元；

用于将获得的振动加速度信号和正时信号进行分析，确认敲击发生时发生敲击的缸体活塞所处位置的单元。

本发明解决了如何诊断发动机缸体内部敲击的问题。具体有益效果包括：本发明首次提出了一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法，通过振动信号、噪声信号和正时信号的测试，将信号分别进行小波分析、时域分析和转角分析获得敲击发生缸体的问题部件，并将样件分组装配调整，快速准确地判断出最可能发生敲击问题的部件。

本发明适用于发动机NVH技术领域，解决发动机缸体内部敲击的技术问题。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法流程图。

图2是实施方式三所述的振动加速度测点位置图，所述测试点采用白色原点表示，图中：(a)为缸体左侧振动测点位置；(b)为缸体右侧振动测点位置。

图3是实施方式三所述的振动噪声信号对比分析图。

图4是实施方式四所述的点火正时信号与分析图。

图5是实施方式五所述的振动噪声信号小波分析图。

图6是实施方式五所述的缸体振动信号对比分析图。

图7是实施方式五所述的振动信号分析图。

图8是实施方式五所述的发生敲击各缸活塞所处位置图。

图9是实施方式五所述的部分运动副敲击与工况对应总结图。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明的多种实施方式进行清楚、完整地描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施方式一、本实施方式所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法，参照图1可以更好理解本实施方式，包括以下步骤：

步骤S1,将两个传声器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得噪声信号，若干振动加速度传感器分别布置在发动机缸体两侧指定位置获得振动加速度原始信号，并在点火时发动机的指定位置采集模拟量信号获取正时信号；

步骤S2,将获得的噪声信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生与发动机转速的关系以及敲击发生的频率范围；将获得的振动加速度信号连接数据处理器进行分析，判断出发生敲击的缸体；将获得的振动加速度信号和正时信号连接数据处理器进行分析，确认敲击发生时发生敲击的缸体活塞所处位置；

步骤S3,根据步骤S2判断出发生敲击缸体的部件，对判断出发生敲击缸体的部件进行互换，锁定敲击发生的部件。

本实施方式中，在对发生敲击缸体部件进行诊断前，首先，确认通过主观判断，确认敲击现象发生的工况，发动机发生敲击的工况主要有：冷机怠速工况、冷机低速(一般2000r/min以下)无负荷或小负荷工况、热机怠速工况、热机低速(一般2000r/min以下)无负荷或小负荷工况。

实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，其特征在于，所述的步骤S1中，所述的两个传声器分别布置在发动机缸体两侧指定位置为在缸盖与缸体和缸体裙部外轮廓几何中心位置，并指向外轮廓几何中心，传声器距离缸体外表面10-20cm；

当发动机NVH台架进行测试时，传声器指向发动机缸体中心位置，传声器距离缸体外表面30-50cm。

本实施方式中，根据现场测试条件，受限于整车机舱的布置空间，合理布置传声器：当在整车上进行测试时，由于整车机舱内的空间较小，可以在发动机缸体两侧各布置1个传声器，传声器指向缸盖+缸体+缸体裙部外轮廓几何中心，距离缸体外表面10-20cm，此距离可以有偏差，主要是用于后期数据处理时音频回放及与振动信号对比分析。

当在发动机NVH台架进行测试时，传声器布置距离可以适当增大，尽量获取整个发动机缸体两侧的噪声信号，距离可以增大至30-50cm，布置传声器主要是为了测量噪声。

实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，本实施方式中，所述的步骤S1中，若干振动加速度传感器布置在发动机缸体两侧指定位置为在发动机缸体两侧的缸盖、缸体上部、缸体裙部，且延缸筒中心位置。

本实施方式中，将在发动机缸体两侧的缸盖、缸体上部、缸体裙部分别布置振动加速度传感器，见图2中白点位置，(a)为缸体左侧振动测点位置；(b) 为缸体右侧振动测点位置，由于发动机缸体两侧有许多外附件，附件包括进气歧管、排气歧管、发电机、空压机等，所以，振动加速度传感器很难布置在理想位置，布置原则主要是：缸盖、缸体、缸体裙部的振动加速度传感器尽量延缸筒中心布置，用来获取配气机构产生的冲击信号、活塞换向过程活塞或活塞环敲击缸筒等冲击信号以及主轴承座附近的冲击信号。

如图3所示，通过对振动噪声数据中的敲击信号进行对比分析，可以初步判断出敲击发生的部位为发动机缸体哪侧。

实施方式四、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，本实施方式中，所述的步骤S1中，所述的点火时发动机的特定位置为在线束接头处的信号和接地2路针脚。

本实施方式中，凸轮轴、曲轴转角信号可以从线束接头处获取，获取线束接头的针脚定义，一般有正极、信号、接地3个针脚，将信号与接地2路的模拟量信号采集至数采设备即可，处理后的结果见图4所示，在11.8411s时发生敲击现象。通过发动机点火正时信号与所测振动加速度信号对比分析，可以了解敲击发生时刻，各缸活塞的工作行程与所处的位置，有助于进一步判断发生敲击问题的部件。

实施方式五、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，本实施方式中，所述的步骤S2中，所述的将获得的噪声信号连接数据处理器进行分析的方式为小波分析；

所述的将获得的振动加速度原始信号连接数据处理器进行分析的方式为时域分析；

所述的将获得的振动加速度信号和正时信号连接数据处理器进行分析的方式为时域分析。

本实施方式中，对振动噪声信号进行小波分析，确认敲击现象与发动机转速的关系以及敲击的主要频率范围；

发动机缸体内部产生的敲击多数是由于运动副导致的，发动机转2转，各缸运动副完成1个工作循环，因此，这种敲击现象与发动机转速相关，多数情况下敲击现象都是发动机转1转敲击1次或转2转敲击1次。对振动信号进行小波分析，如图5所示，通过小波分析可以看出发生敲击的时间间隔为0.06s，敲击频率主要集中在2500-3000Hz。

对振动信号进行时域分析，通过各位置振动加速度幅值对比，判断出可能出现敲击的部位；

如图6所示，通过对各缸缸体振动信号进行时域分析，可以看出1、2、3、 4、6缸的缸体振动表现正常，没有敲击信号，5缸的缸体振动出现明显的敲击现象，通过振动信号对比可以判断出该发动机敲击问题出现在5缸。

对正时信号、振动信号进行转角分析，确认敲击发生时刻各缸活塞所处位置与工作行程；

如图7所示，发动机在2000r/min出现敲击，通过计算可知在2000r/min 时，发动机转1转需要0.03s，图7中2个明显的敲击信号的时间间隔是0.06s，说明此时发动机转2转出现1次敲击。

根据图7中的振动信号与正时信号结合进行转角分析，通过123缸进气凸轮轴信号和曲轴信号确认1缸压缩上止点位置，结合振动信号分析，敲击现象发生在1缸压缩上止点后约486°，此时刻，各缸活塞位置见图8。

根据上述分析出的敲击特性与敲击出现的工况，判断出最可能发生敲击的部件，如：活塞头部敲击、活塞裙部敲击、活塞销与连杆小头敲击等。图9为部分运动副敲击与工况对应总结，例如，活塞销敲击连杆小头发生敲击时，热机怠速，进气行程上止点后30°。

通过所述V6发动机测试数据分析，结果为发动机转2转敲击1次，说明是单缸敲击，通过各缸缸体振动信号时域对比分析，确认敲击发生在5缸，敲击工况为2000r/minp空负荷，敲击发生时刻，5缸活塞处于压缩行程，压缩上止点前114°，此时活塞正处于受力换向状态，因此，判断活塞换向时，撞击缸筒产生敲击问题。

实施方式六、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，本实施方式中，所述的步骤S2中，所述的数据处理器为数采前端。

本实施方式中，将噪声信号、振动加速度信号、发动机正时信号连接到数采前端并进行正确设置，将发动机运转至敲击工况，同步测量以上信号。

实施方式七、本实施方式是对实施方式一所述的一种发动机缸体内部敲击问题的诊断方法的进一步限定，本实施方式中，所述的步骤S3中，所述的对判断出发生敲击缸体的部件进行互换的方式为ABA互换。

本实施方式中，对判断出的可能的敲击部件进行ABA互换，对换下的部件进行拆解检测，可快速排查问题，锁定真因。A为有敲击问题的发动机的部件， B为无敲击问题的发动机的部件，通过有、无敲击问题发动机部件互换，可以快速锁定真因。

已判断敲击发生在5缸，活塞工作换向时敲击缸筒，影响因素主要是活塞裙部变形、缸筒变形、配缸间隙增大，选取1台无敲击问题的发动机，互换活塞，发现敲击现象跟随缸体，对有敲击问题的5缸进行检查，发现有较明显的缸筒变形，进一步对其解剖检查，发现5缸缸体有裂纹，同时缸筒与缸套的贴合较差，是导致5缸敲击的真因。

实施方式八、本实施方式所述的一种用于发动机缸体内部敲击问题的诊断装置，所述诊断装置包括：

用于将获得的噪声信号和正时信号进行分析，确认敲击发生与发动机转速的关系以及敲击发生的频率范围的单元；

用于将获得的振动加速度信号进行分析，判断出发生敲击的缸体的单元；

用于将获得的振动加速度信号和正时信号进行分析，确认敲击发生时发生敲击的缸体活塞所处位置的单元。