发动机转速测量装置现场校准方法研究
张潇文
摘 要：转速是发动机最重要性能参数之一，汽车实际运行中其转速存在一定变化规律，波动转速蕴含丰富信息，可综合反映汽车发动机实时工作状况，基于此需通过转速判断发动机性能具有重要实际意义。文章就振动和噪声信号为依据进行发动机转速测量研究，从振动和噪声中提取有效信息，并设计一种将振动和造成信号作为测量依据的转速测量计，作为后续相关研究参考。
关键词：振动；噪声；发动机；瞬时转速；测量
1 振动和噪声法测转速概述
科学研究表明振动和噪声与发动机转速间存在一定关系，基于此可将其振动和噪声作为依据进行发动机转速测量依据。汽车发动机工作过程中气缸内压力处于动态变化中。气缸活塞往复运动以及曲轴旋转形成的惯性力存在周期性函数关系，同时这些惯性力也是产生噪声和振动的关键所在，因此通过噪声和振动测量发动机转速具有一定理论依据。通过生噪声和振动测量发动机转速过程中可发现发动机内部异常情况，一举多得。在实际设计过程中可采集发动机缸盖处的振动信息及噪声信息，并将采集到的信息进行比对处理，得出信息处理结果。从可行性和有效性上看利用振动和噪声进行发动机转速信息测量不仅具有一定精度，且在操作上快速方便。将振动和噪声作为测量依据不仅可提升测量结果可靠性，还可为后续测量做足准备，如在缺少转速计或无法获得转速信号情况下便可通过振动和噪声进行转速分析。
2 振动和噪声测量发动机瞬时转速系统方案
前文已经叙述通过振动和噪声进行汽车发动机信号测量具有一定可行性，且可通过该种方式判断发动机性能现状。实际设计中要求振动和噪声测量系统具有结构简单、体积小、便于携带、精度高等特点，因此在设计中需结合单片机或DSP作为控制程序，本文研究的振动和噪声测量系统选取合适数字处理器作为设计基础，系统测量方案流程见图1。
2.1 传感器的选型
传感器是收集信号的重要装置，振动和噪声测量发动机瞬时转速系统中，完整传感器装置组成图见图2。根据实际情况其组成存在一定差异。如对于精度要求不高的传感器装置其中间装置可相应减少，对精度较高的传感器装置可在中间添加某些环节。
传感器对振动和噪声信号收集与发动机工作过程中输出信号与汽车位移、速度、加速度等有一定关系。汽车发动机振动信号频率带在传感器量测极限范围内，因此实际测量中应结合汽车发动机性能与工作实际情况进行选择。例如本文研究振动和噪声测量系统时经过对比、筛选最终确定传感器为接触式传感器ZD-24，该传感器自身外围电路可对收集信号进行预处理，其中包括信号放大处理，因此使用该传感器无需添加信号放大器。ZD-24传感器具有片状磁体装置，可吸附于磁性物质上，可促使其探头与发动机缸盖紧密连接于一起。发动机主体结构为铁质材料，因此使用该传感器可确保传感器与发动机有效接触。ZD-24传感器在测量过程中其探头测量方向与振动方向平行，当被测物体出现振动和噪声等情况时传感器可随之振动，安装于传感器探头内敏感元件便可有效感知振動，产生电信号，经电路被输出。
2.2 安装点选取
测点选择与测量质量息息相关，与后续测量处理工作有重要关系。作为信号收集核心点，安装点是提取振动和噪声信号的窗口。选择安装点时需遵循两个原则，其一是充分反映被测对象实际状况，且信号稳定，对发动机故障信息较为敏感；其二是安装点便于安装测试，且不会对发动机运行造成影响，通过对发动机各部分进行研究分析发现缸盖及机身部位较为敏感，对比机身和缸盖部位发现，这两个部位信号接收结果存在一定不同，缸盖部位传感器更易接收到发动机运行信号，信息量更为丰富，因此可将安装点选取在缸盖部位。
2.3 振动信号分析方法
汽车发动机缸盖传感器受到振动和噪声信号影响会收集到相关信息，对分析结果有用的信息受到多种因素干扰，因此需要对收集到的信号进行分析处理。信号分析主要指将收集到的信号进行有效解读，得出需要的结果，在分析过程中可将收集到的信号看作多种单个信号的分量之和，可通过分量组成情况考察信号特征。信号处理主要指将一个信号加工成另一个信号的过程。信号测量过程中需要将信号分析和信号处理结合起来，在信号收集后需要分析信号组成，提取有效信息，在实际测量过程中可通过频域内分析方法、时域内分析方法等进行信息分析。
由于汽车发动机振动和噪声收集过程中具有一定随机性，无法对其进行人为掌控，因此受到传感器精度限制，振动及噪声信号较为复杂，频带分布宽，且振动信号和噪声信号与有用信号相关性较小，在实际分析中可找到结合振动信号和噪声信号的周期性，强化信号分析作用，相较于其他滤波方法，相关分析具有简单便捷、准确性较高特点，可有效提升收集信息任意频段噪声，快速得出结果。
3 结束语
发动机转速是其综合性能重要组成部分，测量发动机转速对汽车发动机研究有重要推动作用。转速变化存在一定规律，测量发动机瞬时转速获得相关参数已经成为判断发动机性能及故障检测重要手段。通过检测发动机振动和噪声可有效检测发动机瞬时转速，从而获得有效信息。在发动机上安装传感器及数据分析装置，并结合科学的数据处理方式获取有用信息，从而获得发动机瞬时转速有效信息。
参考文献
[1]余方.基于振动和离散频谱校正理论的发动机转速测量新方法及其实现[D].广州：华南理工大学，2012.
[2]范志勇.基于曲轴转速波动分析的内燃机故障诊断研究[D].大连海事大学，2014.
[3]吕平，薛知行，张学敏，等.基于振动的内燃机转速测量研究[J].车辆与动力技术，2015（4）：22-25.
