内 容 简 介

内燃机主运动副至今仍是内燃机的主要故障源。本书选取故障率较高，

对内燃机运行影响较大，且自身承受较重负荷，处于整体可靠性链薄弱环节

的三组主运动副：活塞－缸套组件、主轴承、排气门－阀座作为研究的对象，采

用振动诊断技术进行分析和研究。通过设立专用试验台架对有关故障实施

了模拟实验，建立了主运动副（缸套－活塞－活塞环组；主轴承）运行工况数值

计算模型，运用FFT方法、AR（n）时序分析、分形几何中的关联维数、模糊

贴近度和模糊聚类原理、BP神经网络等手段对上述主运动副工况监测与故

障诊断的方法和措施进行了较为深入的研究。

本书可作为从事机械设备工况监测与故障诊断的工程技术人员，以及

进行这方面内容学习的高校研究生和本科生的参考书。

目 录

第一章 绪 论

1.历史回顾

2.振声诊断技术现状

3.振声诊断技术在近期的发展方向

4.本书主要内容

本章参考文献

第二章 内燃机主运动副结构响应与运行工况实验台的

研制

1.概 述

2.试验台总体结构

3.主运动副运行工况测试与试验数据处理系统

4.用机身表面振动信号进行缸内部件故障诊断的

可行性

本章参考文献

第三章 考虑油膜与摩擦力影响的内燃机活塞－缸套

撞击情形研究

1.概 述

2.活塞－缸套撞击计算模型

3.有气环失效时的活塞－缸套撞击模型

4.小 结

本章参考文献

第四章 利用机身振动信号诊断活塞环失效的研究

1.概 述

2.通过机身振动信号进行诊断的机理分析

3.活塞环的径向振动频率

4.活塞环失效故障诊断的模拟试验

5.活塞环失效的振动辨识方法

本章参考文献

第五章 内燃机滑动主轴承运行工况的研究

1.内燃机主轴承运行工况的数值计算

2.内燃机主轴承运行工况的实验研究

本章参考文献

第六章 内燃机排气门漏气时的高压气体阻塞喷注声振

特性实验研究

1.排气门漏气声学特性

2.内燃机排气门漏气故障模拟实验

3.小 结

本章参考文献

第七章 有关AR（n）时序模型处理方法的讨论

1.AR（n）时序模型处理方法

2.定阶问题对AR（n）时序模型的影响

3.随机干扰对AR（n）时序模型的影响

4.检测系统固有频率对AR（n）时序模型的影响

5.小 结

本章参考文献

第八章 关联维分形在内燃机活塞－活塞环－缸套运动

副故障诊断中应用的探讨

1.GP法关联维

2.基于关联维的活塞－活塞环－缸套－机身系统故障

分析

3.小 结

本章参考文献

第九章 模糊监测方法与BP神经网络在内燃机故障

诊断中的应用

1.模糊动态监测方法

2.P神经网络的应用

3.模糊贴近度、模糊聚类与BP神经网络三种方法相

互间的比较

4.小 结

本章参考文献

结束语

第 一 章 绪 论

本章提要 本章对内燃机工况监测和故障诊断研究中应用广

泛的振声诊断技术的发展历程、目前国内外的应用状况和研究水

平、所面临的难题、以及未来一段时期内的动向作了分析；并对书

中的主要研究内容作了介绍。

自从100多年前首台内燃机诞生以来，对内燃机的维护（修）

方式已经经历了事后维护、计划维护、按需维护三个阶段。每一阶

段的维护指导思想无不与当时诊断方法的技术水平和应用状况密

切相关。尤其是二战之后，系统论、信息论、控制论对大工业生产

的冲击和推动，机械设备的复杂与精密化，以及计算机软硬件技

术和传感器技术的长足进步，使机械设备状态监测与故障诊断技

术，尤其是振声诊断技术，得到了迅速发展。内燃机高速、高负荷、

高功率的倾向，加上大型海难、空难、陆难（铁路、汽运）事故的频

发，也促使振声诊断技术在内燃机故障诊断工作中开始得到应

用。时至今日，振声诊断技术已成为既有诊断理论，又有应用方

法；既有成熟的相关学科理论支持，又有自身特有的故障机理研

究；既与高新技术发展密切相关，又是工程应用性极强的高精尖

实用技术，在内燃机运行与维护保障中发挥着重要作用。

1.历史回顾

早期的内燃机主要用于陆地车辆，之后由于制造技术的改进

和实际需要，功率得到提高，其应用范围扩大到飞机、舰船、机

车。那时尽管人们认识到内燃机需要保养，但其认识水平也仅仅

是从事后维护方式过渡到计划维护方式，认为按事先订好的维护

计划一步步地去做，则机器可保无虑，运行正常。于是，按班保

养，定时例检，按时厂修，已成了信条。一切都有条不紊地运转

着。此时用振声参数来诊断内燃机，大概就是技工们用人体感官

去感知机器的声音和振动，以判断故障的所在和程度。应该说这

种状况是符合早期，尤其二战前后相对低水平的较大规模机械化

生产的需要，便于对维修工作作出计划性安排的要求，和当时的

计算机－电子－传感器技术水平相对应。更重要的，也和当时人们对

机械设备维护诊断工作的认识程度相对应。其典型代表就是前苏

联曾广泛实行的计划维护修理体制。

然而事实却不如想象的那样好。除了固然造成人力和物力等

浪费的过剩维修情形外，同时尽管强制性地按计划修理了机器，

但仍不断出现因突发性故障而导致的机务事故，严重者造成车

（飞机、舰船、机车）毁人亡。现实使人们对维修体制和机械状况监

测手段进行反思和改进。这中间以英国的设备工程学，日本的预防

维修理论（TPM），美国的以可靠性理论和系统工程为基础的按

需维护思想为典型代表，并应用于实际［1］。简易振动检测仪表开

始引入内燃机的维护保养诊断中，以拓延人的感官。到了本世纪

70年代，内燃机维护管理的局面已得到进一步的发展［2］。

我国自70年代末开始引入了国外先进的设备管理理论，消化

吸收后逐步形成了中国的机械设备管理方法，其中的四大支柱

是：微电子技术、表面工程技术、诊断技术和计算机辅助设备管

理，而又以用振声参数为主要特征的诊断技术更为活跃。到现在，

振声诊断技术已经在使用大型柴油机的场合如长江和远洋船舶、

铁路机车、陆地电站等方面得到应用 ，同时也在内燃机性能的

改善（如爆振控制、燃油消耗及排放最佳化）和对小型车辆内燃机

（如摩托车发动机）制造与装配质量的检测等方面得到了应

用。