Modeling of vibration signal for reciprocating engine diagnostics

Vibration signal of the reciprocating engine may be described in several ways depend on the diagnostic purpose. For detecting non-uniform cylinder operation, for instance, lower harmonics of shaft vibration are interested. Then the signal can be assumed as stationary, ergodic and harmonic and may be expressed as a Fourier series. Assuming that transients are statistically independent some vibrations can be modeled as periodic transients, for instance piston slap. Transients may overlap each other and are buried in additive noise. Then the statistical methods are useful like periodically time-varying autoregressive model. In the paper different approaches to modeling of engine vibration signal are proposed. Particular methods of signal describing are dedicated to diagnostics of different components or processes of the reciprocating engine. Described diagnostic model propositions are illustrated by examples of four stroke spark ignition engine.

Sygnał drgań silnika spalinowego może być opisywany na wiele różnych sposobów w zależności od diagnozowanego podzespołu lub procesu. W celu obserwacji nierównomiernej pracy cylindrów, na przykład, monitorowanych jest kilka harmonicznych, czyli niskie częstotliwości sygnału. W takim przypadku sygnał może być opisany w postaci szeregu Fouriera. W innym przypadku, zakładając że odpowiedzi systemu na różne wymuszenia jednostkowe, jak zamykanie zaworów lub zwrot tłoka w cylindrze występują niezależnie i w ustalonej kolejności, drgania można opisać jako ciąg drgań przejściowych. Często jednak jest to sygnał zaszumiony, a drgania zachodzą na siebie. Wtedy użyteczne okazują się statystyczne modele, jak opisany w artykule model autoregresyjny ze zmiennymi w czasie współczynnikami. Wymienione wyżej metody modelowania zostały opisane w artykule w zastosowaniu do silnika czterocylindrowego o zapłonie iskrowym.