Application of the wavelet transform in SI engine valve fault diagnostics

In this paper, the wavelet transform of vibration acceleration signals which were acquired from the cylinder head in two different states of valve train were analyzed. The valve works under two different conditions: the normal condition and the gasleakage fault conditions. The gasleakage fault was simulated by producing a 3 mm long crack on the cap of the exhaust valve. The sampling frequency was 25 kHz and during data acquisition process, the rotating speed of the engine was kept at a constant rpm and at run up condition. A engine valve is opened by a camshaft and pushed back to its seat by a valve spring. Problems with valve mechanism can cause a change to the transient vibration produced during opening and closing. The vibration signals collected from engine block are complicated the features of the signals in different fault condition often overlap together with each other. The vibration signals from cylinder head are typically non-stationary and transient, which are usually analyzed with non-stationary signals analysis methods, such a time frequency analysis (STFT, WVD), wavelet analysis (DWT, CWT) and wavelet packet analysis (WPT). In wavelet analysis, the signals are processed at different scales or resolutions. Wavelet analysis is one effective tool for signal processing and feature extraction. In this paper the time- energy density analysis approach based on wavelet transform is proposed.

W artykule przedstawiono wyniki analizy falkowej sygnałów przyspieszeń drgań zarejestrowanych na głowicy silnika ZI z symulowanymi uszkodzeniami zaworów. Badania przeprowadzono na silniku sprawnym oraz na silniku z uszkodzonym zaworem wylotowym pierwszego cylindra. Uszkodzenie zaworu wylotowego, powodującego nieszczelność cylindra symulowano poprzez poprzeczne nacięcie grzybka zaworu o długości około 3 mm. Sygnał przyspieszeń drgań rejestrowano z częstotliwością próbkowania 25 kHz, podczas badań silnik pracował ze stałą i zmienną prędkością obrotową. Praca układu rozrządu wywołuje zaburzenia impulsowe, które są widoczne w sygnale przyspieszeń drgań. Drgania mierzone na bloku mają złożony charakter ze względu na nakładanie się sygnałów pochodzących od różnych źródeł. Sygnał przyspieszeń drgań kadłuba i głowicy jest niestacjonarny i do jego analizy stosuje się metody przetwarzania sygnałów w dziedzinie czasu i częstotliwości, tj. STFT, WV, oraz analizę falkową (CWT, DWT) i pakiety analizy falkowej (WPT). W analizie falkowej sygnał jest przetwarzany ze zmienną rozdzielczością w dziedzinie skali i czasu. Z badań wynika, że jest ona skutecznym narzędziem służącym do budowy zbioru cech diagnostycznych. W artykule przedstawiono wpływ uszkodzeń zaworu na rozkład energii sygnału drganiowego na płaszczyźnie czas-skala.