内燃机曲轴角振动信号以其测量简便和信息丰富的优点,在内燃机轴系扭振分析和故障诊断方面得到了广泛运用。本文针对在曲轴角振动信号测量和内燃机停缸故障诊断两大关键技术上所存在的问题,进行了深入分析,并提出了相应的信号预处理方法和故障诊断方法。论文的研究工作,对内燃机的轴系角振动测量分析、各缸工作状态监测和故障诊断以及自动控制等方面具有工程实用价值,并丰富和发展了相关理论。本文从角振动测量信号测量和预处理技术着手,分析了瞬时转速丢点(齿)现象产生的原因,提出并对比了处理丢点的两种方法:补点(齿)法和并点(齿)法,阐述了并点原理;分析了原始电压脉冲信号中的干扰信号产生的原因和影响,提出了采用带通滤波法滤除窄(低)频干扰信号的方法;分析了各类畸点对瞬时转速信号频率成分的影响,从理论和方法上完善了畸点替换法,并以实测数据进行验证分析;利用高频采样数据进行分频得到低频采样数据,分析了采样频率对A/D采样拟合法精度的影响,得出采样频率至少为电压脉冲基频的9倍时,能够达到高频(5MHz)采样的精度(相对误差＜1%);对比分析了采用A/D采样拟合法时,两种曲线拟合方法在不同情况下的计算精度,研究表明:高频采样时,两点线性插值法能够达到最小二乘拟合法的精度,采样频率较低时,最小二乘拟合法更加稳定。针对角振动测量中可能出现的测量齿盘齿数较少的问题,通过理论推导,定量分析了齿数与角振动测量精度之间的数学关系。结合仿真信号分析,确定了单谐次幅值精度满足要求时每周期内所需的最少采样点数,以及齿数较少时的有效简谐次数。以6135柴油机的实测数据为研究对象,采用并点处理后,比较了各谐次幅值随齿数的变化,进一步验证了结论的正确性。同时,当扭振测试每周期内采样点数较少时,可根据本文提出的修正公式对满足采样定理的各谐次幅值进行修正,提高分析精度。在深入研究曲轴角振动“单谐次准刚体模型”和“单谐次准梯形”的基础上,发展了综合公式和单谐次综合诊断内燃机双缸停缸故障的新方法。通过仿真和实验应用研究,验证了该方法在4缸机和6缸机上的可行性。在上述研究工作基础上,将角振动测试分析系统PTVM升级至PTVM2007版,开发了基于A/D采样拟合法的PTVMAD07系统,两个系统均能进行角振动信号测量和常规角振动分析。PTVMAD07系统还能对已有A/D角振动采样数据进行分析。开发了基于曲轴角振动信号的内燃机状态监测系统软件PTVM-FDS,对实验数据的研究表明,该系统能够对4缸机和6缸机进行状态监测和停缸故障诊断。