随着我国轨道交通行业的蓬勃发展和改革,内燃机车(动车)被广泛应用于市郊短途和大多数电气化欠发达地区。内燃机作为其动力源的关键部件,在车辆运行中一旦发生故障,若未及时发现处理,将导致严重后果。因此,对内燃机各缸作功状况监测与故障诊断显得至关重要。传统的故障诊断方案计算量大、周期长、检测工作繁重,难以满足现阶段在线快速检测诊断内燃机工作状况的需求。基于此本文从内燃机轴系角振动与激振力矩的基本关系理论出发,提出了利用多谐次响应面代理模型构建内燃机各缸作功状态识别检测模型的方法,该方法能够有效克服传统方法中存在的不足。内燃机故障诊断工作一般由采集信号数据,建立故障信号与故障模式的关联信息,再通过关联信息识别故障三个方面展开。因此本文首先以典型内燃发电机组为研究对象,对机组轴系角振动信号采集方法进行了详细研究,提出了利用光电法可弥补磁电法在低转速测量方面的不足;研究了利用轴系扭振实验结果修正轴系仿真动力学模型的方法,并对该修正方法进行了实验验证,用于产生准确样本;在此基础上,提出了基于多谐次响应面代理模型的内燃机各缸作功状态角振动识别方法,并对该方法进行了仿真和实验验证,可为在线快速检测诊断内燃机工作状况方面的研究提供参考。在信号采集和处理方面,本文首先对常用的磁电测量方法进行了详细分析,提出了利用光电法弥补磁电法在低转速测量方面的不足;探讨了采样频率、接头缝隙、测试部件偏心、信号信噪比等因素对信号采集和处理的影响及消除方法。结果表明:光电法适于中、低转速下的轴系角振动测量,磁电法适于中、高转速下的轴系角振动测量;测量部件偏心对磁电法的影响较光电法大;通过五点三次重采样法校正接头缝隙,能使接头缝隙误差有效消除。相关研究成果可为内燃机各缸作功状态识别提供准确的测试信号。对轴系动力学模型进行了搭建,并提出了利用启停工况、连续空载提速、降速的轴系扭振实验数据校正轴系当量模型参数,以及利用稳态、停缸工况实验数据修正气体简谐力矩的方法。对修正后轴系仿真与实验结果进行了对比分析,结果表明:修正后的轴系响应更符合实验结果,说明该修正方法正确可行。相关研究成果对建立准确的内燃机各缸作功状况识别模型具有指导意义。在上述研究的基础上,从内燃机轴系扭振与激振力矩的基本理论出发结合代理模型建立的方法,提出了基于多谐次响应面代理模型的内燃机各缸作功状态角振动识别方法。并进行仿真和实验验证,结果表明:仿真验证中检测模型识别出的各缸功率损失误差很小,实验验证中停缸判断准确。说明代理模型方法的正确性。本文的相关研究成果可为轴系角振动信号测量、轴系模型修正提供参考,也对快速在线检测内燃机各缸工作状况方面的研究具有普遍参考意义。