汽车发动机故障诊断方法研究

2013-04-17迟永军

机械工程师 2013年8期

迟永军

（大庆油田钻探工程公司运输一公司运输五分公司，黑龙江大庆 163413）

1 引言

随着我国国民经济的快速发展，汽车消费在我国也得到了迅猛的提高，汽车年销量和年产量均保持了高幅度的持续增长。2012年全年度，乘用车销量突破了1500万辆大关，同比增长6.5%。可以看到汽车需求量越来越多，汽车的普及率也将越来越广。发动机作为汽车零部件中最重要的部分，一直是汽车生产、销售乃至于汽车维护保养中最为关注的部件。汽车发动机是汽车的动力来源，大致分为汽油机和柴油机，以及当前热门的混合动力以及电动机，发动机的结构构成十分复杂，涉及到的关键技术和生产制造工艺也是各个汽车生产商最为核心的机密之一。总的来说发动机是一种机电一体化的动力装置，主要作用是保障汽车在不同路况、不同的气候地形条件以及不同的功率要求下不失去动力支持。因而，对于发动机的技术要求也是极为严苛，它必须在保持功率需求的前提下，尽可能地变小变轻以便于减轻油耗，同时还得适应高温高压和高强度持续工作的技术要求。因此，发动机的故障率一直高居不下，具体表现为效率降低或者直接失效。对于发动机进行故障监测和故障诊断是保障发动机工作效率的必要工作。国内外的汽车界在经过数十年的发动机运行监测工作之后，总结了许多适合于不同品系发动机的故障监测和诊断的方法，但是核心技术都是对于运行状态的汽车发动机，基于先进的传感器技术和专业的数据采集、数据分析手段，对发动机关键技术参数的实况数据进行监测分析，识别甚至是预测出异常工况，对发动机各个部件的工作状态进行评估，为发动机管理人员提供解决方案。总的来说，发动机故障诊断技术主要是针对于汽车发动机的动力特性、运行可靠性、噪声排放以及安全性进行展开的。

2 汽车发动机常见故障类型

本文针对大型货运车辆的发动机进行了针对性分析，对于发动机在不同工况、不同动力特性以及不同运行状态的故障类型进行了一定的研究，从对现有的技术资料的分析来看，这一类发动机的常见故障有以下几种。

2.1 发动机启停故障

大型货车自重和载重量都很大，因此，在车辆启动和停止时对于发动机的冷启动和热着车都有很高的要求。冷启动困难时，发动机振颤现象明显，需要一段时间，发动机部位的振动才趋于平缓，一直到车速稳定在较高速度时振动才明显消失，停车时，发动机换挡降速效果不明显，油压降不下来，导致发动机迟迟无法换挡，这时候一旦出现紧急事故，驾驶员极易出现急刹车举动，对高速行驶的大型货车这是一个极大的考验和风险。

2.2 发动机噪声异常

发动机正常运行时，噪声值较小，且稳定性较好，但是有时候发动机会突然发出响度较大的异常声音，类似于鞭炮爆炸声。踩踏离合器时出现喀嚓声，通过路面障碍时，发动机与底座有明显的碰撞感，换挡时车辆有明显的停滞感，换挡不顺畅；长时间运行之后出现频率渐进的振动现象，多数时候由于发动机悬置受损或者发动机油路堵塞以及燃烧室燃烧不充分都会导致这样的噪声和振动异常。

2.3 发动机过热或者异常烟雾出现

在发动机耐受范围之内，出现发动机过热现象，发动机箱盖冒出热气，或者直接影响驾驶室内温度，给驾驶员以明显的烧灼感，车内冷却液温度过高；运行过程中，汽车排气管有突突声，伴随着浓度较大的黑色烟雾或者蓝色烟雾，烟雾中油味较重；过热多是由于发动机冷却系统失效，水箱泄漏或者冷却液破损，风扇离合器工作状态不良；异常烟雾多为燃烧不充分，火花塞废物积压过多，出现堵塞现象，汽缸与活塞之间间隙增大，导致燃料泄漏。

2.4 发动机转向装置故障

货车行驶过程中转向器难以稳定工作，转弯吃力，或者表现为不同步转弯现象，出现过度转弯或转弯不足；空载或者满载时汽车稳定性较差，方向盘出现摆动，尤其表现在高速行驶时，多为转向操纵杆磨损带来的转向灵敏度缺失。

2.5 汽车变速失效和怠速失效

车辆加速效果变差，急加速时加速感不强，极易在超车时发生危险。但是发动机耗油量比往常偏大，多数是由于喷油系统出现故障。怠速不稳定，整体速度偏低，熄火概率增大。

3 汽车发动机故障诊断的研究方法

由于汽车发动机技术中，电子化的程度越来越高，因此发动机控制系统的控制策略也日趋复杂，这极大地增加了发动机故障率，对于发动机的故障诊断不仅仅是过去的机械维修，更要从故障检测和故障分析入手，建立健全发动机故障诊断体系尤为重要。

3.1 基于数字信号处理的发动机故障诊断方法

故障诊断的核心内容是对故障信息的提取和故障类型的识别，因此采用信号处理的技术手段能够快速有效地对故障信息进行提取、分析和模式识别。工程实际中采用前端采集技术采集到发动机故障信息，通过小波变化将故障信号进行信号分解，在时域和频域内对信号进行转换，利用小波包络对信号去噪，获取转速平稳信号，与正常信号进行相关性分析，快速找出故障点，同时对比典型故障信号的时域和频域数据，识别出故障类型，该方法数据处理速度快，而且能够识别出故障类型，但是对于故障信号的完整性要求较高，抗干扰能力不足。

3.2 基于专家系统的发动机故障诊断方法

基于已有的故障信息，利用已经建立的专家系统数据库，综合考虑各项技术参数指标，进行数据查询和数据比对，利用数据索引功能，快速寻找到最匹配的故障类型，再通过实际监测数据来进行复查，最终验证故障诊断的效果，专家系统中专家数据库是样本信息的主要存放点，也是进行数据索引的主要依据，这就需要搜集足够详细的故障数据，同时，在线诊断和离线诊断的两种诊断模式，对于专家系统的诊断可靠性的要求很高。通常与专家系统配套使用模糊故障诊断系统和神经网络故障诊断系统，加速数据样本比对和数据索引的速度，增强诊断可靠性，通过对样本进行针对性的训练，大幅度提高专家系统的模式识别能力，提高诊断系统的学习能力。

3.3 基于虚拟现实技术的发动机故障诊断方法

传统的故障诊断方法依赖于硬件系统所监测得到的发动机故障信号，数据采集模块、数据分析模块以及后处理模块的存在，使得故障监测系统规模庞大，而且实时诊断的效果大打折扣。利用虚拟仪器技术，可以大幅度削减硬件系统的使用，将硬件系统集成为测试模块，实现人机交互操作，通过数据借口，或者是IP/TP技术甚至是GPS技术，实现数据的远程传输，进而实现远程的故障监测和故障诊断。同时虚拟技术还提供编程语言操作，使用者可以结合图形化编程语言或者是C、C++、VC语言，快速编写自己需要的数据分析模块，加载在已有的虚拟平台上，快捷方便地实现数据处理功能。对于发动机故障管理单位，可以真正实现人机界面操作管理，简化人为分析的工作量，简化诊断过程，提高诊断的效果，降低诊断失误的可能性。