汽车发动机机械故障非接触式检测技术分析

涂紫鹏

摘 要：随着我国人民可支配收入不断提高，汽车保有量也随之增加，而汽车行驶中发动机作为其动力源，长期使用后不可避免的会有一定机械故障出现。汽车发动机零件数量多，结构较为复杂，若是使用传统人工检测方式或一般设备诊断，则无法确保全面精准的检测机械故障。在此背景下，应当采取非接触式检测技术，利用电信号中声场信号特征检测机械故障，以提高发动机机械故障检测效率。本文主要针对汽车发动机机械故障非接触式检测技术进行简要分析。

关键词：汽车发动机;机械故障;非接触式;检测技术

1 汽车发动机机械故障非接触式检测技术概述

汽车发动机机械故障非接触式检测技术是依托于智能化技术和自动化技术形成的一种新型检测技术。该技术是通过检测设备上的声音传感器对发动机响动的音量、音频和音色等数据进行捕获和分析，然后通过发动机故障评估系统算法模型进行计算，最后将计算结果直接反馈给检测人员，从而实现对发动机机械故障的精确诊断。由于该技术利用一些现代化检测设备对汽车发动机进行自动化分析和检测，因此，该技术的现代化程度和检测效率很高。相比传统检测技术具有很大优势。汽车发动机机械故障非接触式检测技术的核心是声光学原理，该技术在无需与发动机接触的情况下就可以完成对汽车发动机的动态和静态检测，因此该技术在检测时不但不会对发动机造成任何影响，检测的效率还很高。未来随着电子感应技术、光敏感材料技术、自动控制技术、信息技术和智能化技术的发展，该技术将发展的更加成熟，应用也将更加广泛。

2 汽车发动机机械故障分析

（1）连杆轴承，由于连杆轴径与连杆轴承之间产生较大配合间隙，或螺栓松动致使轴径与轴承碰撞，以至于发生异常响动，汽缸体有显著振动。（2）孔座与活塞销之间有较大配合间隙，致使活塞不断敲击孔座，导致发生声响。（3）由于曲径与曲轴轴承之间有较大配合间隙，或螺栓松动致使轴径与轴承碰撞，以至于发生异常响动，汽缸轴承座部位有显著振动。（4）汽缸漏气，发动机做功中，将会有高压气体途经汽缸壁与活塞环一同进入到曲轴箱中，进而冲击油底壳，发出声响。发动机机械故障通常是由于磨损造成的，部分故障无法有效分辨，如气门、附件异常等。本次以四冲程汽车发动机为例，分析异响声信号手机及处理信息数据实际操作，可人工设定常见发动机异响类型，并制定相应声信号与电信号，表1为检测结果。

通过异响分布情况可知，汽车发动机异响集中在气门与前驱部位，在总比重中占据6成左右，不同故障点异响的频率及音色上存在差异，所以利用设备传感器能够对发动机异响来源进行分析，与噪音异响信号频率及强度相结合，可确定故障点部位，诊断发动机故障。

3 非接触式检测分析

3.1 操作流程

（1）车间中清除非相关设备，尽量减少混响声与噪音对此检测结果的影响，但不能影响总装车间的工作。布置安装实验系统设备，连接传感器与配套分析系统，验证硬件参数可靠性，以保证其能够在检测中发挥作用。（2）设置发动机异响声信号参数，在软件中设置技术参数，校对传感器信号，调试设备灵敏度，设置声信号采样时间及采样频率间隔，依据维修经验，声信号频率为20250Hz，时间间隔设置为1.5s。（3）需要检测的发动机，将其放在设备检测平台中，此过程尽量保持冷启动，之后专业机修室设置发动机可能发生的故障问题，模拟人工检测流程，并在总装车间中收集声信号，定时做好声信号数据反馈，依据数据整合分析发动机故障情况。

3.2 结果分析

（1）正常发动机。图为正常发动机测试结果，所收集的声信号利用小波进行过滤，下图中ac、bd进行两两分析，滤波后声信号细节系数中一三四尺度均为0，而二和五尺度则有保留数据。表明发动机信号收集中存在杂音，第一三四持续中十分显著。声信号向极坐标转换后，信号均有雪花状，且经过滤波前后对比，区分显著，证明镜像图中能够有效分离有用信号。

（2）气门异常。气門异常发动机通常发出哒哒的清脆声响，由凸轮轴一侧发生，尤其是发动机怠速运转时声音更加显著，中速以上则明显减弱。主要是由于导孔与挺杆存在较大圆度偏差，且挺柱球发生变形，进而造成挺柱运转不灵活。经过非接触式检测后，在小波滤波前后其气门挺柱异常情况相较于正常发动机存在明显差异，通过收集声信号，时域图中可通过视觉掌握周期特点，小波后并未影响信号周期性，前三个尺度存在显著声信号周期性。

（3）油底壳异常。发动机在出现油底壳异常响动后，其并无显著特点，因此在与正常发动机相比较中无法及时获得检测结果。但是，利用非接触式检测技术，在细节系数图中，能够明显观察到三四五尺度信号发生显著变化，此处声信号存在显著周期性特点。由此可知，检测发动机油底壳声信号异常的滤波后，能够明显将自身周期性特点提高。

4 结束语

综上所述，机械故障是汽车发动机的常见故障，汽车发动机机械故障检测工作是一项比较专业和复杂的工作，以往主要采取传统检测技术，传统检测技术主要依靠检测方法、检测设备仪器和专业人员的个人经验，检测工作容易受到干扰，检测结果的随意性和不确定性较大，因此，传统检测技术具有一定的弊端。

参考文献：

[1]姜十万.汽车发动机机械故障非接触式检测技术分析[J].农机使用与维修，2020（05）.