基于信号处理的汽车发动机故障检测技术

陈宝文

(辽宁工程职业学院，辽宁 铁岭 112000)

1 发动机的信号采集

根据相关的实践调查研究我们可以看出，目前针对汽车发动机的故障检测诊断技术主要分为以下3个部分，即基于知识的诊断方法、基于模型解析的诊断方法以及基于信号处理的诊断方法。从一定意义上来讲，信号处理的故障检测技术从本质上是通过采集相关的信号数据，运用函数、小波变换等多元化的方式方法，对信号所传递出的内容进行有效地分析，并且从中提取出方差、频率等相关的基础参数，通过这样的方式快速高效地判断故障点及故障原因。具体的诊断流程如图1所示。

图1 故障诊断流程图

在对发动机故障进行诊断之前，首先应当对发动机的基本性能进行有效地衡量。具体而言，发动机的输出功率是其性能的重要体现，针对这一模块我们使用的检测方法包括稳态测功法以及动态测功法。所谓动态测功法，我们称之为无负荷测功法，在进行具体的测量过程中，针对发动机并不实加一定的载荷，而是在其怠速或是空载低速运行时打开所有的节气门，使得其能够有效克服内部产生的摩擦力以及惯性，加速运行，根据加速的具体情况反馈体现出发动机的具体功率。在这样的过程中，动态测功法所使用的工具通常为传感器、计算机，包括传感器、触发器、信号调理电路、信号发生器等等。而其具体的工作流程则如图2所示。

图2 动态测功流程

2 发动机故障分析

2.1 发动机故障信号

从一定意义上来讲，如果发动机功率不足或产生了一定的异响、漏气等问题，那么相关的技术人员及从业人员必须第一时间对发动机的整体性能进行有效地检测分析，从而排除故障。根据调查显示，在过去的故障分析过程中，我们最常使用的信息通常为听诊器所采集到的发动机异响声信号，有经验的师傅对其声信号进行分析，整体上来讲这样的方式方法对从业人员的要求极高，并且操作复杂，也容易出现判断失误的情况，受外界影响因素较大。但如果我们运用声信号传感器采集异响则能够有效排除人为的误差，在提高效率的同时实现了结果的准确性，相关的技术人员不需要直接接触发动机就能够有效判断，这样的方式也避免了技术人员由于高温受伤。

2.1.1 装配检查

发动机的装配检查对于整体的性能标准起着至关重要的作用，如果螺栓拧紧但是却未达到国家相关设计标准或是要求，可能会导致螺纹变形，影响其运转的整体效果，一旦发动机发动其产生的震动可能会导致螺栓脱落，发动机漏气、零部件松动。

2.1.2 磨损检查

当发动机经过长时间的高速运作时，其内部的零件会出现一定的磨损，彼此之间的配合也会逐渐脱离原先的预期值，甚至产生较大的缝隙，彼此之间的碰撞就会发出异响。

2.1.3 零部件缺陷检查

从一定意义上来讲，零部件在出厂时可能就会存在一定的缺陷。例如针对发动机内壁而言，在对其进行镀层时可能会由于厚度不足或是镀层不均匀的情况，导致表面磨损较快。久而久之，其内部的零部件之间配合不当，产生相应的异响。与此同时，零部件的材质也会在一定程度上影响发动机的整体性能，劣质的零部件无法满足发动机长期运转的实际要求，甚至在运转的过程中会出现损伤，导致发动机寿命缩短。

2.2 小波分析法的信号处理

所谓小波分析法，从本质上来讲属于一种信号分析的技术技巧，利用小波变化的方式对多尺度进行有效地分解，过滤干扰信号，从而获取不同状态下的信息数据。众所周知，小波分析法是对小波包分解法和正交小波分解的原理进行有效地利用，将高频波打包成为一段正交小波，再使用正交小波分解法对其进行有效地分解，成为低频波和分辨率较低的高频波，在高频波中的信号数据仅仅是第一次小波分解后的一部分，在此基础上继续进行二次分解，最终得到各个频率的信号以及分解后的高频波组成的整体。其中，高频波已经实现了精细化的目标。

从一定意义上来讲，当发动机的转速较高时，其频率信号高，幅值大，周期小，小波变换的系数较大；而当其转速减小时，则信号频率降低，辐射变小，周期变大。由此可见，信号变化的整体周期与小波变换系数乘负相关。在这样的背景下，一个正常合格的发动机，其转速的变化具有一定的规律，换而言之，小波变换系数也遵守一定的规律，当其数值突变时，则说明发动机已经出现了故障点，而造成这一问题的主要原因可能是内壁损坏或是缸内异物。

3 结语

综上所述，为了充分发挥信号处理的价值作用，相关技术人员应当基于发动机故障信号分析，有效利用小波分析法进行信号处理。声信号传感器、转速传感器等智能化的分析设备能够在一定程度上对发动机故障进行有效地采集，灵活运用小波分析法分析信号波，通过这样的方式有效解决了传统汽车故障检测过程中效率低下、可靠性低、人工依赖性较强的问题，能够在现代社会的汽车检修中发挥至关重要的作用。