一种基于红外温度传感器的汽车缺缸报警系统

欧卫新

摘 要：汽车发动机是整车中故障率较高的部分，而发动机常见故障中又以发动机缺缸现象诊断最为难判断。难主要在于发动机有多个气缸，导致出现缺缸现象时，无法具体判断哪个气缸失火缺缸。这导致目前发动机缺缸诊断流程太过繁琐，故障维修排除耗时过长，客户维修成本高。但查找相关资料发现国内外现并没有一个精确有效的缺缸诊断方法。

关键词：发动机 缺缸 报警

A Car Cylinder Shortage Alarm System based on Infrared temperature sensor

Ou Weixin

Abstract：Automobile engine is the part with higher failure rate in the whole vehicle， and among the common engine failures， it is difficult to diagnose the phenomenon of engine lack of cylinders. The main difficulty lies in the fact that the engine has multiple cylinders， and when a cylinder shortage occurs， it is impossible to specifically determine which cylinder is misfired and lacks cylinders. This results in the current diagnosis process of engine cylinder shortage being too cumbersome， fault repair and troubleshooting takes too long， and customer repair costs are high. However， searching for relevant information found that there is no accurate and effective method for diagnosing cylinder shortage at home and abroad.

Key words：engine， cylinder shortage， alarm

1 引言

汽車作为当今社会主要代步工具，与我们生活密已不可分。随着汽车保有量的不断增加，故障车的维修任务量也随之增大，因此对汽车的故障诊断和维修提出了更高的要求。而发动机作为汽车的心脏，如何保障它的故障排除质量，更是重中之重。研究表明，汽车发动机是整车中故障率较高的部分，而发动机常见故障中又以发动机缺缸现象诊断最为难判断。难主要在于发动机有多个气缸，导致出现缺缸现象时，无法具体判断哪个气缸失火缺缸。这导致目前发动机缺缸诊断流程太过繁琐，故障维修排除耗时过长，客户维修成本高。但查找相关资料发现国内外现并没有一个精确有效的缺缸诊断方法。本文主要讨论设计一套可以在第一时间精确判断出是哪一个气缸失火缺缸的报警系统。该系统一旦研究完成，将大大提高发动机缺缸故障排除的效率，对比之前缺缸维修耗时减少50%以上故障排除时间，为发动机维修技术提升做出巨大贡献，这也是本文研究的意义所在。

2 国内外研究现状

目前国内外对发动机缺缸诊断方法及研究进展主要有以下几种：

2.1 单缸断火（汽油机）或断油（柴油机）的方法：

当发现发动机存在耗油量曾大，冒黑烟，无力，马力下降车辆加不起速度，抖动严重，行车噪音加大现象后，汽油机分别拔下一、二、三、四缸的火花塞高压点火线，查看高压线拔下后发动机的反应。如果拔下高压点火线后发动机抖动更加剧烈甚至要熄火，说明这个气缸工作正常;如果拔下高压线后发动机基本没有什么反应，就说明这个气缸不工作，确认发动机存在缺缸故障，同时锁定该缸为缺缸目标。柴油机具体的操作是：分别断开一、二、三、四缸的高压油管，查看断油后发动机的反应。如果断开某缸高压油管后发动机抖动更加剧烈甚至要熄火，说明这个气缸工作正常;如果发动机基本没有什么反应，就说明这个气缸不工作，确认发动机存在缺缸故障，同时锁定该缸为缺缸目标。

2.2 触摸感温法：

当发现发动机存在耗油量曾大，冒黑烟，无力，马力下降车辆加不起速度，抖动严重，行车噪音加大现象后，停车待发动机冷却完毕，重新启动怠速5—10分钟。熄火，汽油机用手逐个触摸火花塞瓷体感受其温度，如果温度较高，说明该缸工作正常;如果温度低或近于常温，说明该缸不工作，确认发动机存在缺缸故障，同时锁定该缸为缺缸目标。柴油机则用手逐个触摸发动机排气歧管分管，如果温度较高，说明该缸工作正常;如果温度低或近于常温，说明该缸不工作，确认发动机存在缺缸故障，同时锁定该缸为缺缸目标。

2.3 器件更换法：

当发现发动机存在耗油量曾大，冒黑烟，无力，马力下降车辆加不起速度，抖动严重，行车噪音加大现象后，逐个缸更换好的火花塞和喷油装置并点火着车测试，如果更换新的器件后汽车仍存在上述故障现在，说明该缸正常工作，继续进行下个气缸器件更换;如果更换新的器件后发动机正常工作且不再出现上述故障现象，说明该缸不工作，确认发动机存在缺缸故障，锁定该缸为缺缸目标，同时维修工作完成。

3 水平和发展趋势分析

查找相关资料，基于上述三种传统诊断方法的基础上，发现目前国内外仅存在一种基于振动信号的汽车发动机缺缸诊断系统，该系统利用发动机缺缸故障发生时伴随发动机抖动严重的故障现象。将振动信号放大转化为电信号，再传输给ECU综合处理判断发动机是否真实存在缺缸并呈现在仪表盘上，结果清晰明了。工作结构模型如图1：

通过对该诊断系统的分析结合汽车运行工况容易发现，该系统虽然解决了快速诊断缺缸故障存在与否的问题。告诉驾驶员或维修人员，发动机存在缺缸故障，警惕驾驶。但具体是哪一个气缸不工作仍无法确定，只是在原来车主无法判断汽车故障原因的问题上给出了解答。并且该系统易受外界因素影响，出现错误诊断情况。如：在山地，野外等非良好路况下行车时车辆抖动情况明显增加，振动信号加强，ECU无法具体判断该情况，会错误报警亮起故障灯。

4 新型缺缸报警系統

新型缺缸报警系统主要通过发动机缺缸故障存在的问题，设计一套基于“传感器”技术的发动机缺缸故障报警系统，用以解决发动机工作过程中，出现缺缸故障现象时无法快速诊断发动机是否确实存在缺缸故障，并精确诊断是哪一个气缸不工作，锁定缺缸对象，为发动机缺缸故障排除效率提升作贡献，解决维修人员难以判断是哪一个气缸失火缺缸的难题。

遵循汽车控制电路“传感器→控制元件→执行元件”的基本原理。新型缺缸报警系统要包含三大部分：四组传感器接入线路设计（以四缸发动机为例）、信号数据处理综合控制线路设计、报警反馈线路设计，系统构成如图2所示，单组工作线路电路简图如图3所示。

根据系统结构示意图2，设计报警系统运作流程如下：选择四组红外线传感器（以四缸发动为例）分置于发动机排气歧管分管靠近发动机内测。依据“传感器→控制元件→执行元件”数据流控制方式。“发动机启动工作→各传感器检测信号→信号放大→数据采集→车载ECU处理数据并判断是否缺缸，若存在缺缸故障，输出信号N（N为1或2或3或4）→相对应的气缸故障灯点亮，发出警报。

5 总结

发动机作为汽车的心脏，是整车中故障率较高的部分，而发动机常见故障中又以发动机缺缸现象诊断最为难判断。当发动机存在缺缸时会带来耗油量曾大，冒黑烟，无力，马力下降，车辆加不起速度，抖动严重，行车噪音加大等严重影响汽车正常使用的后果。而一般驾驶人员对此浑然不知，不能及时发现并解决该故障。长期在缺缸条件下使用汽车，将大大降低发动机的工作效率。严重时导致气缸与气缸壁磨损，缩短发动机使用寿命。即使有经验的驾驶员或维修人员可以根据故障现象初步判断发动机存在缺缸，但也无法断定是哪一个气缸失火缺缸，需要经过繁杂的诊断流程才能锁定具体是那个气缸失火缺缸。

该新型缺缸报警系统的设计就是解决当发动机出现缺缸现象时，驾驶人员或维修人员无法快速判断发动机是否真实存在缺缸故障，以及多个气缸中到底是那个气缸失火缺缸的难题。经前期市场数据调查发现，4S店及汽车维修厂在对发动机排除缺缸故障时，前期诊断锁定多个气缸中是哪一个气缸失火缺缸流程中所花的工时，占整故障排除工时的50%以上。也就是说：如果该系统研发完成投入市场，将大大提高发动机缺缸故障排除的效率，为车主减少现基础上50%的维修资金。同时在该报警系统快速判断发动机存在缺缸并发出报警信号的帮助下，广大车主将不再面临汽车长期在缺缸条件下使用，车主自己却浑然不知所带来的各项问题。

基金来源：2019年度第二批院级科研类课题2019YKZ04 《汽车发动机缺缸报警系统设计与研究》项目。

参加文献：

[1]高远.基于振动信号的汽车发动机缺缸及轴瓦磨损故障诊断研究[D].天津大学，2018.

[2]公茂才.浅谈发动机“缺缸”运转的危害及如何诊断[J].交通科技与经济，2000（04）：33-34.

[3]肖健.基于随车传感器的汽车发动机故障缸诊断应用研究[D].西南交通大学，2006.