汽车发动机失火故障的诊断方法研究

2022-01-25曾思琪

时代汽车 2022年1期

摘要：失火是发动机常见故障之一。失火的原因有很多。油路、电路和机械零件中的故障可能导致发动机失火。发动机失火故障发生后，不仅降低了发动机工作的稳定性、动力性和经济性，而且会增加因燃油燃烧不完全或不燃烧而产生的排放污染。因此，有必要对汽车发动机失火故障诊断方法进行研究。

关键词：汽车维修发动机故障诊断

Abstract：Misfire is one of the common engine failures. There are many reasons for the fire. Failures in the oil circuit， electrical circuits， and mechanical parts may cause the engine to catch fire. After an engine misfire failure occurs， it not only reduces the stability， power and economy of the engine， but also increases the emission pollution caused by incomplete or incombustible fuel combustion. Therefore， it is necessary to study the method of car engine misfire fault diagnosis.

Key words：car maintenance， engine， fault diagnosis

1 汽车发动机失火故障相关概述

1.1 研究背景及意义

随着汽车产量的增加，油耗和废气排放给环境保护造成了负担。所以，有效的故障诊断方法将成为汽车节能减排的重要保障。特别是汽车发动机无法正常点火的诊断，它是汽车行驶过程中排放物直接相关的机车诊断、油耗和发动机损坏的重要组成部分。

20世纪80年代以来，随着使用者环保思想的提高和汽车排放标准法规的完善，美国政府制定了法规，要求车辆配备OBD系统，以实时诊断车辆发动机故障。1985年，加州空气资源委员会设定条例，要求汽车制造商准备OBD系统。但是，OBD I忽略了发动机失火检测和三效催化剂效率监测。

在汽车发动机运行过程中，由于实际路况复杂，不确定性因素大得多，故障很难及时诊断。实行早期故障检测，可以确保行车安全。通常，发动机故障检测包括燃油供给、失火爆震、EGR阀、各类传感器、执行机构，燃料蒸汽泄漏和碳罐堵塞等故障。由于不同的故障水平层次不同，合理的程序化的故障诊断是最紧迫的任务，其中发动机无法点火的检测引起了众多学者和行业从业人员的重视，发动机无法点火原因复杂多变，涉及机械和电路，不及时排除故障，甚至可能可能损坏三元催化转换器，增加废气排放。因此，准确诊断发动机无法点火是很重要的。

1.2 汽车发动机失火故障的概念

发动机一直是汽车的主要部件之一，目前有许多型号和型号的发动机。不同的汽车发动机都会产生混合气体（燃油和空气的混合气体），并在操作过程中改变气缸压力。通常燃烧有三个发动机燃烧循环：慢性燃烧循环、局部燃烧循环和火焰燃烧循环。与正常工作方式相比，长燃烧周期汽缸的压力约为46-85%;部分燃烧循环中汽缸压力小于46%;无火焰燃烧循环使汽缸压力降到负值。

1.3 发动机失火故障的现象及危害

不工作的汽缸由于燃料燃烧不当而失去正常工作能力，而其他失火气缸仍能正常工作的失火，发动机失火故障首先导致发动机运行不稳定，通常以以怠速抖动等方式表达。还有因为工作中涉及的气缸数或循环数减少的失火，主要影响发动机性能，表现为弱加速等。由于气缸内燃油燃烧不良而引起的失火，燃烧过程相对延遲，因此会出现一些类似于点火太晚的现象，主要表现出发动机声音缓慢、加速时“突突”的声音等。失火还意味着燃烧损失和浪费因此，当发动机失火时，油耗将高于正常值。除了发动机运行不稳定、功率降低和经济性，失火故障还将直接加剧和减少燃油不完全燃烧（非燃烧）造成的排放，使汽车空气污染更加严重。同时，未完全燃烧的燃料在进入排气系统后会继续燃烧，这将提高排气管的温度。在严重情况下，三元催化会因高温而损坏。

2 发动机失火的原因分析

2.1 进气系统

发动机起火有许多原因，因此，有必要加强对系统的控制。自然吸气的进气系统应主要检查排气流量（进气流量传感器或者进气压力传感器）、进气和排气气门控制角以及燃烧室的完整性。VVT发动机的燃油喷射速度应按进气量计算，根据进气管收集器的温度和大气压力传感器的温度结合计算。如果空气滤清器和进气歧管之间的漏气，则进气歧管的进气负压，会导致实际进气量太大，导致实际混合物过饱和进入汽缸，使点火困难，导致失火。

2.2 燃油系统

如果燃料管道堵塞或燃料含有气体和水分，燃料压力将不稳定。如果燃油压力过高或过低，则发动机气缸内的混合物太浓甚至液态，不能点火，导致发动机燃烧不当和故障。此外，根据喷嘴分析（喷嘴已设置为直接喷射中心），如果喷嘴中燃烧沉淀积碳导致喷嘴堵塞，实际喷射量在与喷射量相同的刻度上太小，或者喷嘴误差或者泄露导致喷嘴过大，导致气缸内雾化不好导致发动机失火。

2.3 点火系统

点火系统更直接地影响发动机的损坏.对于点火系统，点火线圈中初级回路与次级回路都会影响到点火，火花塞中心电极和旁电极的距离也会影响。因此应特别检查电路。非正常点火，哪怕火花就会跳跃，也产生非常微弱的火花。虽然混合气体可以在开始时点火，但由于排气功率不足引起的燃烧，它们不能正常工作。如果故障电压不足，发动机在负荷下难以点火。点火线圈对发动机故障也有很大影响.如果点火线圈对与搭铁间短路或者短路，会汽缸内的混合气体无法燃烧，可以采用示波器或者试灯检测点火线圈的回路，及时更换，避免故障产生。

3 故障因素分析及诊断依據

3.1 故障因素分析

发动机跳火时，如果气缸内的气体没有进入或燃烧，发动机就不能点火。目前的情况表明，发动机起火的原因有多种因素。另外，汽油的质量好坏以及机械故障等也是影响发动机循环的因素。

3.2 气缸外部诊断依据

（1）活塞的瞬时净扭矩。曲轴箱的瞬时净扭矩是指发动机的燃烧力矩。所以，可为评估火灾中是否存在错误的依据。燃烧压力允许曲轴箱通过机械方式将扭矩传递给飞轮离合器以及变速箱。但注意当发动机高速旋转时，旋转体的惯性会影响曲轴的旋转，导致错误判断。

（2）曲轴的角速度。点火后气缸进入工作循环中改变发动机转速。如果未考虑惯性、摩擦和其他因素的影响，曲轴箱角度的瞬时速度应与燃烧功率成线性关系。应注意，曲轴箱转速的变化也可用于确定发动机是否缺火。

（3）曲轴箱瞬时角加速度。曲轴箱的瞬时角加速度在确认发动机损坏方面更准确。气缸内的点火顺序是规则的。反向速度可以获得不规则的能量和角加速度。发动机故障后，曲轴箱的角加速度显示出的峰值，可诊断和识别故障。

影响多缸软木塞轴上任何气缸篮（用I表示）的激励力矩V为：

Mgvi=Mgvsin[v（wt-θi）+φv1]

当中，θ表示计算i缸点火间隔角度。

（4）曲轴转角。它表示通过积分曲轴瞬时角速度得到的值。曲轴角度虽然不能直接判断是否发生火灾，但可以间接诊断火灾故障。另外，在多次试验后，根据离散动态曲线角模型，有效地诊断失火故障。

（5）气体压力、成分和温度。在汽车气缸中燃烧混合物产生的物质应从发动机中清除。此时，可以评估排气误差，根据排气压力，失火诊断需要压力传感器和柔性连接的帮助。但是诊断排气压力的方法有许多局限性，这大大限制了其使用。因此，不符合正常值的气缸压力可作为诊断发动机损坏的标准。在大多数情况下，未点火的排气压力比正常值低三倍，85%诊断准确率。

3.3 气缸内部依据

（1）电流信号。气缸内发动机混合气点火将产生点火反馈信号，根据电流信号的电压，可确定发动机火灾故障原因。

（2）光学信号。利用光学原理对可见光的电磁辐射进行文献分析和后续分析。可以直接观察燃烧室内的燃油和燃烧过程，进而判断发动机的燃烧状况。此外，该镜头也可以确定发动机气缸失火故障。

（3）气缸压力。在发动机的循环燃烧过程中，燃烧室内的压力是诊断失火的重要的指标。

4 汽车发动机失火故障的判断

4.1 氧传感器信号

前氧传感器应在排气歧管和三元催化剂间，测量检测前排气中氧含量在废气中说占的数据，从而判断混合气是否过浓或者过稀，后氧传感器在三元催化剂和消声器之间，反馈的三元催化器的工作情况。氧气传感器数据的变化可以通过燃油修正系数反映发动机故障的存在。但氧气传感器输出数据会有误。所以，要避免氧传感器的误差所导致的无法诊断故障，结合实际故障判断混合气燃烧情况。

4.2 汽缸压力信号

发动机工作时，燃烧室压力取决于气缸内混合气的完全燃烧和气门间隙.在气门间隙密封良好下，才能分析诊断发动机故障。发动机点火时曲轴在汽缸中的最大压力和位置这些数据可作为确定失火的依据，从而加强预判的正确性。

4.3 曲轴转速、位置、扭矩信号

发动机曲轴转速数据的取得主要依靠曲轴位置传感器，市面常见的有磁电式与霍尔式，对曲轴转速传感器与研究能够确定汽车发动机是否正常着火。在发动机快速工作的情况下，曲轴转速测量误差高，无法点火诊断精度不高，诊断试验应选择相应的工作模式;曲轴瞬时纯扭矩与功率直接相关，通过对发动机曲轴瞬时纯扭矩数据的获取和分析，可以确定发动机是否燃烧。这是一种方便的诊断方法。

4.4 汽车排放尾气

为了评估废气压力导致的失火，可以安装压力传感器，可安装在排气管和三个催化剂之间。发生火灾后，根据压力值确定是否发生失火故障;发动机的燃烧与排气成分直接相关。使用排气成分诊断发动机失火时，需要对汽车排气进行分类和取样，并确定成分含量。当发动机失火时，通过研究排气数据可以确认发动机的故障情况。

4.5 发动机振动信号

发动机的气缸体和气缸盖上都有振动器来收集振动数据。发动机振荡信号可以反馈发动机工作情况，发动机振动主要由曲轴振荡引起，发动机点火时连杆曲轴运动惯性力发生变化，车身振动增大，可以通过比较和分析数据来弥补缺陷。

4.6 排气声音信号

在发动机运行过程中，汽车在不同的频率范围内产生声音信号，并且为了确定失火故障，需要处理这些声音信号。在发动机工作循环中，排气声强度随燃烧爆炸的振动而变化。然而，低燃烧振动信号通常浸没在振动噪声中，如宽带冲击和阀门打开和关闭。不同状态的声音信号可以作为故障诊断的基础，以评估发动机性能。

5 汽车发动机失火故障的检测方法

5.1 曲轴转速诊断方法

目前，曲轴箱诊断是中国汽车行业最常用的诊断方法之一。该方法的原理是，一旦发生失火，指示扭矩将减小。同时，曲轴的输出转速发生变化。其中，瞬时转速波动是反映发动机故障的一种现象。此外，还应测量电控发动机的瞬时转速。因此，瞬时转速是诊断汽车消防车故障的重要依据。诊断人员可使用相关设备（如车辆诊断仪图形分析、车辆示波器和软件）获取波长图的变化。

5.2 缸内压力诊断方法

发动机在高速和高压情况下，与正常情况相比，气缸压力会发生显著变化。此时，如果实时监测压力，则可以诊断发动机错误。但是，这种方法也存在一些缺点和缺陷，即当发动机处于低速低压状态时，不能通过实时监测压力变化来判断发动机是否失火。此外，该方法成本高，使用压力传感器监测气缸压力不方便。所以，该方法很少应用于实际诊断。

5.3 借助失火形態缩小诊断范围

发动机故障有两种类型：一种是连续未能点燃一个气缸，另一种是连续中断未能点燃多个气缸。可以清楚地通过区分两种不同形式失火，来判断故障的要素和原因。前者同样由单一气缸问题导致，而后者往往有是系统综合性原因。因此，在诊断发动机故障时，应根据点火错误形式表缩小诊断范围。如果通过诊断仪获得特定气缸的点火失败代码，则影响所有气缸的点火故障如进气管漏气应归类为“不太可能”原因。如故障只在单个气缸，应当考虑影响单个气缸的因素，如火花塞和点火独立线圈，分缸线，喷油器及其电路、气缸完整性等。相反，如果缺陷是多气缸错误，则应注意可能影响所有或多个气缸的因素。

5.4 先易后繁，注意辅助信息

发动机无法点火的原因很多。一方面，要在归纳故障信息后，从容易到复杂一一得出结论后明智地定义诊断过程。建议先测量燃料压力并确定点火能量，然后对其他系统进行测试分析。如果发生单缸失火，我们可以按跳火、加油、然后排气的顺序按位置进行检查。此外，在故障诊断过程中，也应注意收集和分析其他信息。如果没有明显故障码，但还是出现导致无法跳火的问题，可以考虑其他系统，例如二次空气喷射系统系统或者废气再循环系统，这些故障会生成相应的故障代码，需要仔细观察。

5.5 巧用换件法快速诊断

使用备件来检查火灾故障，如果存在识别发动机中气缸点火错误的错误代码，如果故障码显示点火线圈故障，对于独立点火线圈系统而言，可以将相邻的两点火线圈更换。如果故障气缸能够成功着火了，那就是点火线圈的问题等等。如果故障未转移，则应考虑机械故障或其他部件故障。这种快速换件法也可以应用到喷油嘴等部件之中。

6 结论

综上所述，本文首先介绍了发动机失火的现象和危害，分析了发动机失火的原因，然后给出了相应的的诊断方法。在以后的维修中，要强化对汽车发动机的检验，研究新的故障诊断方法，确保汽车发动机的安全使用。

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