汽车发动机怠速抖动故障诊断与检修方法

贺 民 ， 王俪颖

（广西理工职业技术学校，广西 南宁 530031）

正常情况下，发动机启动及运行时发动机的正常空燃比受到影响，导致发动机怠速时出现不规则的抖动。发动机怠速抖动故障会增加汽车怠速噪声，通过传递路径振动会传递到汽车方向盘以及座椅上，严重影响汽车驾驶人员的操作感受。同时，当汽车发动机怠速抖动幅度比较大时，方向盘会难以控制，很容易出现交通事故，危及驾驶人员的人身安全，因此对汽车发动机怠速抖动故障进行诊断以及检修是非常必要的。

传统的汽车发动机怠速抖动故障诊断方法主要有经验判断法、仪器仪表分析法、软件系统诊断法以及基于状态识别的发动机怠速抖动故障诊断法。其中，直观诊断法只适用于怠速抖动幅度比较大的故障，对于一些细微的不规则抖动故障无法诊断，而且这种方法对于维修人员经验要求比较高，因此不常被使用。其他3种方法是目前比较常用的方法，这3种方法诊断原理基本一致，主要是将发动机故障码作为怠速抖动故障诊断依据对其进行分析。但如果是发动机点火系统出现了问题而导致发动机怠速抖动，在这种状况下只依靠故障码进行故障诊断，就不能完全快速准确地查询故障，从而影响故障检修效率。

基于上述分析，笔者提出了一种新的汽车发动机怠速抖动故障诊断与检修方法。

1 方法设计

1.1 读取汽车发动机动态数据流

根据汽车发动机怠速抖动故障特征以及诊断需求，采用V.A.H.F1653故障阅读仪读取发动机动态数据流，在对发动机怠速动态数据流测量之前，首先要检查汽车发动机是否满足以下3个条件：1）发动机蓄电池的电压是否大于12.55 V；2）汽车发动机熔断器是否正常；3）汽车发动机搭铁线是否正常。如果没有满足以上3个条件，采集的发动机动态数据流会存在较大误差。在做好准备工作之后，按照以下步骤使用V.A.H.F1653故障阅读仪测量汽车发动机。

第一步：将V.A.H.F1653故障阅读仪和汽车发动机使用V.A.H.F4651/64电缆连接到诊断插座上，接通电源。

第二步：打开汽车点火开关，使发动机处于怠速运转状态，受到汽车点火开关影响发动机在运行初期也会出现怠速抖动，但是这种抖动会慢慢消失，并非故障性的发动机怠速抖动故障。因此在运行10 min等发动机怠速状态稳定后，打开V.A.H.F1653故障阅读仪电源开关，开始检测[1]。

第三步：在V.A.H.F1653故障阅读仪上输入汽车发动机电子系统的地址指令，正常情况下该指令为01，点击确定键，此时故障阅读仪会出现发动机相关信息，比如发动机排量、电控单元编号、电控单元软件版本等[2]。

第四步：V.A.H.F1653故障阅读仪上含有多种功能代码，具体如表1所示。

表1 故障阅读仪功能表

根据实际需求选择相应的功能代码，此次是采集汽车发动机动态数据，因此输入VSHFI功能代码，并按确认键确认。

第五步：在V.A.H.F1653故障阅读仪上输入相应的组别号，即可获取汽车发动机动态数据流。

按照上述流程对汽车发动机动态数据流读取3次，以1 min作为一个数据流读取周期，以3次结果的平均值作为读取的最终数据，并按照时间先后将数据进行排序，建立数据流文件，并对数据流文件名按照发动机型号进行创建，将其上传到计算机上，为后续怠速故障诊断及故障波形分析提供数据依据。

1.2 诊断发动机怠速抖动故障

将读取到的汽车发动机动态数据流上传到计算机上，对发动机怠速抖动故障进行诊断分析，其过程如下。在分析之前，为了保证波形反演精度，需要对数据流进行预处理，对数据流中格式错误的数据进行格式修改，统一数据格式，再删除数据中不完整、重复的数据，节省计算分析时间，在此基础上对数据进行归一化处理，其用公式表示如下：

式中，ct表示归一化处理后时间t点对应的汽车发动机电压数据；n表示迭代次数；k表示归一化系数，通常该系数取值为0.01；c*表示原始数据[3]。

在正常状态下，发动机在运行过程中电压值处于稳定的状态，虽然不能保持始终不变的状态，但是其上下波动幅度比较小，上下不相差0.5 V，如果在一段时间内发动机电压波动幅度多次超过0.5 V，且波动频率出现异常，就可以判定发动机存在怠速抖动故障。根据以上分析，首先根据读取的数据流计算出发动机电压波动频率，其计算公式如下：

式中，P表示发动机异常波动频率；t表示发动机怠速运行时长；u表示怠速运行过程中电压超出标准值次数[4]。

在实际应用中，不能因发动机出现异常波动就判定汽车发动机存在怠速抖动故障，有时一些其他外界干扰因素也会引起汽车发动机怠速抖动，因此可设定一个阈值，根据该阈值诊断发动机是否存在怠速抖动故障，其用公式表示如下：

式中，C表示汽车发动机怠速抖动故障状态；H表示故障诊断阈值。如果发动机异常波动频率大于该阈值，则说明此时汽车发动机运行状态为怠速抖动故障状态。

1.3 发动机怠速抖动波形分析及检修

为了提高发动机怠速抖动故障检修效率，利用波形分析法分析故障原因。发动机怠速抖动故障主要是因为汽车点火系统或者燃油系统出现了问题[5]。因此，又将抖动故障分为点火系统引起与燃油系统引起两种类型，不同类型发动机怠速抖动波形特征不同，将诊断为怠速抖动故障的数据流输入到ADOH视波软件中，以时间为横坐标、以发动机电压为纵坐标建立坐标轴，按照时间顺序将数据映射到坐标轴上，此时会显示发动机怠速抖动波形图[6]。选择一组没有故障的汽车发动机数据流，同样将数据映射到该坐标上，如图1所示。如图1所示，在发动机怠速抖动波形图上可以观察到汽车发动机电压变化情况，根据查阅的相关资料，如果是因汽车点火系统存在点火不正常而导致发动机怠速抖动故障，发动机电压振荡幅度会非常大，上下波动差异较大；如果是因为汽车燃油系统问题而导致发动机怠速抖动故障，汽车电压波形会出现衰减振荡频率异常的特征[7]。根据汽车发动机怠速抖动波形特征确定故障类型，进而对相应的系统进行维修。

图1 发动机怠速抖动波形图

2 实验论证分析

实验以某品牌汽车发动机为实验对象，选取7台使用时间不同且怠速抖动故障特征明显的发动机，利用本文方法与传统方法对7台发动机怠速故障进行诊断与检修。

实验准备了1台V.A.H.F1653故障阅读仪，将其数据读取频率设定为1.42 Hz，读取对象为发动机怠速运行电压，将汽车发动机怠速目标转速设定为900 r/min，节气门开度设定为5.6%，发动机怠速运行检测时间为30 s，读取的数据流量为0.46 GB。按照上文设计流程进行数据分析，根据分析7台发动机中有3台因汽车点火系统引起怠速抖动故障，剩余4台因汽车燃油系统引起怠速抖动故障，与实际情况完全吻合，说明设计方法对于发动机故障的诊断具有较高的精度。根据分析结果，对7台发动机存在问题的系统进行维修，然后重新安装和启动发动机，发动机怠速工况运行平稳，说明怠速抖动故障排除。

以读取发动机故障数据流为起始时间，以维修完汽车发动机为结束时间，对每台发动机检修耗时进行记录，将其作为检验两种方法应用效果的指标，具体如表2所示。

表2 应用两种方法进行故障检修耗时对比

从表2中的数据可以看出，应用本文方法检修单个发动机怠速抖动故障耗时比较短，最短时间为2.28 min，平均检修耗时为4.75 min；而应用传统方法检修单个发动机怠速抖动故障最长耗时为33.32 min，平均耗时为27.73 min，远远高于运用本文方法的耗时。

这是因为本文方法采用了波形分析法，根据采集的发动机动态数据流绘制抖动波形图，能够直观地看出发动机怠速抖动故障特征，简化了故障分析流程，从而能够快速完成发动机怠速抖动故障检修任务。实验结果证明，本文方法在使用效果上优于传统方法，能够有效提高汽车发动机怠速抖动故障诊断与检修效率[8-10]。

3 结语

怠速抖动是汽车发动机最常见也是难以诊断的故障之一，发动机作为汽车的核心零件，其运行状态直接关系到驾驶员行车感受和行驶安全性[11-14]。

针对现有方法在实际应用中表现出的问题，笔者利用波形分析法设计了一种新的故障诊断与检修方法，有效提高了汽车发动机怠速抖动故障检修效率以及诊断精度，同时也为基于波形分析法的故障诊断与检修方法研究提供了参考依据，此次研究具有重要的现实意义。由于该方法尚未在实践中大量使用，可能存在一些问题，今后仍会对该方面进行深层次研究，为汽车发动机故障识别提供有力的理论支撑。