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汽車發(fā)動機失火故障的判斷

杜 威

從 20 世紀 90 年代開始，汽車發(fā)動機失火故障的研究發(fā)展迅速，但截止到目前，具有可操作性和診斷精度較高的方法并不多。本文結合工程實踐，歸納了一些行之有效的發(fā)動機失火故障診斷方法。

1 氧傳感器信號

氧傳感器信號的變化反映汽車發(fā)動機缸內(nèi)燃燒變化情況。前氧傳感器位于排氣歧管與三元催化器之間，用于反饋前段廢氣的氧含量數(shù)據(jù)。后氧傳感器位于三元催化器與消音器之間，用于反饋后段廢氣的氧含量數(shù)據(jù)，氧傳感器信號數(shù)據(jù)的改變能夠反映出發(fā)動機是否出現(xiàn)失火故障。氧傳感器在采集信號數(shù)據(jù)時，由于積碳及雜質(zhì)覆蓋、尾氣腐蝕等因素影響，輸出的數(shù)據(jù)有可能失真，故保證氧傳感器的正常工作是判斷故障的先決條件 。由于氧傳感器在使用一定時間后可能會測量誤差較大，在故障診斷時可能失效，故應該避免故障診斷氧傳感器的失效或誤判。

2 汽缸壓力信號

發(fā)動機工作時，燃燒室的壓力值與汽缸內(nèi)部混合器燃燒是否充分及氣門間隙直接相關。在氣門間隙密封完好的情況下，分析汽缸內(nèi)的壓力值變化情況，能夠有效地診斷發(fā)動機失火故障。由于發(fā)動機出現(xiàn)失火故障時，缸內(nèi)平均圧力、最大壓力、曲軸位置均會發(fā)生變化，故這些數(shù)據(jù)的每一項均可作為判斷失火的依據(jù)，或者用各數(shù)據(jù)聯(lián)合判定失火，以提高判斷精度。

3 曲軸轉(zhuǎn)速、位置、扭矩信號

發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速的變化將導致燃燒動力的參數(shù)波動，提取曲軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)并進行分析處理能夠檢測汽車發(fā)動機是否失火。在發(fā)動機高速和怠速運行時，曲軸轉(zhuǎn)速測量誤差較大，則失火診斷精度不高，所以診斷測試時必須選擇合適的運行工況;曲軸瞬時凈扭矩與發(fā)動機汽缸燃燒產(chǎn)生的動力直接相關。提取發(fā)動機曲軸瞬時凈扭矩數(shù)據(jù)并進行分析后處理能夠診斷發(fā)動機是否發(fā)生失火故障。由于燃燒的活塞壓力和負載的阻力，發(fā)動機曲軸承受較大的扭矩。為了提高診斷精度，要控制好曲軸轉(zhuǎn)速，避免慣性力過大影響診斷精度;曲軸位置可以通過曲軸位置傳感器獲得，是較為便捷的一種診斷方法，通過曲軸位置可以間接得出曲軸的瞬時角速度，利用處理得出的曲軸的瞬時角速度數(shù)據(jù)，能夠判斷發(fā)動機是否發(fā)生失火故障。

4 汽車排放尾氣

發(fā)動機尾氣排放的壓力、尾氣成分及溫度均可用于診斷失火故障，多項聯(lián)合分析能夠提高診斷精度。利用尾氣壓力判定失火，需安裝壓力傳感器，可將壓力傳感器布置于排氣歧管和三元催化器之間。失火故障發(fā)生時，尾氣壓力會下降，根據(jù)壓力數(shù)值判定是否出現(xiàn)失火故障;發(fā)動機混合氣的燃燒情況直接關系到尾氣組分。當利用尾氣組分診斷發(fā)動機失火故障時，需要對汽車尾氣進行分類采樣與成分含量測定。汽車尾氣主要為二氧化碳、水蒸氣、碳氫化物、氮氧化物、氧氣等，發(fā)動機發(fā)生失火故障時，尾氣組分數(shù)據(jù)將發(fā)生改變。因此，分析尾氣組分數(shù)據(jù)可判斷發(fā)動機失火的故障類型。目前分析尾氣成分可以使用尾氣成分分析儀，方便易于操作。

5 發(fā)動機振動信號

發(fā)動機振動信號主要來源于機體振動和曲軸旋轉(zhuǎn)振動 。在發(fā)動機缸體和缸蓋上設置振動傳感器，用以采集發(fā)動機的振動數(shù)據(jù)。發(fā)動機振動是內(nèi)部各種作用力共同作用的結果，振動信號中包含著多種信息。在正常運行工況中，發(fā)動機的振動主要由曲軸振動激勵、活塞沖擊與往復慣性力激勵、汽缸壓力變化、車輛底盤引起的連帶振動等引起。當發(fā)動機失火時，引起曲軸連桿運動慣性力變化，導致配合間隙的沖擊振動增大、車體振動加強，發(fā)動機振動信號也進一步增強，對比分析失火與正常運行時的數(shù)據(jù)，即可診斷失火故障。

6 排氣聲音信號

發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中，汽車會產(chǎn)生不同頻段的聲音信號，聲音主要為“嗚嗚”聲、長鳴聲、撞擊聲、“咯咯”聲等。聲源中包含有汽車各種狀態(tài)信息，要判斷失火故障就要直接提取其中的有效成分、特征信息或處理這些聲音信號。發(fā)動機一個工作周期內(nèi)，汽缸內(nèi)部混合氣燃爆產(chǎn)生的振動信號與轉(zhuǎn)速相關，排氣聲音強度隨燃爆振動強度變化，但低頻的燃爆振動信號通常淹沒在寬頻的活塞撞擊、氣門開閉等的振動噪聲內(nèi)。為有效采集發(fā)動機燃爆振動數(shù)據(jù)，可在發(fā)動機排氣管各段安裝聲音傳感器，用以采集排氣聲音信號數(shù)據(jù)，將不同狀態(tài)下聲音信號作為故障診斷依據(jù)，從而判斷發(fā)動機的工作狀態(tài)。

7 結語

汽車發(fā)動機失火將導致整車動力輸出降低、發(fā)動機零部件損壞、尾氣排放不達標等問題。目前失火故障診斷多數(shù)精度較低、實時性較差。本文圍繞汽車發(fā)動機失火故障診斷方法開展研究，根據(jù)經(jīng)驗總結歸納了行之有效的汽車發(fā)動機失火故障判斷依據(jù)，為該領域的深入研究提供參考。