汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷系統(tǒng)研究

摘 要：發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷效率的高低關(guān)系到汽車業(yè)未來(lái)的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有些常見故障如發(fā)動(dòng)機(jī)爆震等存在檢測(cè)難度較大的問(wèn)題。本文研究并設(shè)計(jì)出一種相對(duì)簡(jiǎn)單易行的汽油機(jī)爆震模擬試驗(yàn)方法，有利于提高汽油機(jī)爆震的維修水平。

關(guān)鍵詞：汽車 發(fā)動(dòng)機(jī) 故障診斷

中圖分類號(hào)：U472.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（a）-0056-01

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞直接關(guān)系到汽車的發(fā)展。本文研究并設(shè)計(jì)出一種相對(duì)簡(jiǎn)單易行的汽油機(jī)爆震模擬試驗(yàn)方法，有利于提高汽油機(jī)爆震的維修水平。

1 爆震定義

爆震是汽油機(jī)不正常燃燒現(xiàn)象之一，在維修行業(yè)中也經(jīng)常被維修人員或車主稱為“敲缸”或“叫桿兒”，它反映了爆震最直觀的一個(gè)特征，就是在發(fā)動(dòng)機(jī)前部發(fā)出清脆的異響[1]。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷爆震檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本文構(gòu)建了一個(gè)爆震檢測(cè)系統(tǒng)，共有以下幾個(gè)部分構(gòu)成。

2.1 爆震傳感器

本文選用的爆震傳感器為SIEMENS VDO生產(chǎn)的共振型爆震傳感器[2]，型號(hào)為S10758 3009Z，裝在Audi及大眾多種車型上，具有很強(qiáng)通用性，該傳感器的頻響范圍為3KHz—25KHz，傳感器在7KHz的靈敏度35mV/g，阻抗R〉1MΩ，工作溫度為40-150。C，端子數(shù)為3。

2.2 VAG-COM系統(tǒng)

本文所使用的車輛奧迪A4發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)采用了Bosch ME系統(tǒng)，該系統(tǒng)自身采用爆震閉環(huán)控制系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)使用KWP2000協(xié)議進(jìn)行自診斷，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流可以反映經(jīng)過(guò)上述計(jì)算處理后分配至各缸的傳感器電壓值。

2.3 底盤測(cè)功機(jī)

本文使用的測(cè)功機(jī)為德國(guó)MAHA FPS 2700風(fēng)冷電渦流式雙滾筒底盤測(cè)功機(jī)。

2.4 聲級(jí)計(jì)

在本文使用了愛(ài)德盛業(yè)生產(chǎn)的ADD 358型聲級(jí)計(jì)，置于車輛前方，采用dB（A）加權(quán)“快”采樣方式，對(duì)車輛的噪音進(jìn)行測(cè)量及人工記錄，并將其與VAGCOM采集下來(lái)的傳感器信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性分析，用于輔助判斷爆震的出現(xiàn)。

如圖1所示，將車輛停放在測(cè)功機(jī)上，通過(guò)測(cè)功機(jī)操作界面選擇“恒定牽引力（Constant Traction）”，輸入數(shù)值1000N，在OBD診斷接口上連接VAG-COM，另一端接到筆記本電腦，啟動(dòng)VAG-COM，選擇“控制模塊（Select Control Module）”下“發(fā)動(dòng)機(jī)（01-Engine）”進(jìn)行自診斷，選擇“高級(jí)讀取數(shù)據(jù)塊（Adv.Meas.Block）”功能，分別勾選以下參數(shù)進(jìn)行記錄：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、進(jìn)氣溫度、水溫、爆震傳感器電壓值（分配到四個(gè)缸的四個(gè)數(shù)值）、點(diǎn)火延遲角度，并為了便于記錄不用每次都勾選這些參數(shù)值，將所選的數(shù)據(jù)列表存儲(chǔ)為“knock record list.a01”的文件，這樣每次記錄時(shí)都可以打開此列表文件，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把我們選擇好的參數(shù)進(jìn)行讀取記錄。然后啟動(dòng)車輛，升至二檔，使車速穩(wěn)定在25km/h車速（此時(shí)轉(zhuǎn)速在1240～1280rpm），通過(guò)長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)頂桿頂住油門踏板使其穩(wěn)定，通過(guò)“記錄（Log）”功能，將以上數(shù)據(jù)塊的數(shù)值存儲(chǔ)為Excel表格形式，并在出現(xiàn)爆震時(shí)通過(guò)“標(biāo)記（Marker）”標(biāo)記特殊幀。之所以選擇1000N的牽引力和25km/h的車速是由于在實(shí)際工作實(shí)踐中，這是最容易聽到爆震出現(xiàn)的工況點(diǎn)，在此點(diǎn)車輛處于中等負(fù)荷，且發(fā)動(dòng)機(jī)和車速不是太高，這樣就不容易因?yàn)檫^(guò)高的車輛噪音而掩蓋爆震聲音的出現(xiàn)。這樣，車輛的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷已恒定，接下來(lái)我們就可以通過(guò)串聯(lián)在燃油泵供油管路中的調(diào)壓閥逐漸改變油壓來(lái)減小汽油供油壓力，從而誘導(dǎo)爆震的產(chǎn)生。

3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷爆震診斷分析

3.1 爆震閾值的確定

為了得到系統(tǒng)的閾值，首先要讓系統(tǒng)出現(xiàn)爆震。為了減少影響因素的干擾，我們需要使車輛的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷基本恒定，這樣一方面便于我們進(jìn)行試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)，另一方面由于轉(zhuǎn)速恒定，背景噪聲基本被限制在某一個(gè)范圍內(nèi)，由此更便于爆震出現(xiàn)時(shí)通過(guò)聲級(jí)計(jì)讀取噪聲變化。為此我們利用底盤測(cè)功機(jī)的恒定牽引力功能對(duì)車輛施加一個(gè)恒定的阻力，同時(shí)利用油門踏板保持機(jī)構(gòu)使得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在1240-1280r/min的一個(gè)轉(zhuǎn)速，目的是使節(jié)氣門開度保持在10%～15%的范圍。具體轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度需要根據(jù)不同在用車輛的特征進(jìn)行試車，總結(jié)出其最易出現(xiàn)爆震特征的轉(zhuǎn)速（車速）、節(jié)氣門角度（負(fù)荷）來(lái)進(jìn)行設(shè)置。

固定好轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度后，接下來(lái)我們需要誘導(dǎo)爆震的出現(xiàn)。如前所述，影響爆震的出現(xiàn)有很多因素，如點(diǎn)火正時(shí)、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、空燃比、火花塞、燃油品質(zhì)等等，考慮到調(diào)節(jié)的便利性，本文在設(shè)定閾值時(shí)采用調(diào)控空燃比的方法來(lái)改變?nèi)紵龔亩鸨?。調(diào)解空燃比比較簡(jiǎn)單易行的方法是在燃油管路中連接三通接上燃油壓力表，并串接上一個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)解燃油壓力改變空燃比，從而引起爆震的出現(xiàn)，并通過(guò)VAG-COM采集相關(guān)數(shù)據(jù)塊。

3.2 爆震狀態(tài)的診斷確定

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)可知，在固定的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下，基本點(diǎn)火提前角一定，在爆震未出現(xiàn)時(shí)，各缸的爆震信號(hào)電壓基本在0.5～1.5V，并且在若干穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)內(nèi)，雖然由于發(fā)動(dòng)機(jī)散熱及構(gòu)造等原因?qū)е滤母讛?shù)值比一缸數(shù)值偏大，其電壓值雖然有波動(dòng)且各缸不盡相同，但總體的平均值均趨向于1V；但從第10幀數(shù)據(jù)開始，已經(jīng)可以聽到清脆的爆震聲，此時(shí)按下Marker作下標(biāo)記狀態(tài)，爆震傳感器電壓開始逐漸升高，雖然電壓值高低不等，但平均在2V左右，最高能接近3V，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)已經(jīng)盡量推遲點(diǎn)火提前角，且聲級(jí)計(jì)的數(shù)值也由84dB上升到88dB，由此可判斷此時(shí)出現(xiàn)了明顯爆震，從統(tǒng)計(jì)值中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不出現(xiàn)爆震時(shí)，平均電壓都小于2V，因此可以認(rèn)為在轉(zhuǎn)速1240～1280rpm且負(fù)荷為8.2%～8.6%時(shí)，爆震傳感器平均電壓高于2V即可認(rèn)為發(fā)生了明顯爆震。在實(shí)際工作中，可以根據(jù)實(shí)際情況，按照同樣的方法，采集不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下爆震出現(xiàn)的閾值。

參考文獻(xiàn)

[1]韓宇石.電控汽油機(jī)爆震信號(hào)分析與檢測(cè)[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2011.

[2]劉崢，王建昕.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011：143.