汽車發(fā)動機失火故障的判斷

杜威

摘 要：汽車發(fā)動機失火關系到車輛運行時的動力輸出、運行平順性及油耗等問題，通過介紹發(fā)動機失火故障的診斷方法，為失火故障診斷的進一步研究提供依據和參考。

關鍵詞：汽車;發(fā)動機;失火故障;診斷方法

中圖分類號：U472? ? ? ? 文獻標識碼：A

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[1]，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據。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據，氧傳感器信號數據的改變能夠反映出發(fā)動機是否出現失火故障。氧傳感器在采集信號數據時，由于積碳及雜質覆蓋、尾氣腐蝕等因素影響，輸出的數據有可能失真，故保證氧傳感器的正常工作是判斷故障的先決條件[2]。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)動機出現失火故障時，缸內平均圧力、最大壓力、曲軸位置均會發(fā)生變化，故這些數據的每一項均可作為判斷失火的依據，或者用各數據聯(lián)合判定失火，以提高判斷精度。

3 曲軸轉速、位置、扭矩信號

發(fā)動機曲軸轉速的變化將導致燃燒動力的參數波動，提取曲軸轉速數據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)動機汽缸燃燒產生的動力直接相關。提取發(fā)動機曲軸瞬時凈扭矩數據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[3]。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據，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，根據壓力數值判定是否出現失火故障;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，尾氣組分數據將發(fā)生改變。因此，分析尾氣組分數據可判斷發(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振動[4]。在發(fā)動機缸體和缸蓋上設置振動傳感器，用以采集發(fā)動機的振動數據。發(fā)動機振動是內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據，即可診斷失火故障。

6 排氣聲音信號

發(fā)動機運轉過程中，汽車會產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，汽缸內部混合氣燃爆產生的振動信號與轉速相關，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。為有效采集發(fā)動機燃爆振動數據，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據，將不同狀態(tài)下聲音信號作為故障診斷依據，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，根據經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，為該領域的深入研究提供參考。

參考文獻：

[1] 鄭太雄，張瑜，李永福. 汽車發(fā)動機失火故障診斷方法研究綜述[J].自動化學報，2017，43（4）：509-527.

[2] 王赟松. 利用氧傳感器診斷電控發(fā)動機故障[J].交通運輸工程學報， 2002（2）： 48-51.

[3] Nishibe Y， Nonomura Y， Tsukada K， et al. Determination of engine misfiring using magnetoelastic torque sensor[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2002， 47（3）： 760-765.

[4] Liu J， Shi Y， Zhang X， et al. Fuel injection system fault diagnosis based on cylinder head vibration signal[J]. Procedia Engineering， 2011，16： 218-223.