韓進(jìn)勇

摘 要：本文依據(jù)筆者的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的原因出發(fā)，對(duì)失火故障的診斷依據(jù)做出了一定的總結(jié)和探究。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；時(shí)候故障；診斷依據(jù)

在運(yùn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中，因?yàn)榄h(huán)境條件復(fù)雜，并且存在很多不確定因素，可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)方面的故障。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)失火是一種相對(duì)嚴(yán)重的故障類型。它也可能會(huì)損壞催化轉(zhuǎn)化器并導(dǎo)致排放增加，增加不必要的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境成本。

一、失火故障因素

發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障是在發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力沖程中，氣缸內(nèi)的油氣混合氣不能正常燃燒的現(xiàn)象。在實(shí)際運(yùn)行條件下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)所需的幾個(gè)基本條件，引發(fā)火災(zāi)的因素很多，如空氣、燃料、壓縮和火花，發(fā)動(dòng)機(jī)起火的原因大致可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：（1）油品質(zhì)量差，積炭，油品粘度高；（2）射頻干擾（音頻，無(wú)線電通訊設(shè)備等）；（3）EGR閥卡在打開(kāi)位置；（4）點(diǎn)火系統(tǒng)不良；（5）燃油供給不足以及；（6）發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械問(wèn)題等。

二、失火故障診斷依據(jù)

（一）氣缸外部依據(jù)

（1）曲軸瞬時(shí)凈扭矩。曲軸瞬時(shí)凈扭矩，來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒扭矩，它與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸燃燒產(chǎn)生的動(dòng)力直接相關(guān)，運(yùn)用曲軸瞬時(shí)凈扭矩是實(shí)現(xiàn)失火判斷的又一種方法。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩由兩個(gè)因素產(chǎn)生：燃燒壓力和其他旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)力。但是，這種方法容易受發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件的影響，特別是在高速下，當(dāng)曲軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)體的慣性的影響大，可能會(huì)導(dǎo)致扭矩降低，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤判斷失誤。

（2）曲軸瞬時(shí)角速度。每次氣缸成功點(diǎn)火時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)接收到功率輸入，這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。如果忽略慣性扭矩，負(fù)載扭矩，摩擦扭矩和泵送扭矩，則發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的瞬時(shí)角速度波動(dòng)和燃燒功率產(chǎn)生波形將直接相關(guān)。因此，研究速度變化可以提供一種檢測(cè)火災(zāi)的方法。

（3）曲軸瞬時(shí)角加速度。研究發(fā)現(xiàn)，曲軸瞬時(shí)角加速度對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷比曲軸瞬時(shí)角速度更有效。根據(jù)牛頓第二定律，旋轉(zhuǎn)體的角加速度與精確的作用力偶成正比，并且每個(gè)氣缸以一定的點(diǎn)火順序點(diǎn)燃。曲軸不連續(xù)性獲得能量和角加速度，并且曲軸角加速度將在失火情況下顯示更大的識(shí)別峰值，因此，曲軸瞬時(shí)角加速度可以直接反映發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)而不是曲軸角速度。

（4）曲軸轉(zhuǎn)角。曲軸角度的物理意義是曲軸的位置。從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看，曲軸轉(zhuǎn)角是曲軸瞬時(shí)角速度的積分值。盡管曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)并非直接用于失火判斷，但它可以用于通過(guò)間接轉(zhuǎn)換的失火故障診斷方法。一些研究人員提出了基于曲柄角的離散動(dòng)力學(xué)模型，使用滑動(dòng)模式觀測(cè)器和遞推最小二乘法來(lái)估計(jì)氣缸壓力。此外，使用所產(chǎn)生的差有效地實(shí)現(xiàn)了失火故障診斷。

（5）廢氣壓力、廢氣成分和廢氣溫度信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣是氣缸內(nèi)混合氣體燃燒過(guò)程的產(chǎn)物。目前有關(guān)使用廢氣中的信息進(jìn)行火災(zāi)失火診斷的文獻(xiàn)大致分為三類：廢氣壓力、廢氣成分和廢氣溫度。

使用瞬時(shí)廢氣壓力來(lái)確定失火方法需要安裝附加的壓力傳感器和附加的柔性連接器以連接到它。通常壓力傳感器安裝在排氣歧管和催化劑之間，壓力傳感器膜片的最高溫度不超過(guò)85℃。與壓力傳感器匹配的柔性連接器的長(zhǎng)度應(yīng)在165 mm以內(nèi)。因此，這從一定程度上限制了該判別方法的應(yīng)用。在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸循環(huán)的周期性變化期間，排氣閥將根據(jù)排氣產(chǎn)物和活塞運(yùn)動(dòng)的變化周期性地打開(kāi)，排氣管內(nèi)的壓力會(huì)隨著燃燒特性的變化而波動(dòng)。由此以產(chǎn)生的低壓氣缸判定失火缸。一般不點(diǎn)火條件下的排氣壓力與正常燃燒條件下的排氣壓力相比減少了大約3～4倍，診斷準(zhǔn)確度高于85%。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)失火時(shí)，排氣溫度還包含發(fā)動(dòng)機(jī)的潛在失火信息，并且廢氣溫度波形的變化可用。通過(guò)比較正常狀態(tài)下的排氣溫度和失火狀態(tài)下的溫度變化，可以識(shí)別發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)是否存在失火。

（6）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)主要包括車體振動(dòng)信號(hào)和曲軸旋轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)。振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量位置通常是汽缸蓋和發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸表面，也可以在氣缸蓋的不同位置分配多個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)量。由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)機(jī)理可知：發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)是各種內(nèi)部激振力的結(jié)果，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行研究，也能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)失火故障作出判斷。

（7）其他信號(hào)。這些信號(hào)包括：排氣噪聲和機(jī)體噪聲信號(hào)、氧傳感器信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)粗暴度、燃燒時(shí)間間隔預(yù)處理、缸與缸之間段持續(xù)時(shí)間等等。

（二）氣缸內(nèi)部依據(jù)

（1）離子電流信號(hào)。在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃料混合物的燃燒過(guò)程中產(chǎn)生大量的電離信號(hào)。測(cè)得的離子電流可以估計(jì)燃燒過(guò)程中的許多參數(shù)，包括燃燒室壓力，燃燒起始空燃比，燃料混合物等。當(dāng)離子流信號(hào)特別弱時(shí)，表示氣缸可能出現(xiàn)了失火故障。

（2）光學(xué)信號(hào)。有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室燃燒過(guò)程的信息可以通過(guò)光學(xué)方式獲得。這種方法本質(zhì)上是一種視覺(jué)可見(jiàn)的方法，通常需要記錄或評(píng)估可見(jiàn)光和熱輻射范圍內(nèi)的電磁輻射。直接觀察燃燒室中的燃料混合物、充電運(yùn)動(dòng)、燃燒過(guò)程（點(diǎn)火，火焰擴(kuò)散）等，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)情況作出判斷。另外，通過(guò)使用透鏡的傅立葉變換效果獲得的光學(xué)圖像信息將是不錯(cuò)的選擇。

（3）氣缸壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，燃燒室的壓力值與缸內(nèi)燃燒質(zhì)量直接相關(guān)。所以燃燒室的壓力值是半段失火故障的重要依據(jù)。

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