汽車發動機故障診斷系統研究

摘 要：發動機是汽車的心臟，發動機故障診斷效率的高低關系到汽車業未來的發展，汽車發動機有些常見故障如發動機爆震等存在檢測難度較大的問題。本文研究并設計出一種相對簡單易行的汽油機爆震模擬試驗方法，有利于提高汽油機爆震的維修水平。

關鍵詞：汽車 發動機 故障診斷

中圖分類號：U472.2文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0056-01

發動機是汽車的心臟，汽車發動機的好壞直接關系到汽車的發展。本文研究并設計出一種相對簡單易行的汽油機爆震模擬試驗方法，有利于提高汽油機爆震的維修水平。

1 爆震定義

爆震是汽油機不正常燃燒現象之一，在維修行業中也經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特征，就是在發動機前部發出清脆的異響[1]。

2 汽車發動機故障診斷爆震檢測系統硬件設計

本文構建了一個爆震檢測系統，共有以下幾個部分構成。

2.1 爆震傳感器

本文選用的爆震傳感器為SIEMENS VDO生產的共振型爆震傳感器[2]，型號為S10758 3009Z，裝在Audi及大眾多種車型上，具有很強通用性，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，端子數為3。

2.2 VAG-COM系統

本文所使用的車輛奧迪A4發動機電控系統采用了Bosch ME系統，該系統自身采用爆震閉環控制系統，同時系統使用KWP2000協議進行自診斷，系統的數據流可以反映經過上述計算處理后分配至各缸的傳感器電壓值。

2.3 底盤測功機

本文使用的測功機為德國MAHA FPS 2700風冷電渦流式雙滾筒底盤測功機。

2.4 聲級計

在本文使用了愛德盛業生產的ADD 358型聲級計，置于車輛前方，采用dB（A）加權“快”采樣方式，對車輛的噪音進行測量及人工記錄，并將其與VAGCOM采集下來的傳感器信號進行相關性分析，用于輔助判斷爆震的出現。

如圖1所示，將車輛停放在測功機上，通過測功機操作界面選擇“恒定牽引力（Constant Traction）”，輸入數值1000N，在OBD診斷接口上連接VAG-COM，另一端接到筆記本電腦，啟動VAG-COM，選擇“控制模塊（Select Control Module）”下“發動機（01-Engine）”進行自診斷，選擇“高級讀取數據塊（Adv.Meas.Block）”功能，分別勾選以下參數進行記錄：發動機轉速、發動機負荷、進氣溫度、水溫、爆震傳感器電壓值（分配到四個缸的四個數值）、點火延遲角度，并為了便于記錄不用每次都勾選這些參數值，將所選的數據列表存儲為“knock record list.a01”的文件，這樣每次記錄時都可以打開此列表文件，系統會自動把我們選擇好的參數進行讀取記錄。然后啟動車輛，升至二檔，使車速穩定在25km/h車速（此時轉速在1240～1280rpm），通過長度可調節頂桿頂住油門踏板使其穩定，通過“記錄（Log）”功能，將以上數據塊的數值存儲為Excel表格形式，并在出現爆震時通過“標記（Marker）”標記特殊幀。之所以選擇1000N的牽引力和25km/h的車速是由于在實際工作實踐中，這是最容易聽到爆震出現的工況點，在此點車輛處于中等負荷，且發動機和車速不是太高，這樣就不容易因為過高的車輛噪音而掩蓋爆震聲音的出現。這樣，車輛的轉速與負荷已恒定，接下來我們就可以通過串聯在燃油泵供油管路中的調壓閥逐漸改變油壓來減小汽油供油壓力，從而誘導爆震的產生。

3 汽車發動機故障診斷爆震診斷分析

3.1 爆震閾值的確定

為了得到系統的閾值，首先要讓系統出現爆震。為了減少影響因素的干擾，我們需要使車輛的轉速和負荷基本恒定，這樣一方面便于我們進行試驗分析數據，另一方面由于轉速恒定，背景噪聲基本被限制在某一個范圍內，由此更便于爆震出現時通過聲級計讀取噪聲變化。為此我們利用底盤測功機的恒定牽引力功能對車輛施加一個恒定的阻力，同時利用油門踏板保持機構使得發動機轉速維持在1240-1280r/min的一個轉速，目的是使節氣門開度保持在10%～15%的范圍。具體轉速、節氣門開度需要根據不同在用車輛的特征進行試車，總結出其最易出現爆震特征的轉速（車速）、節氣門角度（負荷）來進行設置。

固定好轉速和節氣門開度后，接下來我們需要誘導爆震的出現。如前所述，影響爆震的出現有很多因素，如點火正時、進氣壓力、進氣溫度、轉速、負荷、空燃比、火花塞、燃油品質等等，考慮到調節的便利性，本文在設定閾值時采用調控空燃比的方法來改變燃燒從而引起爆震。調解空燃比比較簡單易行的方法是在燃油管路中連接三通接上燃油壓力表，并串接上一個壓力調節閥，通過調解燃油壓力改變空燃比，從而引起爆震的出現，并通過VAG-COM采集相關數據塊。

3.2 爆震狀態的診斷確定

經過大量實驗可知，在固定的轉速和負荷下，基本點火提前角一定，在爆震未出現時，各缸的爆震信號電壓基本在0.5～1.5V，并且在若干穩定的發動機循環內，雖然由于發動機散熱及構造等原因導致四缸數值比一缸數值偏大，其電壓值雖然有波動且各缸不盡相同，但總體的平均值均趨向于1V；但從第10幀數據開始，已經可以聽到清脆的爆震聲，此時按下Marker作下標記狀態，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，此時發動機電控系統已經盡量推遲點火提前角，且聲級計的數值也由84dB上升到88dB，由此可判斷此時出現了明顯爆震，從統計值中可以發現，當不出現爆震時，平均電壓都小于2V，因此可以認為在轉速1240～1280rpm且負荷為8.2%～8.6%時，爆震傳感器平均電壓高于2V即可認為發生了明顯爆震。在實際工作中，可以根據實際情況，按照同樣的方法，采集不同轉速和負荷下爆震出現的閾值。

參考文獻

[1]韓宇石.電控汽油機爆震信號分析與檢測[D].北京：北京工業大學，2011.

[2]劉崢，王建昕.汽車發動機原理教程[M].北京：清華大學出版社，2011：143.