汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術分析

涂紫鵬

摘 要：隨著我國人民可支配收入不斷提高，汽車保有量也隨之增加，而汽車行駛中發動機作為其動力源，長期使用后不可避免的會有一定機械故障出現。汽車發動機零件數量多，結構較為復雜，若是使用傳統人工檢測方式或一般設備診斷，則無法確保全面精準的檢測機械故障。在此背景下，應當采取非接觸式檢測技術，利用電信號中聲場信號特征檢測機械故障，以提高發動機機械故障檢測效率。本文主要針對汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術進行簡要分析。

關鍵詞：汽車發動機;機械故障;非接觸式;檢測技術

1 汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術概述

汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術是依托于智能化技術和自動化技術形成的一種新型檢測技術。該技術是通過檢測設備上的聲音傳感器對發動機響動的音量、音頻和音色等數據進行捕獲和分析，然后通過發動機故障評估系統算法模型進行計算，最后將計算結果直接反饋給檢測人員，從而實現對發動機機械故障的精確診斷。由于該技術利用一些現代化檢測設備對汽車發動機進行自動化分析和檢測，因此，該技術的現代化程度和檢測效率很高。相比傳統檢測技術具有很大優勢。汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術的核心是聲光學原理，該技術在無需與發動機接觸的情況下就可以完成對汽車發動機的動態和靜態檢測，因此該技術在檢測時不但不會對發動機造成任何影響，檢測的效率還很高。未來隨著電子感應技術、光敏感材料技術、自動控制技術、信息技術和智能化技術的發展，該技術將發展的更加成熟，應用也將更加廣泛。

2 汽車發動機機械故障分析

（1）連桿軸承，由于連桿軸徑與連桿軸承之間產生較大配合間隙，或螺栓松動致使軸徑與軸承碰撞，以至于發生異常響動，汽缸體有顯著振動。（2）孔座與活塞銷之間有較大配合間隙，致使活塞不斷敲擊孔座，導致發生聲響。（3）由于曲徑與曲軸軸承之間有較大配合間隙，或螺栓松動致使軸徑與軸承碰撞，以至于發生異常響動，汽缸軸承座部位有顯著振動。（4）汽缸漏氣，發動機做功中，將會有高壓氣體途經汽缸壁與活塞環一同進入到曲軸箱中，進而沖擊油底殼，發出聲響。發動機機械故障通常是由于磨損造成的，部分故障無法有效分辨，如氣門、附件異常等。本次以四沖程汽車發動機為例，分析異響聲信號手機及處理信息數據實際操作，可人工設定常見發動機異響類型，并制定相應聲信號與電信號，表1為檢測結果。

通過異響分布情況可知，汽車發動機異響集中在氣門與前驅部位，在總比重中占據6成左右，不同故障點異響的頻率及音色上存在差異，所以利用設備傳感器能夠對發動機異響來源進行分析，與噪音異響信號頻率及強度相結合，可確定故障點部位，診斷發動機故障。

3 非接觸式檢測分析

3.1 操作流程

（1）車間中清除非相關設備，盡量減少混響聲與噪音對此檢測結果的影響，但不能影響總裝車間的工作。布置安裝實驗系統設備，連接傳感器與配套分析系統，驗證硬件參數可靠性，以保證其能夠在檢測中發揮作用。（2）設置發動機異響聲信號參數，在軟件中設置技術參數，校對傳感器信號，調試設備靈敏度，設置聲信號采樣時間及采樣頻率間隔，依據維修經驗，聲信號頻率為20250Hz，時間間隔設置為1.5s。（3）需要檢測的發動機，將其放在設備檢測平臺中，此過程盡量保持冷啟動，之后專業機修室設置發動機可能發生的故障問題，模擬人工檢測流程，并在總裝車間中收集聲信號，定時做好聲信號數據反饋，依據數據整合分析發動機故障情況。

3.2 結果分析

（1）正常發動機。圖為正常發動機測試結果，所收集的聲信號利用小波進行過濾，下圖中ac、bd進行兩兩分析，濾波后聲信號細節系數中一三四尺度均為0，而二和五尺度則有保留數據。表明發動機信號收集中存在雜音，第一三四持續中十分顯著。聲信號向極坐標轉換后，信號均有雪花狀，且經過濾波前后對比，區分顯著，證明鏡像圖中能夠有效分離有用信號。

（2）氣門異常。氣門異常發動機通常發出噠噠的清脆聲響，由凸輪軸一側發生，尤其是發動機怠速運轉時聲音更加顯著，中速以上則明顯減弱。主要是由于導孔與挺桿存在較大圓度偏差，且挺柱球發生變形，進而造成挺柱運轉不靈活。經過非接觸式檢測后，在小波濾波前后其氣門挺柱異常情況相較于正常發動機存在明顯差異，通過收集聲信號，時域圖中可通過視覺掌握周期特點，小波后并未影響信號周期性，前三個尺度存在顯著聲信號周期性。

（3）油底殼異常。發動機在出現油底殼異常響動后，其并無顯著特點，因此在與正常發動機相比較中無法及時獲得檢測結果。但是，利用非接觸式檢測技術，在細節系數圖中，能夠明顯觀察到三四五尺度信號發生顯著變化，此處聲信號存在顯著周期性特點。由此可知，檢測發動機油底殼聲信號異常的濾波后，能夠明顯將自身周期性特點提高。

4 結束語

綜上所述，機械故障是汽車發動機的常見故障，汽車發動機機械故障檢測工作是一項比較專業和復雜的工作，以往主要采取傳統檢測技術，傳統檢測技術主要依靠檢測方法、檢測設備儀器和專業人員的個人經驗，檢測工作容易受到干擾，檢測結果的隨意性和不確定性較大，因此，傳統檢測技術具有一定的弊端。

參考文獻：

[1]姜十萬.汽車發動機機械故障非接觸式檢測技術分析[J].農機使用與維修，2020（05）.