一種基于紅外溫度傳感器的汽車缺缸報警系統(tǒng)

歐衛(wèi)新

摘 要：汽車發(fā)動機(jī)是整車中故障率較高的部分，而發(fā)動機(jī)常見故障中又以發(fā)動機(jī)缺缸現(xiàn)象診斷最為難判斷。難主要在于發(fā)動機(jī)有多個氣缸，導(dǎo)致出現(xiàn)缺缸現(xiàn)象時，無法具體判斷哪個氣缸失火缺缸。這導(dǎo)致目前發(fā)動機(jī)缺缸診斷流程太過繁瑣，故障維修排除耗時過長，客戶維修成本高。但查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外現(xiàn)并沒有一個精確有效的缺缸診斷方法。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī) 缺缸 報警

A Car Cylinder Shortage Alarm System based on Infrared temperature sensor

Ou Weixin

Abstract：Automobile engine is the part with higher failure rate in the whole vehicle， and among the common engine failures， it is difficult to diagnose the phenomenon of engine lack of cylinders. The main difficulty lies in the fact that the engine has multiple cylinders， and when a cylinder shortage occurs， it is impossible to specifically determine which cylinder is misfired and lacks cylinders. This results in the current diagnosis process of engine cylinder shortage being too cumbersome， fault repair and troubleshooting takes too long， and customer repair costs are high. However， searching for relevant information found that there is no accurate and effective method for diagnosing cylinder shortage at home and abroad.

Key words：engine， cylinder shortage， alarm

1 引言

汽車作為當(dāng)今社會主要代步工具，與我們生活密已不可分。隨著汽車保有量的不斷增加，故障車的維修任務(wù)量也隨之增大，因此對汽車的故障診斷和維修提出了更高的要求。而發(fā)動機(jī)作為汽車的心臟，如何保障它的故障排除質(zhì)量，更是重中之重。研究表明，汽車發(fā)動機(jī)是整車中故障率較高的部分，而發(fā)動機(jī)常見故障中又以發(fā)動機(jī)缺缸現(xiàn)象診斷最為難判斷。難主要在于發(fā)動機(jī)有多個氣缸，導(dǎo)致出現(xiàn)缺缸現(xiàn)象時，無法具體判斷哪個氣缸失火缺缸。這導(dǎo)致目前發(fā)動機(jī)缺缸診斷流程太過繁瑣，故障維修排除耗時過長，客戶維修成本高。但查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外現(xiàn)并沒有一個精確有效的缺缸診斷方法。本文主要討論設(shè)計一套可以在第一時間精確判斷出是哪一個氣缸失火缺缸的報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)一旦研究完成，將大大提高發(fā)動機(jī)缺缸故障排除的效率，對比之前缺缸維修耗時減少50%以上故障排除時間，為發(fā)動機(jī)維修技術(shù)提升做出巨大貢獻(xiàn)，這也是本文研究的意義所在。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外對發(fā)動機(jī)缺缸診斷方法及研究進(jìn)展主要有以下幾種：

2.1 單缸斷火（汽油機(jī)）或斷油（柴油機(jī)）的方法：

當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)存在耗油量曾大，冒黑煙，無力，馬力下降車輛加不起速度，抖動嚴(yán)重，行車噪音加大現(xiàn)象后，汽油機(jī)分別拔下一、二、三、四缸的火花塞高壓點(diǎn)火線，查看高壓線拔下后發(fā)動機(jī)的反應(yīng)。如果拔下高壓點(diǎn)火線后發(fā)動機(jī)抖動更加劇烈甚至要熄火，說明這個氣缸工作正常;如果拔下高壓線后發(fā)動機(jī)基本沒有什么反應(yīng)，就說明這個氣缸不工作，確認(rèn)發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，同時鎖定該缸為缺缸目標(biāo)。柴油機(jī)具體的操作是：分別斷開一、二、三、四缸的高壓油管，查看斷油后發(fā)動機(jī)的反應(yīng)。如果斷開某缸高壓油管后發(fā)動機(jī)抖動更加劇烈甚至要熄火，說明這個氣缸工作正常;如果發(fā)動機(jī)基本沒有什么反應(yīng)，就說明這個氣缸不工作，確認(rèn)發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，同時鎖定該缸為缺缸目標(biāo)。

2.2 觸摸感溫法：

當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)存在耗油量曾大，冒黑煙，無力，馬力下降車輛加不起速度，抖動嚴(yán)重，行車噪音加大現(xiàn)象后，停車待發(fā)動機(jī)冷卻完畢，重新啟動怠速5—10分鐘。熄火，汽油機(jī)用手逐個觸摸火花塞瓷體感受其溫度，如果溫度較高，說明該缸工作正常;如果溫度低或近于常溫，說明該缸不工作，確認(rèn)發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，同時鎖定該缸為缺缸目標(biāo)。柴油機(jī)則用手逐個觸摸發(fā)動機(jī)排氣歧管分管，如果溫度較高，說明該缸工作正常;如果溫度低或近于常溫，說明該缸不工作，確認(rèn)發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，同時鎖定該缸為缺缸目標(biāo)。

2.3 器件更換法：

當(dāng)發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)存在耗油量曾大，冒黑煙，無力，馬力下降車輛加不起速度，抖動嚴(yán)重，行車噪音加大現(xiàn)象后，逐個缸更換好的火花塞和噴油裝置并點(diǎn)火著車測試，如果更換新的器件后汽車仍存在上述故障現(xiàn)在，說明該缸正常工作，繼續(xù)進(jìn)行下個氣缸器件更換;如果更換新的器件后發(fā)動機(jī)正常工作且不再出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象，說明該缸不工作，確認(rèn)發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，鎖定該缸為缺缸目標(biāo)，同時維修工作完成。

3 水平和發(fā)展趨勢分析

查找相關(guān)資料，基于上述三種傳統(tǒng)診斷方法的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)外僅存在一種基于振動信號的汽車發(fā)動機(jī)缺缸診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用發(fā)動機(jī)缺缸故障發(fā)生時伴隨發(fā)動機(jī)抖動嚴(yán)重的故障現(xiàn)象。將振動信號放大轉(zhuǎn)化為電信號，再傳輸給ECU綜合處理判斷發(fā)動機(jī)是否真實存在缺缸并呈現(xiàn)在儀表盤上，結(jié)果清晰明了。工作結(jié)構(gòu)模型如圖1：

通過對該診斷系統(tǒng)的分析結(jié)合汽車運(yùn)行工況容易發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)雖然解決了快速診斷缺缸故障存在與否的問題。告訴駕駛員或維修人員，發(fā)動機(jī)存在缺缸故障，警惕駕駛。但具體是哪一個氣缸不工作仍無法確定，只是在原來車主無法判斷汽車故障原因的問題上給出了解答。并且該系統(tǒng)易受外界因素影響，出現(xiàn)錯誤診斷情況。如：在山地，野外等非良好路況下行車時車輛抖動情況明顯增加，振動信號加強(qiáng)，ECU無法具體判斷該情況，會錯誤報警亮起故障燈。

4 新型缺缸報警系統(tǒng)

新型缺缸報警系統(tǒng)主要通過發(fā)動機(jī)缺缸故障存在的問題，設(shè)計一套基于“傳感器”技術(shù)的發(fā)動機(jī)缺缸故障報警系統(tǒng)，用以解決發(fā)動機(jī)工作過程中，出現(xiàn)缺缸故障現(xiàn)象時無法快速診斷發(fā)動機(jī)是否確實存在缺缸故障，并精確診斷是哪一個氣缸不工作，鎖定缺缸對象，為發(fā)動機(jī)缺缸故障排除效率提升作貢獻(xiàn)，解決維修人員難以判斷是哪一個氣缸失火缺缸的難題。

遵循汽車控制電路“傳感器→控制元件→執(zhí)行元件”的基本原理。新型缺缸報警系統(tǒng)要包含三大部分：四組傳感器接入線路設(shè)計（以四缸發(fā)動機(jī)為例）、信號數(shù)據(jù)處理綜合控制線路設(shè)計、報警反饋線路設(shè)計，系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示，單組工作線路電路簡圖如圖3所示。

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2，設(shè)計報警系統(tǒng)運(yùn)作流程如下：選擇四組紅外線傳感器（以四缸發(fā)動為例）分置于發(fā)動機(jī)排氣歧管分管靠近發(fā)動機(jī)內(nèi)測。依據(jù)“傳感器→控制元件→執(zhí)行元件”數(shù)據(jù)流控制方式。“發(fā)動機(jī)啟動工作→各傳感器檢測信號→信號放大→數(shù)據(jù)采集→車載ECU處理數(shù)據(jù)并判斷是否缺缸，若存在缺缸故障，輸出信號N（N為1或2或3或4）→相對應(yīng)的氣缸故障燈點(diǎn)亮，發(fā)出警報。

5 總結(jié)

發(fā)動機(jī)作為汽車的心臟，是整車中故障率較高的部分，而發(fā)動機(jī)常見故障中又以發(fā)動機(jī)缺缸現(xiàn)象診斷最為難判斷。當(dāng)發(fā)動機(jī)存在缺缸時會帶來耗油量曾大，冒黑煙，無力，馬力下降，車輛加不起速度，抖動嚴(yán)重，行車噪音加大等嚴(yán)重影響汽車正常使用的后果。而一般駕駛?cè)藛T對此渾然不知，不能及時發(fā)現(xiàn)并解決該故障。長期在缺缸條件下使用汽車，將大大降低發(fā)動機(jī)的工作效率。嚴(yán)重時導(dǎo)致氣缸與氣缸壁磨損，縮短發(fā)動機(jī)使用壽命。即使有經(jīng)驗的駕駛員或維修人員可以根據(jù)故障現(xiàn)象初步判斷發(fā)動機(jī)存在缺缸，但也無法斷定是哪一個氣缸失火缺缸，需要經(jīng)過繁雜的診斷流程才能鎖定具體是那個氣缸失火缺缸。

該新型缺缸報警系統(tǒng)的設(shè)計就是解決當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)缺缸現(xiàn)象時，駕駛?cè)藛T或維修人員無法快速判斷發(fā)動機(jī)是否真實存在缺缸故障，以及多個氣缸中到底是那個氣缸失火缺缸的難題。經(jīng)前期市場數(shù)據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，4S店及汽車維修廠在對發(fā)動機(jī)排除缺缸故障時，前期診斷鎖定多個氣缸中是哪一個氣缸失火缺缸流程中所花的工時，占整故障排除工時的50%以上。也就是說：如果該系統(tǒng)研發(fā)完成投入市場，將大大提高發(fā)動機(jī)缺缸故障排除的效率，為車主減少現(xiàn)基礎(chǔ)上50%的維修資金。同時在該報警系統(tǒng)快速判斷發(fā)動機(jī)存在缺缸并發(fā)出報警信號的幫助下，廣大車主將不再面臨汽車長期在缺缸條件下使用，車主自己卻渾然不知所帶來的各項問題。

基金來源：2019年度第二批院級科研類課題2019YKZ04 《汽車發(fā)動機(jī)缺缸報警系統(tǒng)設(shè)計與研究》項目。

參加文獻(xiàn)：

[1]高遠(yuǎn).基于振動信號的汽車發(fā)動機(jī)缺缸及軸瓦磨損故障診斷研究[D].天津大學(xué)，2018.

[2]公茂才.淺談發(fā)動機(jī)“缺缸”運(yùn)轉(zhuǎn)的危害及如何診斷[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2000（04）：33-34.

[3]肖健.基于隨車傳感器的汽車發(fā)動機(jī)故障缸診斷應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2006.