發(fā)動機關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析

閻光虎，廖發(fā)良

（1.西安華強汽車改裝廠，陜西 西安 710014；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，陜西 西安 710018）

發(fā)動機關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析

閻光虎1，廖發(fā)良2

（1.西安華強汽車改裝廠，陜西 西安 710014；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，陜西 西安 710018）

數(shù)據(jù)流分析法在電控發(fā)動機的故障診斷中越來越多地被采用。但在分析過程中，更多進行的是單一數(shù)據(jù)分析，而疏忽了數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)性，這樣導(dǎo)致漏診、誤診時有發(fā)生。對于非關(guān)聯(lián)性參數(shù)，通過單一數(shù)據(jù)流的直接分析，大都可以判斷故障的原因和故障點。但關(guān)聯(lián)性參數(shù)必須同時讀取多個數(shù)據(jù)流，并通過相互關(guān)系進行計算確定關(guān)聯(lián)性參數(shù)，然后進行綜合分析，才能判斷故障點和故障原因。

關(guān)聯(lián)性參數(shù)；數(shù)據(jù)流；分析診斷

CLC NO.:U415.52Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)08-38-03

引言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)的裝車比例越來越高，控制功能也越來越強大，故障自診斷的范圍應(yīng)越來越廣，但目前車載故障自診斷系統(tǒng)主要基于以下三種條件【1】：

（1）信號電壓或電流不在預(yù)設(shè)定的工作范圍，如水溫傳感器的正常信號電壓區(qū)間為0.3～4.7V，對應(yīng)的水溫為120℃～-30℃，若超出此范圍，便可自診斷。

（2）信號電壓或電流在設(shè)定的時間內(nèi)不變化。

（3）信號電壓或電流丟失持續(xù)的時間過長或次數(shù)太多超過設(shè)定值。

在發(fā)動機使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器信號與運行工況不相符、影響空燃比的部件出現(xiàn)故障、非電控系統(tǒng)故障以及ECU內(nèi)部的CPU出現(xiàn)運算錯誤等，自診斷系統(tǒng)都無法進行診斷?？梢姡栽\斷系統(tǒng)的診斷有很大的局限性。數(shù)據(jù)流能夠動態(tài)反映發(fā)動機的實際工作狀態(tài)，對故障的成因有準(zhǔn)確的引導(dǎo)性，所以，數(shù)據(jù)流分析對發(fā)動機故障診斷具有非常重要的作用。

1、數(shù)據(jù)流分析法

1.1 數(shù)據(jù)流的類型

發(fā)動機工況數(shù)據(jù)采集是由各傳感器完成的，數(shù)據(jù)運算處理是由ECU完成的，不同類數(shù)據(jù)流有不同的故障診斷范圍，數(shù)據(jù)流分為以下幾種類型【2】：

（1）控制指令數(shù)據(jù)，例如，占空比、噴油時間、點火提前角等。

（2）發(fā)動機運行工況檢測數(shù)據(jù)，例如，轉(zhuǎn)速、TPS信號、水溫信號等。

（3）它類數(shù)據(jù)，例如，空燃比適應(yīng)性修正情況的長、短期燃油修正值、通過參數(shù)換算所得的發(fā)動機負荷值、VTEC中CKP與CMP之間的角度值等。

1.2 工況選擇

數(shù)據(jù)流隨發(fā)動機工況而變，讀取數(shù)據(jù)流的工況要依據(jù)故障癥狀、故障出現(xiàn)的時機、故障的性質(zhì)等來確定，通常選擇的工況是【3】：

（1）點火開關(guān)打開

（2）冷機或熱機啟動

（3）怠速工況

（4）轉(zhuǎn)速為2500r/min的工況

（5）加速工況

1.3 數(shù)據(jù)流的比較性分析

在數(shù)據(jù)流分析時，應(yīng)運用對比方法，從以下幾個方面進行：

（1）與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，除差異性外，要注意數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、響應(yīng)性和連續(xù)性。

（2）與同機型數(shù)據(jù)進行比較，以驗證數(shù)據(jù)是否正確，又彌補了維修手冊未能提供的正常數(shù)據(jù)值。

（3）與不同工況數(shù)據(jù)比較，以分析數(shù)據(jù)變化的趨勢和正確性。

1.4 工作條件的影響

數(shù)據(jù)流分析時，要結(jié)合測量元件、控制元件的工作時間，并緊扣發(fā)生異常時的工作條件。特別對于數(shù)據(jù)流沒有規(guī)律性的異常，更應(yīng)考慮行駛條件、行駛里程、線路接點、元件熱穩(wěn)定性差、元件抗干擾能力減退等因素。

2、關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析法

在數(shù)據(jù)流中，有些參數(shù)與其他參數(shù)關(guān)聯(lián)較小，可以直接判斷其數(shù)值是否正常，如蓄電瓶電壓、冷卻液溫度、怠速轉(zhuǎn)速等【4】；而有些參數(shù)與其他參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并與參數(shù)間存在著直接的甚至量化關(guān)系，則不能單一地判斷其數(shù)值是否正常，如空氣流量、噴油脈寬、燃油修正量、發(fā)動機非怠速轉(zhuǎn)速等，這類參數(shù)即關(guān)聯(lián)性參數(shù)。對于關(guān)聯(lián)性參數(shù)，需要將相關(guān)參數(shù)同時考慮，通過數(shù)值分析來判斷發(fā)動機的故障。

2.1 空氣流量

正常狀態(tài)下，發(fā)動機的輸出扭矩取決于空氣流量，空氣流量與其他參數(shù)的關(guān)系如下：

式中，F(xiàn)為實際空氣流量，g/s；

n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；

V為排氣量，L；

P為節(jié)氣門后空氣的絕對壓力，KPa；

T為進氣的絕對溫度；

2.2 噴油脈寬

噴油脈寬主要根據(jù)已確定的空氣流量基于理想空燃比并參考轉(zhuǎn)速來確定的。對于非缸內(nèi)直噴發(fā)動機，它與空氣流量等參數(shù)在怠速時的關(guān)系如下：

式中，W為期望噴油脈寬，ms；

λ為燃油修正量，%；

C為常數(shù)，根據(jù)大量的實車測量，其值約為2500【5】；

F為空氣流量，g/s；

n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；

m為發(fā)動機氣缸數(shù)。

2.3 燃油修正量

燃油修正量是從氧傳感器中提取的系統(tǒng)誤差值，它可以反映混合氣的濃度變化趨勢【6】。

式中，λ為燃油修正量，%；

λstft為短期燃油修正量，%；

λltft為長期燃油修正量，%。

3、關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析實例

3.1 故障實例一

故障現(xiàn)象： 一輛2005年產(chǎn)豐田佳美SXV20，搭載2.2L5S發(fā)動機，行駛里程16萬Km。該車爬坡時排氣管會燒紅，經(jīng)多方維修不能修復(fù)。

故障分析：經(jīng)試車發(fā)現(xiàn)該車動力不足，從尾氣氣味初步判斷屬發(fā)動機燃燒不良故障。該車不帶空氣流量計，觀察數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機在怠速時進氣歧管絕對壓力為35.00KPa，進氣溫度為34.00℃，燃油修正量為-27%，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為820r/min,噴油脈寬為3.30ms。按上述分析，對數(shù)據(jù)進行理論計算：

從充其量看，2.2L發(fā)動機在輸出扭矩為0、怠速轉(zhuǎn)速為820 r/min時，空氣流量正常值應(yīng)不小于3.5g/s，通過關(guān)聯(lián)性計算可得，實測流量為5.96 g/s，可見進氣系統(tǒng)工作正常。實測噴油脈寬與計算的理論噴油脈寬一致，都為3.30 ms，說明噴油控制系統(tǒng)工作正常。λ為-27%，表明混合氣有偏濃的

趨勢，其濃度已影響到正常燃燒。在進氣系統(tǒng)和噴油控制系統(tǒng)正常的情況下，混合氣偏濃，究其原有兩方面：一是噴油器密封不嚴；二是空氣純度低。

對噴油器進行了噴油量和密封性檢測，其性能正常，由此推斷故障應(yīng)該是空氣純度低所致。該機進氣系統(tǒng)中可能影響空氣純度的裝置有空濾器、EGR系統(tǒng)、曲軸箱通風(fēng)裝置及氣門油封等。檢查空濾器及曲軸箱通風(fēng)裝置無異常，檢查EGR閥，發(fā)現(xiàn)EGR閥密封不嚴，于是將EGR閥氣道用鋁墊片封住。起動發(fā)動機，此時發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加速有力。再次觀察數(shù)據(jù)流，進氣歧管絕對壓力為30KPa，噴油脈寬為2.40ms，λ為0.4%。可見故障是由于EGR閥密封不嚴引起空氣純度低、導(dǎo)致混合氣燃燒不良而發(fā)生的。此類故障涉及到空氣流量、噴油脈寬、燃油修正量等關(guān)聯(lián)性參數(shù)，只有將它們綜合起來進行計算和分析，才能準(zhǔn)確地查找故障點并分析出故障原因。

3.2 故障實例二

故障現(xiàn)象：一輛2010年產(chǎn)邁騰1.4TSI轎車，搭載CFBA發(fā)動機、DSG變速器，行駛里程2000Km，該車起步時加速無力。

故障分析：讀取起步時的數(shù)據(jù)流，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1100r/min，空氣流量10.49 g/s，進氣溫度為38.00℃，進氣道壓力為73.00 KPa，負荷率為80%。分析數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有工況下，空氣流量值過低，為了校驗可能的故障方向，對理論空氣流量計算如下：

實測空氣流量與理論空氣流量相符，進一步說明空氣流量數(shù)值過低，這樣的充其量不可能輸出足夠的扭矩。通過檢查，發(fā)現(xiàn)增壓系統(tǒng)控制電磁閥N75控制不良，出現(xiàn)通氣不暢。摘下通氣管后再次試車，發(fā)動機動力明顯增強。查看數(shù)據(jù)流，發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1120r/min，空氣流量21.35 g/s，進氣溫度為38.00℃，進氣道壓力為146.00 KPa，空氣流量顯著上升。將控制電磁閥N75的通氣管路疏通后，故障排除。

3.3 故障實例三

故障現(xiàn)象：一輛2008年產(chǎn)豐田海獅TRH213商用車，搭載排量為2.7L的2TR-FE發(fā)動機，行駛里程7萬Km，該車經(jīng)常無規(guī)律熄火。

故障分析：分別讀取標(biāo)準(zhǔn)怠速和較高怠速下的空氣流量，得到2組數(shù)據(jù)：

①發(fā)動機轉(zhuǎn)速為796.75 r/min，空氣流量3.03 g/s，進氣溫度28.00℃

②發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1388.25r/min，空氣流量5.89 g/s，進氣溫度28.00℃

用真空表測得上述2種怠速下的進氣道壓力分別為29.00 KPa 和32.00KPa，2種怠速的進氣量分別計算如下：

標(biāo)準(zhǔn)怠速 F= 0.029nVP/T=0.029×796.75×2.7×29.00/（273.15+28）=6.01g/s

高怠速 F= 0.029nVP/T=0.029×1388.25×2.7×32.00/（273.15+28）=11.455g/s

2種怠速下空氣流量的實測值與理論值都相差較大，說明空氣流量計信號誤差。檢查發(fā)現(xiàn)空氣流量計中有異物擋在流量計前面。清除異物后試車，故障排除。

4、結(jié)語

從上述實例分析可見，對于非關(guān)聯(lián)性參數(shù)，通過單一數(shù)據(jù)流的直接分析，大都可以判斷故障的原因和故障點。但關(guān)聯(lián)性參數(shù)必須同時讀取多個數(shù)據(jù)流，并通過相互關(guān)系進行計算確定關(guān)聯(lián)性參數(shù)，然后進行綜合分析，才能判斷故障點和故障原因。關(guān)聯(lián)性參數(shù)引起的故障，診斷時容易疏忽部分參數(shù)及其間的關(guān)聯(lián)性，往往使故障診斷變得非常困難，利用關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析方法，為這類故障的診斷提供了清晰的思路和方法。

[1] 廖發(fā)良．汽車電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：182-213．

[2] 高國恒．汽車檢測診斷方法[M]．北京：人民交通出版社，1999．

[3] 肖云魁．BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在汽車故障診斷中的應(yīng)用[J]．汽車運輸，2002（9）：24-27．

[4] 廖發(fā)良．小型汽油機的性能改進研究 [J]．重慶交通大學(xué)學(xué)報（自科版），2011（1）：130-135．

[5] Fu,Z.;Brown,D.J.; Haynes．B.P.A new method of non-stationary signal analysis control motor bearing fault diagnosis[J].Intelligent Signal Processing，2003 IEEE International Symposium on ，2003，9 ：99-104．

[6] 張逸，凌振國.歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].汽車技術(shù)，2006（5）：30-34.

Parameter Correlation Engine Data Flow Analysis Method

Yan Guanghu1, Liao Faliang2
(1.Xi'an Huaqiang Automobile Refitting Factory, Shaanxi Xi'an 710014 2.Department of Automotive Engineering, Shaanxi College of Communication Technology, Shaanxi Xi'an 710018)

Data flow analysis in fault diagnosis of electronic controlled engine have been adopted more and more in. But in the process of analysis, more is the single data analysis, and ignored the relevance of data stream, so lead to missed diagnosis, misdiagnosis occurred. For the non correlation parameter, directly through the analysis of a single data stream, mostly can judge fault reason and fault point. But the correlation parameters must also read multiple data streams, and the relationship between the calculation to determine the related parameters, and then a comprehensive analysis, to judge the fault and the fault causes.

Correlation parameters; Data flow; Analysis diagnosis

U415.52

B

1671-7988(2014)08-38-03

閻光虎，助理工程師，就職于西安華強汽車改裝廠。