汽車發動機失火故障診斷依據探究

韓進勇

摘 要：本文依據筆者的工作實踐經驗，從發動機失火故障的原因出發，對失火故障的診斷依據做出了一定的總結和探究。

關鍵詞：發動機；時候故障；診斷依據

在運行汽車發動機的過程中，因為環境條件復雜，并且存在很多不確定因素，可能導致發動機各個方面的故障。其中，發動機失火是一種相對嚴重的故障類型。它也可能會損壞催化轉化器并導致排放增加，增加不必要的經濟成本和環境成本。

一、失火故障因素

發動機失火故障是在發動機的動力沖程中，氣缸內的油氣混合氣不能正常燃燒的現象。在實際運行條件下，根據發動機工作循環所需的幾個基本條件，引發火災的因素很多，如空氣、燃料、壓縮和火花，發動機起火的原因大致可以歸結為以下幾個方面：（1）油品質量差，積炭，油品粘度高；（2）射頻干擾（音頻，無線電通訊設備等）；（3）EGR閥卡在打開位置；（4）點火系統不良；（5）燃油供給不足以及；（6）發動機機械問題等。

二、失火故障診斷依據

（一）氣缸外部依據

（1）曲軸瞬時凈扭矩。曲軸瞬時凈扭矩，來源于發動機燃燒扭矩，它與發動機氣缸燃燒產生的動力直接相關，運用曲軸瞬時凈扭矩是實現失火判斷的又一種方法。發動機曲軸扭矩由兩個因素產生：燃燒壓力和其他旋轉部件的動力。但是，這種方法容易受發動機操作條件的影響，特別是在高速下，當曲軸高速旋轉時旋轉體的慣性的影響大，可能會導致扭矩降低，從而導致錯誤判斷失誤。

（2）曲軸瞬時角速度。每次氣缸成功點火時，發動機都會接收到功率輸入，這反過來會導致發動機轉速波動。如果忽略慣性扭矩，負載扭矩，摩擦扭矩和泵送扭矩，則發動機曲軸的瞬時角速度波動和燃燒功率產生波形將直接相關。因此，研究速度變化可以提供一種檢測火災的方法。

（3）曲軸瞬時角加速度。研究發現，曲軸瞬時角加速度對于發動機失火故障診斷比曲軸瞬時角速度更有效。根據牛頓第二定律，旋轉體的角加速度與精確的作用力偶成正比，并且每個氣缸以一定的點火順序點燃。曲軸不連續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別峰值，因此，曲軸瞬時角加速度可以直接反映發動機的實際工作狀態而不是曲軸角速度。

（4）曲軸轉角。曲軸角度的物理意義是曲軸的位置。從數學的角度來看，曲軸轉角是曲軸瞬時角速度的積分值。盡管曲軸轉角信號并非直接用于失火判斷，但它可以用于通過間接轉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力學模型，使用滑動模式觀測器和遞推最小二乘法來估計氣缸壓力。此外，使用所產生的差有效地實現了失火故障診斷。

（5）廢氣壓力、廢氣成分和廢氣溫度信號。發動機排氣是氣缸內混合氣體燃燒過程的產物。目前有關使用廢氣中的信息進行火災失火診斷的文獻大致分為三類：廢氣壓力、廢氣成分和廢氣溫度。

使用瞬時廢氣壓力來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85℃。與壓力傳感器匹配的柔性連接器的長度應在165 mm以內。因此，這從一定程度上限制了該判別方法的應用。在發動機氣缸循環的周期性變化期間，排氣閥將根據排氣產物和活塞運動的變化周期性地打開，排氣管內的壓力會隨著燃燒特性的變化而波動。由此以產生的低壓氣缸判定失火缸。一般不點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，診斷準確度高于85%。當發動機失火時，排氣溫度還包含發動機的潛在失火信息，并且廢氣溫度波形的變化可用。通過比較正常狀態下的排氣溫度和失火狀態下的溫度變化，可以識別發動機氣缸內是否存在失火。

（6）發動機振動信號。發動機振動信號主要包括車體振動信號和曲軸旋轉振動信號。振動信號的測量位置通常是汽缸蓋和發動機的汽缸表面，也可以在氣缸蓋的不同位置分配多個傳感器進行測量。由發動機振動機理可知：發動機振動是各種內部激振力的結果，對發動機的振動信號進行研究，也能夠對發動機失火故障作出判斷。

（7）其他信號。這些信號包括：排氣噪聲和機體噪聲信號、氧傳感器信號、發動機粗暴度、燃燒時間間隔預處理、缸與缸之間段持續時間等等。

（二）氣缸內部依據

（1）離子電流信號。在發動機氣缸內的燃料混合物的燃燒過程中產生大量的電離信號。測得的離子電流可以估計燃燒過程中的許多參數，包括燃燒室壓力，燃燒起始空燃比，燃料混合物等。當離子流信號特別弱時，表示氣缸可能出現了失火故障。

（2）光學信號。有關發動機燃燒室燃燒過程的信息可以通過光學方式獲得。這種方法本質上是一種視覺可見的方法，通常需要記錄或評估可見光和熱輻射范圍內的電磁輻射。直接觀察燃燒室中的燃料混合物、充電運動、燃燒過程（點火，火焰擴散）等，從而對發動機情況作出判斷。另外，通過使用透鏡的傅立葉變換效果獲得的光學圖像信息將是不錯的選擇。

（3）氣缸壓力。在發動機運轉過程中，燃燒室的壓力值與缸內燃燒質量直接相關。所以燃燒室的壓力值是半段失火故障的重要依據。

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