基于信號處理的汽車發動機故障檢測技術

陳寶文

(遼寧工程職業學院，遼寧 鐵嶺 112000)

1 發動機的信號采集

根據相關的實踐調查研究我們可以看出，目前針對汽車發動機的故障檢測診斷技術主要分為以下3個部分，即基于知識的診斷方法、基于模型解析的診斷方法以及基于信號處理的診斷方法。從一定意義上來講，信號處理的故障檢測技術從本質上是通過采集相關的信號數據，運用函數、小波變換等多元化的方式方法，對信號所傳遞出的內容進行有效地分析，并且從中提取出方差、頻率等相關的基礎參數，通過這樣的方式快速高效地判斷故障點及故障原因。具體的診斷流程如圖1所示。

圖1 故障診斷流程圖

在對發動機故障進行診斷之前，首先應當對發動機的基本性能進行有效地衡量。具體而言，發動機的輸出功率是其性能的重要體現，針對這一模塊我們使用的檢測方法包括穩態測功法以及動態測功法。所謂動態測功法，我們稱之為無負荷測功法，在進行具體的測量過程中，針對發動機并不實加一定的載荷，而是在其怠速或是空載低速運行時打開所有的節氣門，使得其能夠有效克服內部產生的摩擦力以及慣性，加速運行，根據加速的具體情況反饋體現出發動機的具體功率。在這樣的過程中，動態測功法所使用的工具通常為傳感器、計算機，包括傳感器、觸發器、信號調理電路、信號發生器等等。而其具體的工作流程則如圖2所示。

圖2 動態測功流程

2 發動機故障分析

2.1 發動機故障信號

從一定意義上來講，如果發動機功率不足或產生了一定的異響、漏氣等問題，那么相關的技術人員及從業人員必須第一時間對發動機的整體性能進行有效地檢測分析，從而排除故障。根據調查顯示，在過去的故障分析過程中，我們最常使用的信息通常為聽診器所采集到的發動機異響聲信號，有經驗的師傅對其聲信號進行分析，整體上來講這樣的方式方法對從業人員的要求極高，并且操作復雜，也容易出現判斷失誤的情況，受外界影響因素較大。但如果我們運用聲信號傳感器采集異響則能夠有效排除人為的誤差，在提高效率的同時實現了結果的準確性，相關的技術人員不需要直接接觸發動機就能夠有效判斷，這樣的方式也避免了技術人員由于高溫受傷。

2.1.1 裝配檢查

發動機的裝配檢查對于整體的性能標準起著至關重要的作用，如果螺栓擰緊但是卻未達到國家相關設計標準或是要求，可能會導致螺紋變形，影響其運轉的整體效果，一旦發動機發動其產生的震動可能會導致螺栓脫落，發動機漏氣、零部件松動。

2.1.2 磨損檢查

當發動機經過長時間的高速運作時，其內部的零件會出現一定的磨損，彼此之間的配合也會逐漸脫離原先的預期值，甚至產生較大的縫隙，彼此之間的碰撞就會發出異響。

2.1.3 零部件缺陷檢查

從一定意義上來講，零部件在出廠時可能就會存在一定的缺陷。例如針對發動機內壁而言，在對其進行鍍層時可能會由于厚度不足或是鍍層不均勻的情況，導致表面磨損較快。久而久之，其內部的零部件之間配合不當，產生相應的異響。與此同時，零部件的材質也會在一定程度上影響發動機的整體性能，劣質的零部件無法滿足發動機長期運轉的實際要求，甚至在運轉的過程中會出現損傷，導致發動機壽命縮短。

2.2 小波分析法的信號處理

所謂小波分析法，從本質上來講屬于一種信號分析的技術技巧，利用小波變化的方式對多尺度進行有效地分解，過濾干擾信號，從而獲取不同狀態下的信息數據。眾所周知，小波分析法是對小波包分解法和正交小波分解的原理進行有效地利用，將高頻波打包成為一段正交小波，再使用正交小波分解法對其進行有效地分解，成為低頻波和分辨率較低的高頻波，在高頻波中的信號數據僅僅是第一次小波分解后的一部分，在此基礎上繼續進行二次分解，最終得到各個頻率的信號以及分解后的高頻波組成的整體。其中，高頻波已經實現了精細化的目標。

從一定意義上來講，當發動機的轉速較高時，其頻率信號高，幅值大，周期小，小波變換的系數較大；而當其轉速減小時，則信號頻率降低，輻射變小，周期變大。由此可見，信號變化的整體周期與小波變換系數乘負相關。在這樣的背景下，一個正常合格的發動機，其轉速的變化具有一定的規律，換而言之，小波變換系數也遵守一定的規律，當其數值突變時，則說明發動機已經出現了故障點，而造成這一問題的主要原因可能是內壁損壞或是缸內異物。

3 結語

綜上所述，為了充分發揮信號處理的價值作用，相關技術人員應當基于發動機故障信號分析，有效利用小波分析法進行信號處理。聲信號傳感器、轉速傳感器等智能化的分析設備能夠在一定程度上對發動機故障進行有效地采集，靈活運用小波分析法分析信號波，通過這樣的方式有效解決了傳統汽車故障檢測過程中效率低下、可靠性低、人工依賴性較強的問題，能夠在現代社會的汽車檢修中發揮至關重要的作用。