多缸發(fā)動機失火故障診斷技術

1、多缸發(fā)動機失火故障診斷技術謝永樂傅波殷國富【摘要】介紹的失火故障診斷技術，是結合多缸發(fā)動機實際工作過程的 特點，將作功沖程屮最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)時刻附近瞬時角加速度的變化作 為多缸機失火現(xiàn)象存在和分辨失火缸的判據(jù)。這一技術降低了已有診斷 方法中對高速數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)的耍求。關鍵詞多缸發(fā)動機失火 故障診斷 最高爆發(fā)壓力失火是多缸發(fā)動機的一種常見故障，對它的監(jiān)測和診斷是現(xiàn)代高檔 轎車故障自診斷功能屮的必耍組成部分。但因產(chǎn)生失火故障的原因冇多 種，如點火系統(tǒng)（火花塞積炭、點火能量降低）故障，因漏氣而難于建立 壓縮終了壓力等等，實用屮不可能對產(chǎn)生失火現(xiàn)象的每一種故障源逐個 進行監(jiān)測?？尚械霓k法是通過運行過

2、程中某種動力學參數(shù)的變化作為診 斷的依據(jù)。判斷多缸發(fā)動機失火的方法診斷多缸發(fā)動機失火，現(xiàn)使用的有代表性的方法有以下兩種。1.運用一個工作循環(huán)（720°曲軸轉角）瞬時角速度的離散傅里葉變 換（式1）,結合發(fā)動機著火順序對式（1）變換過程中各階次諧波進行分 析。由于傅里葉變換不能反映信號在局部時間范圍內(nèi)的特征，所以該方 法能判斷多缸機是否存在失火而不能具體判別失火缸。-rajk 0,1 ,氛腫1(1)式中m角速度采樣值序號（k）瞬時角速度采樣值2.利用整個膨脹沖程中瞬時角速度的最大變化（0曲二0么廠0 li） 求取平均角加速度（式2）式屮平均角速度a 0 accjl和匚間所經(jīng)歷的曲軸轉角

3、度將a <x,b 0。心作為表征齊缸運行狀況的指標，進而對失火缸進行識別。但由于受到發(fā)動機循環(huán)變動等非確定性因素的影響，0 2,1 和()-必須在整個膨脹沖程屮檢測方能可靠獲得，所以過多依賴高速數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)和軟件計算，口表征加速時間的曲軸轉角度數(shù)0心，因 受循環(huán)變動等因素的影響，降低了作為診斷判據(jù)的可靠性。基于上述原因，從發(fā)動機實際工作過程出發(fā)，考慮到缸內(nèi)正常工作 狀況下最高爆發(fā)壓力片出現(xiàn)的時刻，必然是ii舜時角加速度驟升的時候， 以此為依據(jù)，判別多缸機的失火缸。該方法的特點是對運轉因素的變化 不敏感。基于的診斷原理當多缸發(fā)動機某缸著火所產(chǎn)生的氣體壓力扭矩大于負載扭矩和摩擦 扭矩z和(

4、aq時便會引起曲軸的加速。當即將進入作功沖程的下一缸經(jīng) 歷壓縮過程而消耗了作功沖程的能量，氣休壓力扭矩低于t遠時乂會引 起曲軸轉速下降，這是引起曲軸加速度波動的根木原因。止常著火缸在 p,出現(xiàn)吋刻及其后的微小吋段內(nèi)瞬吋角加速度的變化與失火缸相比是很 顯著的。發(fā)動機燃燒過程展開示功圖如圖1所示。正常著火和純空氣循環(huán)壓力有一分界點2,虛線為純空氣壓縮線。正常著火為實線，3 點為p點，對應于上止點曲軸轉角為對正常著火的第i缸發(fā)動機 凈扭矩幾可用式(3)求得：丁,心=丁門十一 工丁zj=1l'式中ttii笫i缸氣體壓力扭矩，隨p單調遞增t.j缸(jhi)等效氣體壓力扭矩t2各缸摩擦力矩之和tl

5、負載扭矩n 多缸機缸數(shù)p(x10npa)f401352520 r15105q1 1j1 !j :1ri! . !j ji100 80 60 402fl 0 20 4080 100曲柄轉怕(度圖1燃燒過程展開示功圖對失火缸發(fā)動機凈扭矩幾?？捎檬?4)求得:rtmj% = t壓 + 工_ 工 j-1j-用0(4)則有式5)乎xpy式屮j第i缸正常著火的瞬吋角加速度5。第i缸失火下的瞬時角加速度k比例常數(shù)1發(fā)動機動力系統(tǒng)的等效轉動慣量最高爆發(fā)壓力r岀現(xiàn)時刻的上止點曲軸轉角柴油機一般是 ©尸5。10° ,汽油機一般是df二10°18°。考慮到隨運轉因素的影 響，

6、的范圍應加大。例如，柴油機4>,-5°40° ,在這個范圍內(nèi)，采用等時間間隔采樣瞬時角加速度值5。診斷判據(jù)和實例分析對第i缸按等時間間隔采樣得到瞬時角加速度值取平均值，則有式 式中i缸號k采樣序號m對缸號為i的采樣總數(shù)將平均角加速度在 £模糊子集上模糊化，如式(7)。模糊隸屬度 采用升嶺形分布，見圖2。皿)0 a b c圖2 a e模糊子集隸屬函數(shù)“(e ) = y -ysin 二(e b) a < e r (7) z c ae > c式中 a=0. 85 a e 麗、b二0. 425 a e m+0. 625 a £ c=l. 25

7、a e 琢由式(7)得出各缸&的模糊隸屬度s2即引入診斷指標index10 = f j s 戸index = indexh)7k0) = index i 譏氐工2zn 從而得出以下判據(jù)：_if index1 and in西，第i缸工作止常，其余缸中存在失火。if indexvi and in藥,第i缸失火。if index二1,則各缸正常著火。但應考慮到各缸工作的不均勻性，即當發(fā)動機各缸正常著火吋， index是在1附近變動的，即index（ig（l-8,l+8）o實驗和理論計算 表明（0. 05, 0由此呼出實用的診斷判據(jù)：if index1+6 and inv萬;，則第i缸工作正常

8、，其余缸中存在失 火。_if index1-6 and in喬,則第i缸失火。tf index二丘（1-6, 1+6）,則各缸正常著火。圖3所示為492q汽油機在轉速n=1200 r/min,第2缸失火工況下 加速度變化，該機發(fā)火順序為1-3-4-2,由圖3可見2#缸失火是明顯的。 此時的各缸診斷指標值如表1所示，對照判斷依據(jù)，2=缸失火。圖3 n=1200 r/min2p缸失火下的加速度變化表1各缸診斷指標值發(fā)動機缸號3#23診斷指標index1.3201.3001.3600. 480診斷指標in(1,0. 0300. 0530. 0440. 348順便指出，由式iinde-index)2得出的值，還可以作為各缸 工作不均勻性的度量。綜上所述，可得出結論如下：1. 結合發(fā)動機工作過程，利用最高爆發(fā)壓力出現(xiàn)吋刻瞬吋角速 度變化作為被測