賀 民 ， 王儷穎

（廣西理工職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣西 南寧 530031）

正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的正?？杖急仁艿接绊?，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)出現(xiàn)不規(guī)則的抖動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障會(huì)增加汽車怠速噪聲，通過傳遞路徑振動(dòng)會(huì)傳遞到汽車方向盤以及座椅上，嚴(yán)重影響汽車駕駛?cè)藛T的操作感受。同時(shí)，當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)幅度比較大時(shí)，方向盤會(huì)難以控制，很容易出現(xiàn)交通事故，危及駕駛?cè)藛T的人身安全，因此對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障進(jìn)行診斷以及檢修是非常必要的。

傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障診斷方法主要有經(jīng)驗(yàn)判斷法、儀器儀表分析法、軟件系統(tǒng)診斷法以及基于狀態(tài)識(shí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障診斷法。其中，直觀診斷法只適用于怠速抖動(dòng)幅度比較大的故障，對于一些細(xì)微的不規(guī)則抖動(dòng)故障無法診斷，而且這種方法對于維修人員經(jīng)驗(yàn)要求比較高，因此不常被使用。其他3種方法是目前比較常用的方法，這3種方法診斷原理基本一致，主要是將發(fā)動(dòng)機(jī)故障碼作為怠速抖動(dòng)故障診斷依據(jù)對其進(jìn)行分析。但如果是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)出現(xiàn)了問題而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)，在這種狀況下只依靠故障碼進(jìn)行故障診斷，就不能完全快速準(zhǔn)確地查詢故障，從而影響故障檢修效率。

基于上述分析，筆者提出了一種新的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障診斷與檢修方法。

1 方法設(shè)計(jì)

1.1 讀取汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流

根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障特征以及診斷需求，采用V.A.H.F1653故障閱讀儀讀取發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流，在對發(fā)動(dòng)機(jī)怠速動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流測量之前，首先要檢查汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是否滿足以下3個(gè)條件：1）發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池的電壓是否大于12.55 V；2）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)熔斷器是否正常；3）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)搭鐵線是否正常。如果沒有滿足以上3個(gè)條件，采集的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流會(huì)存在較大誤差。在做好準(zhǔn)備工作之后，按照以下步驟使用V.A.H.F1653故障閱讀儀測量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。

第一步：將V.A.H.F1653故障閱讀儀和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用V.A.H.F4651/64電纜連接到診斷插座上，接通電源。

第二步：打開汽車點(diǎn)火開關(guān)，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，受到汽車點(diǎn)火開關(guān)影響發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行初期也會(huì)出現(xiàn)怠速抖動(dòng)，但是這種抖動(dòng)會(huì)慢慢消失，并非故障性的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障。因此在運(yùn)行10 min等發(fā)動(dòng)機(jī)怠速狀態(tài)穩(wěn)定后，打開V.A.H.F1653故障閱讀儀電源開關(guān)，開始檢測[1]。

第三步：在V.A.H.F1653故障閱讀儀上輸入汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)的地址指令，正常情況下該指令為01，點(diǎn)擊確定鍵，此時(shí)故障閱讀儀會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)信息，比如發(fā)動(dòng)機(jī)排量、電控單元編號(hào)、電控單元軟件版本等[2]。

第四步：V.A.H.F1653故障閱讀儀上含有多種功能代碼，具體如表1所示。

表1 故障閱讀儀功能表

根據(jù)實(shí)際需求選擇相應(yīng)的功能代碼，此次是采集汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，因此輸入VSHFI功能代碼，并按確認(rèn)鍵確認(rèn)。

第五步：在V.A.H.F1653故障閱讀儀上輸入相應(yīng)的組別號(hào)，即可獲取汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流。

按照上述流程對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流讀取3次，以1 min作為一個(gè)數(shù)據(jù)流讀取周期，以3次結(jié)果的平均值作為讀取的最終數(shù)據(jù)，并按照時(shí)間先后將數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，建立數(shù)據(jù)流文件，并對數(shù)據(jù)流文件名按照發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)進(jìn)行創(chuàng)建，將其上傳到計(jì)算機(jī)上，為后續(xù)怠速故障診斷及故障波形分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.2 診斷發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障

將讀取到的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流上傳到計(jì)算機(jī)上，對發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障進(jìn)行診斷分析，其過程如下。在分析之前，為了保證波形反演精度，需要對數(shù)據(jù)流進(jìn)行預(yù)處理，對數(shù)據(jù)流中格式錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式修改，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，再刪除數(shù)據(jù)中不完整、重復(fù)的數(shù)據(jù)，節(jié)省計(jì)算分析時(shí)間，在此基礎(chǔ)上對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，其用公式表示如下：

式中，ct表示歸一化處理后時(shí)間t點(diǎn)對應(yīng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電壓數(shù)據(jù)；n表示迭代次數(shù)；k表示歸一化系數(shù)，通常該系數(shù)取值為0.01；c*表示原始數(shù)據(jù)[3]。

在正常狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中電壓值處于穩(wěn)定的狀態(tài)，雖然不能保持始終不變的狀態(tài)，但是其上下波動(dòng)幅度比較小，上下不相差0.5 V，如果在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)電壓波動(dòng)幅度多次超過0.5 V，且波動(dòng)頻率出現(xiàn)異常，就可以判定發(fā)動(dòng)機(jī)存在怠速抖動(dòng)故障。根據(jù)以上分析，首先根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)流計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)電壓波動(dòng)頻率，其計(jì)算公式如下：

式中，P表示發(fā)動(dòng)機(jī)異常波動(dòng)頻率；t表示發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行時(shí)長；u表示怠速運(yùn)行過程中電壓超出標(biāo)準(zhǔn)值次數(shù)[4]。

在實(shí)際應(yīng)用中，不能因發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常波動(dòng)就判定汽車發(fā)動(dòng)機(jī)存在怠速抖動(dòng)故障，有時(shí)一些其他外界干擾因素也會(huì)引起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)，因此可設(shè)定一個(gè)閾值，根據(jù)該閾值診斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在怠速抖動(dòng)故障，其用公式表示如下：

式中，C表示汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障狀態(tài)；H表示故障診斷閾值。如果發(fā)動(dòng)機(jī)異常波動(dòng)頻率大于該閾值，則說明此時(shí)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)為怠速抖動(dòng)故障狀態(tài)。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形分析及檢修

為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障檢修效率，利用波形分析法分析故障原因。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障主要是因?yàn)槠圏c(diǎn)火系統(tǒng)或者燃油系統(tǒng)出現(xiàn)了問題[5]。因此，又將抖動(dòng)故障分為點(diǎn)火系統(tǒng)引起與燃油系統(tǒng)引起兩種類型，不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形特征不同，將診斷為怠速抖動(dòng)故障的數(shù)據(jù)流輸入到ADOH視波軟件中，以時(shí)間為橫坐標(biāo)、以發(fā)動(dòng)機(jī)電壓為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)軸，按照時(shí)間順序?qū)?shù)據(jù)映射到坐標(biāo)軸上，此時(shí)會(huì)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形圖[6]。選擇一組沒有故障的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，同樣將數(shù)據(jù)映射到該坐標(biāo)上，如圖1所示。如圖1所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形圖上可以觀察到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電壓變化情況，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，如果是因汽車點(diǎn)火系統(tǒng)存在點(diǎn)火不正常而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)電壓振蕩幅度會(huì)非常大，上下波動(dòng)差異較大；如果是因?yàn)槠嚾加拖到y(tǒng)問題而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障，汽車電壓波形會(huì)出現(xiàn)衰減振蕩頻率異常的特征[7]。根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形特征確定故障類型，進(jìn)而對相應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)行維修。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)波形圖

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

實(shí)驗(yàn)以某品牌汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為實(shí)驗(yàn)對象，選取7臺(tái)使用時(shí)間不同且怠速抖動(dòng)故障特征明顯的發(fā)動(dòng)機(jī)，利用本文方法與傳統(tǒng)方法對7臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速故障進(jìn)行診斷與檢修。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了1臺(tái)V.A.H.F1653故障閱讀儀，將其數(shù)據(jù)讀取頻率設(shè)定為1.42 Hz，讀取對象為發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行電壓，將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)定為900 r/min，節(jié)氣門開度設(shè)定為5.6%，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)行檢測時(shí)間為30 s，讀取的數(shù)據(jù)流量為0.46 GB。按照上文設(shè)計(jì)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析7臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中有3臺(tái)因汽車點(diǎn)火系統(tǒng)引起怠速抖動(dòng)故障，剩余4臺(tái)因汽車燃油系統(tǒng)引起怠速抖動(dòng)故障，與實(shí)際情況完全吻合，說明設(shè)計(jì)方法對于發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷具有較高的精度。根據(jù)分析結(jié)果，對7臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)存在問題的系統(tǒng)進(jìn)行維修，然后重新安裝和啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況運(yùn)行平穩(wěn)，說明怠速抖動(dòng)故障排除。

以讀取發(fā)動(dòng)機(jī)故障數(shù)據(jù)流為起始時(shí)間，以維修完汽車發(fā)動(dòng)機(jī)為結(jié)束時(shí)間，對每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修耗時(shí)進(jìn)行記錄，將其作為檢驗(yàn)兩種方法應(yīng)用效果的指標(biāo)，具體如表2所示。

表2 應(yīng)用兩種方法進(jìn)行故障檢修耗時(shí)對比

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，應(yīng)用本文方法檢修單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障耗時(shí)比較短，最短時(shí)間為2.28 min，平均檢修耗時(shí)為4.75 min；而應(yīng)用傳統(tǒng)方法檢修單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障最長耗時(shí)為33.32 min，平均耗時(shí)為27.73 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于運(yùn)用本文方法的耗時(shí)。

這是因?yàn)楸疚姆椒ú捎昧瞬ㄐ畏治龇?，根?jù)采集的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流繪制抖動(dòng)波形圖，能夠直觀地看出發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障特征，簡化了故障分析流程，從而能夠快速完成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障檢修任務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文方法在使用效果上優(yōu)于傳統(tǒng)方法，能夠有效提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障診斷與檢修效率[8-10]。

3 結(jié)語

怠速抖動(dòng)是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)最常見也是難以診斷的故障之一，發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的核心零件，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到駕駛員行車感受和行駛安全性[11-14]。

針對現(xiàn)有方法在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出的問題，筆者利用波形分析法設(shè)計(jì)了一種新的故障診斷與檢修方法，有效提高了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)故障檢修效率以及診斷精度，同時(shí)也為基于波形分析法的故障診斷與檢修方法研究提供了參考依據(jù)，此次研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。由于該方法尚未在實(shí)踐中大量使用，可能存在一些問題，今后仍會(huì)對該方面進(jìn)行深層次研究，為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障識(shí)別提供有力的理論支撐。