李夢(mèng)仁，胡攀輝，顏士肖，高峰，黃勇波

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

汽車作為一種重要的交通工具，對(duì)于國(guó)民生產(chǎn)、物品運(yùn)輸?shù)确矫娑加兄匾淖饔?。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的核心，其安全、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷分析是在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)做出的診斷，幫助維修人員找到故障發(fā)生的位置以及故障產(chǎn)生的原因。這對(duì)維修人員的邏輯分析能力是一種很大的考驗(yàn)，這要求維修人員不僅能準(zhǔn)確找出故障的位置和原因，還要能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定量化評(píng)價(jià)，并于標(biāo)準(zhǔn)值做對(duì)比，并根據(jù)不同部件之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行合理的分析，從而降低故障的診斷難度，減少診斷的時(shí)間。

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障

汽車的發(fā)明極大地促進(jìn)了人類社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程，在汽車的發(fā)展過(guò)程中，集合了機(jī)械、電氣、控制等多個(gè)學(xué)科，因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)各種故障。主要分為自然故障和人為故障兩種類型。自然故障是由外部的條件引起的的故障，例如，撞擊、零部件松動(dòng)等。人為故障則是由于操作者的不正常操作或者技術(shù)生疏引起的。在汽車的使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)人為故障。

通常，汽車在運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)性故障，這些故障的發(fā)生通常是不可預(yù)知的。如果動(dòng)力系統(tǒng)或者是剎車系統(tǒng)出現(xiàn)問題，對(duì)于駕駛?cè)藛T的生命安全是一種莫大的威脅。常見的故障不會(huì)立刻使汽車停止工作，但是發(fā)動(dòng)機(jī)的漸進(jìn)性故障會(huì)慢慢地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生不好的影響，例如，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)、加速動(dòng)力不足等，這種連續(xù)性的故障會(huì)對(duì)汽車的安全慢慢地造成很大的威脅，因此，借助一些發(fā)動(dòng)機(jī)的在線檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行更好的預(yù)防和診斷，并且對(duì)故障會(huì)對(duì)車輛以及駕駛?cè)藛T的安全的影響做出合理性的評(píng)價(jià)。

根據(jù)故障發(fā)生的頻率，可以將故障分為周期性和間斷性兩種類型。周期性的故障因?yàn)槠漕l發(fā)性，因此診斷起來(lái)較為簡(jiǎn)單。但是間斷性故障由于突發(fā)性，通常難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和維修。

對(duì)于故障的類型，也可以分為立即可消除和不可立即消除兩類，可立即消除的故障對(duì)于汽車的影響較小，經(jīng)過(guò)維修即可立即投入使用；不可立即消除的故障會(huì)慢慢擴(kuò)展，最后表現(xiàn)為更明顯的故障。圖1 所示為發(fā)動(dòng)機(jī)的流程檢查步驟。

圖1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢查流程

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障的典型表現(xiàn)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)生不同的故障時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)不同的異常狀態(tài)。根據(jù)這些異常狀態(tài)的不同，我們可以分析出發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生的位置以及故障的原因和類型，從而指導(dǎo)維修人員更快速的排查問題，提高相關(guān)人員檢修和維修的效率。對(duì)于出現(xiàn)異味和異響的情況，可以主要檢測(cè)橡膠密封件的老化情況，發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫蒸發(fā)了由密封不足泄漏出來(lái)的機(jī)油，從而產(chǎn)生異味。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的異響會(huì)由多種因素引起，主要來(lái)源如圖2所示，具體的情況需要根據(jù)實(shí)際進(jìn)一步判斷。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，可以對(duì)缸體和氣門等位置進(jìn)行檢修和診斷。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度異常問題，應(yīng)該主要對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行診斷。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的油液狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)主要對(duì)活塞、氣缸等部位進(jìn)行檢修和診斷。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)的問題，應(yīng)主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)刻進(jìn)行檢查和診斷。

圖2 汽車常見部位異響發(fā)生概率

3 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷的思路與注意事項(xiàng)

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)該從最簡(jiǎn)單、最常見的故障對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行檢查，然后使用相關(guān)設(shè)備對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、噪聲等問題進(jìn)行檢查，檢查后在進(jìn)行性能對(duì)比。通過(guò)分析收集的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)發(fā)生機(jī)械故障的位置和原因進(jìn)行分析。對(duì)于某些故障，使用情況識(shí)別的方法將故障的波形與正常的信號(hào)波形做對(duì)比，進(jìn)而確定故障的位置和故障類型。

對(duì)于故障診斷，這是一個(gè)綜合性的過(guò)程，因此需要協(xié)調(diào)好各個(gè)環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，需要根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)差異性，對(duì)不同的故障診斷做出合理判斷，進(jìn)而指導(dǎo)維修工作。對(duì)于自身攜帶故障診斷系統(tǒng)的車輛，需要根據(jù)相關(guān)說(shuō)明對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的參數(shù)是一個(gè)動(dòng)態(tài)性的參考指標(biāo)，在整體狀況對(duì)其進(jìn)行故障診斷難度很高，各個(gè)參數(shù)也會(huì)聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)，一個(gè)參數(shù)的變化就會(huì)引起其他狀態(tài)參數(shù)的改變，因此，需要全面考慮，采用最適合的診斷方法。

以電控燃油噴射裝置檢測(cè)為例，在相關(guān)檢測(cè)中需要不斷對(duì)各個(gè)元件進(jìn)行檢查，一般噴油嘴主要核心部件為噴射元件，其常見故障和影響如表1所示。單從發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、不穩(wěn)定癥狀來(lái)看，由電控燃油噴射系統(tǒng)引起的故障原因就不止一種，僅依靠單一的檢測(cè)儀器并不能準(zhǔn)確診斷出其故障原因。

表1 電控燃油噴射常見故障與現(xiàn)象

本文以一個(gè)電控的噴油裝置的檢測(cè)做案例，其常見故障和影響見表1。如果只從發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)和不穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)看，燃油電控系統(tǒng)的故障的原因就不只一種，其相互之間都有一定的關(guān)聯(lián)性。

4 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的診斷方法

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)異常診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)的異常振動(dòng)是汽車機(jī)械系統(tǒng)常見的故障之一，在發(fā)生異常振動(dòng)時(shí)，應(yīng)該先根據(jù)振動(dòng)的產(chǎn)生的條件對(duì)故障進(jìn)行原因判別，從而確定異常振動(dòng)發(fā)生的方向。在發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)中，由于油環(huán)結(jié)構(gòu)的失效等原因，機(jī)油會(huì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸中，從而造成燃燒異常，引起發(fā)動(dòng)機(jī)的不正常振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)是活塞連桿裝置，連桿機(jī)構(gòu)的不正常轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)異常振動(dòng)。另外，進(jìn)氣管與排氣管的異常進(jìn)氣也會(huì)對(duì)進(jìn)排氣管道產(chǎn)生沖擊，從而產(chǎn)生不正常的振動(dòng)。當(dāng)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)時(shí)，應(yīng)該著重從以上3 個(gè)方面進(jìn)行診斷，找到發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生故障的位置和原因。在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷時(shí)，通常是先收集相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)，然后利用頻譜分析等進(jìn)行故障診斷，通過(guò)排除法，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)不正常振動(dòng)的診斷效率，減少故障診斷過(guò)程中的干擾因素，減少診斷成本。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲異常的診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲是汽車噪聲的主要來(lái)源，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲一般分為3 種：①由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的過(guò)程時(shí)間很短，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的大量高熱膨脹氣體對(duì)活塞產(chǎn)生嚴(yán)重的沖擊，這是燃燒噪聲的主要來(lái)源；②發(fā)動(dòng)機(jī)活塞裝置通常是偏置安裝，因此，運(yùn)行中會(huì)與氣缸產(chǎn)生一定的摩擦與敲擊，產(chǎn)生噪聲。③因?yàn)檫M(jìn)氣和排氣過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件產(chǎn)生摩擦，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生放射狀的氣動(dòng)噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)在故障時(shí)，一般都是機(jī)械噪聲和異常的啟動(dòng)噪聲，點(diǎn)火噪聲在車速較慢時(shí)會(huì)比較明顯。一般噪聲的判斷都是依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的波形圖和指標(biāo)的值，從而找到噪聲的具體位置。

（3）過(guò)溫狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過(guò)高主要有3 種原因，可能是冷卻系統(tǒng)的問題、排氣管排氣問題或者傳動(dòng)系統(tǒng)故障。溫度趨勢(shì)分析常常用來(lái)分析發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度異常，分析工作環(huán)境與運(yùn)行情況，可以用來(lái)診斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障的位置，需要注意檢查發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒是否正常，排除發(fā)動(dòng)機(jī)的異常燃燒造成的溫度過(guò)高。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火異常診斷。發(fā)動(dòng)機(jī)停缸現(xiàn)象也是※發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障之一。點(diǎn)火系統(tǒng)的異常工作常常會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的多缸異常工作。因此，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的異常工作狀態(tài)來(lái)分析停缸故障很重要。對(duì)于單缸?；鸬那闆r，應(yīng)考慮更換系統(tǒng)的零件，對(duì)于雙缸?；饡r(shí)，應(yīng)注意檢修高壓點(diǎn)火線路，對(duì)于三缸?；?，則要檢查噴油器的故障，對(duì)于所有缸都?；鸬那闆r，則要考慮燃油供應(yīng)系統(tǒng)是否存在問題。

（5）專家系統(tǒng)診斷法。汽車的種類和功能不斷進(jìn)步，這也造成了故障的種類增多，因此故障診斷的方法也應(yīng)不斷創(chuàng)新。人工診斷的方法通常對(duì)維修人員的水平是一種極大的考驗(yàn)。相比傳統(tǒng)的診斷方式，專家系統(tǒng)診斷能夠?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷提供更加人性化的接口，增加故障診斷的專業(yè)性和便利性，未來(lái)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷和專家系統(tǒng)的結(jié)合是一種必然的趨勢(shì)。

（6）基于計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程故障診斷。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，故障診斷技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相互結(jié)合的技術(shù)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的遠(yuǎn)程故障診斷具有深遠(yuǎn)的意義，通過(guò)在設(shè)備上設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)骄哂泄收显\斷能力的企業(yè)或者維修單位，從而能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的隱藏故障，實(shí)現(xiàn)早期的預(yù)防。

5 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)動(dòng)機(jī)的故障維修中，應(yīng)該首先確定發(fā)動(dòng)機(jī)的故障的類型，明確故障發(fā)生的原因和故障的表現(xiàn)形式，從而做出更有針對(duì)性的診斷和處理措施。未來(lái)用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的故障診斷必然是結(jié)合了互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)物，提高故障診斷的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)防，提高維修人員維修的效率，及時(shí)對(duì)用戶做出預(yù)警，提高用戶的使用體驗(yàn)。