汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動故障診斷與檢修方法

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)動機(jī)啟動及運行時發(fā)動機(jī)的正?？杖急仁艿接绊?，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速時出現(xiàn)不規(guī)則的抖動。發(fā)動機(jī)怠速抖動故障會增加汽車怠速噪聲，通過傳遞路徑振動會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，當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動幅度比較大時，方向盤會難以控制，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)動機(jī)怠速抖動故障進(jìn)行診斷以及檢修是非常必要的。

傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動故障診斷方法主要有經(jīng)驗判斷法、儀器儀表分析法、軟件系統(tǒng)診斷法以及基于狀態(tài)識別的發(fā)動機(jī)怠速抖動故障診斷法。其中，直觀診斷法只適用于怠速抖動幅度比較大的故障，對于一些細(xì)微的不規(guī)則抖動故障無法診斷，而且這種方法對于維修人員經(jīng)驗要求比較高，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)動機(jī)故障碼作為怠速抖動故障診斷依據(jù)對其進(jìn)行分析。但如果是發(fā)動機(jī)點火系統(tǒng)出現(xiàn)了問題而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速抖動，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)動機(jī)怠速抖動故障診斷與檢修方法。

1 方法設(shè)計

1.1 讀取汽車發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流

根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動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)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流，在對發(fā)動機(jī)怠速動態(tài)數(shù)據(jù)流測量之前，首先要檢查汽車發(fā)動機(jī)是否滿足以下3個條件：1）發(fā)動機(jī)蓄電池的電壓是否大于12.55 V；2）汽車發(fā)動機(jī)熔斷器是否正常；3）汽車發(fā)動機(jī)搭鐵線是否正常。如果沒有滿足以上3個條件，采集的發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流會存在較大誤差。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)動機(jī)。

第一步：將V.A.H.F1653故障閱讀儀和汽車發(fā)動機(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：打開汽車點火開關(guān)，使發(fā)動機(jī)處于怠速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，受到汽車點火開關(guān)影響發(fā)動機(jī)在運行初期也會出現(xiàn)怠速抖動，但是這種抖動會慢慢消失，并非故障性的發(fā)動機(jī)怠速抖動故障。因此在運行10 min等發(fā)動機(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)動機(jī)電子系統(tǒng)的地址指令，正常情況下該指令為01，點擊確定鍵，此時故障閱讀儀會出現(xiàn)發(fā)動機(jī)相關(guān)信息，比如發(fā)動機(jī)排量、電控單元編號、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)實際需求選擇相應(yīng)的功能代碼，此次是采集汽車發(fā)動機(jī)動態(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，即可獲取汽車發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流。

按照上述流程對汽車發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流讀取3次，以1 min作為一個數(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)動機(jī)型號進(jìn)行創(chuàng)建，將其上傳到計算機(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)動機(jī)怠速抖動故障

將讀取到的汽車發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流上傳到計算機(jī)上，對發(fā)動機(jī)怠速抖動故障進(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)省計算分析時間，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間t點對應(yīng)的汽車發(fā)動機(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)動機(jī)在運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)，但是其上下波動幅度比較小，上下不相差0.5 V，如果在一段時間內(nèi)發(fā)動機(jī)電壓波動幅度多次超過0.5 V，且波動頻率出現(xiàn)異常，就可以判定發(fā)動機(jī)存在怠速抖動故障。根據(jù)以上分析，首先根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)流計算出發(fā)動機(jī)電壓波動頻率，其計算公式如下：

式中，P表示發(fā)動機(jī)異常波動頻率；t表示發(fā)動機(jī)怠速運行時長；u表示怠速運行過程中電壓超出標(biāo)準(zhǔn)值次數(shù)[4]。

在實際應(yīng)用中，不能因發(fā)動機(jī)出現(xiàn)異常波動就判定汽車發(fā)動機(jī)存在怠速抖動故障，有時一些其他外界干擾因素也會引起汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動，因此可設(shè)定一個閾值，根據(jù)該閾值診斷發(fā)動機(jī)是否存在怠速抖動故障，其用公式表示如下：

式中，C表示汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動故障狀態(tài)；H表示故障診斷閾值。如果發(fā)動機(jī)異常波動頻率大于該閾值，則說明此時汽車發(fā)動機(jī)運行狀態(tài)為怠速抖動故障狀態(tài)。

1.3 發(fā)動機(jī)怠速抖動波形分析及檢修

為了提高發(fā)動機(jī)怠速抖動故障檢修效率，利用波形分析法分析故障原因。發(fā)動機(jī)怠速抖動故障主要是因為汽車點火系統(tǒng)或者燃油系統(tǒng)出現(xiàn)了問題[5]。因此，又將抖動故障分為點火系統(tǒng)引起與燃油系統(tǒng)引起兩種類型，不同類型發(fā)動機(jī)怠速抖動波形特征不同，將診斷為怠速抖動故障的數(shù)據(jù)流輸入到ADOH視波軟件中，以時間為橫坐標(biāo)、以發(fā)動機(jī)電壓為縱坐標(biāo)建立坐標(biāo)軸，按照時間順序?qū)?shù)據(jù)映射到坐標(biāo)軸上，此時會顯示發(fā)動機(jī)怠速抖動波形圖[6]。選擇一組沒有故障的汽車發(fā)動機(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)動機(jī)怠速抖動波形圖上可以觀察到汽車發(fā)動機(jī)電壓變化情況，根據(jù)查閱的相關(guān)資料，如果是因汽車點火系統(tǒng)存在點火不正常而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速抖動故障，發(fā)動機(jī)電壓振蕩幅度會非常大，上下波動差異較大；如果是因為汽車燃油系統(tǒng)問題而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)怠速抖動故障，汽車電壓波形會出現(xiàn)衰減振蕩頻率異常的特征[7]。根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動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)動機(jī)怠速抖動波形圖

2 實驗論證分析

實驗以某品牌汽車發(fā)動機(jī)為實驗對象，選取7臺使用時間不同且怠速抖動故障特征明顯的發(fā)動機(jī)，利用本文方法與傳統(tǒng)方法對7臺發(fā)動機(jī)怠速故障進(jìn)行診斷與檢修。

實驗準(zhǔn)備了1臺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)動機(jī)怠速運行電壓，將汽車發(fā)動機(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)動機(jī)怠速運行檢測時間為30 s，讀取的數(shù)據(jù)流量為0.46 GB。按照上文設(shè)計流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析7臺發(fā)動機(jī)中有3臺因汽車點火系統(tǒng)引起怠速抖動故障，剩余4臺因汽車燃油系統(tǒng)引起怠速抖動故障，與實際情況完全吻合，說明設(shè)計方法對于發(fā)動機(jī)故障的診斷具有較高的精度。根據(jù)分析結(jié)果，對7臺發(fā)動機(jī)存在問題的系統(tǒng)進(jìn)行維修，然后重新安裝和啟動發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)怠速工況運行平穩(wěn)，說明怠速抖動故障排除。

以讀取發(fā)動機(jī)故障數(shù)據(jù)流為起始時間，以維修完汽車發(fā)動機(jī)為結(jié)束時間，對每臺發(fā)動機(jī)檢修耗時進(jìn)行記錄，將其作為檢驗兩種方法應(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發(fā)動機(jī)怠速抖動故障耗時比較短，最短時間為2.28 min，平均檢修耗時為4.75 min；而應(yīng)用傳統(tǒng)方法檢修單個發(fā)動機(jī)怠速抖動故障最長耗時為33.32 min，平均耗時為27.73 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于運用本文方法的耗時。

這是因為本文方法采用了波形分析法，根據(jù)采集的發(fā)動機(jī)動態(tài)數(shù)據(jù)流繪制抖動波形圖，能夠直觀地看出發(fā)動機(jī)怠速抖動故障特征，簡化了故障分析流程，從而能夠快速完成發(fā)動機(jī)怠速抖動故障檢修任務(wù)。實驗結(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)動機(jī)怠速抖動故障診斷與檢修效率[8-10]。

3 結(jié)語

怠速抖動是汽車發(fā)動機(jī)最常見也是難以診斷的故障之一，發(fā)動機(jī)作為汽車的核心零件，其運行狀態(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)有方法在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出的問題，筆者利用波形分析法設(shè)計了一種新的故障診斷與檢修方法，有效提高了汽車發(fā)動機(jī)怠速抖動故障檢修效率以及診斷精度，同時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)實意義。由于該方法尚未在實踐中大量使用，可能存在一些問題，今后仍會對該方面進(jìn)行深層次研究，為汽車發(fā)動機(jī)故障識別提供有力的理論支撐。