汽车发动机失火故障的判断
杜威
摘 要：汽车发动机失火关系到车辆运行时的动力输出、运行平顺性及油耗等问题，通过介绍发动机失火故障的诊断方法，为失火故障诊断的进一步研究提供依据和参考。
关键词：汽车;发动机;失火故障;诊断方法
中图分类号：U472? ? ? ? 文献标识码：A
从20世纪90年代开始，汽车发动机失火故障的研究发展迅速[1]，但截止到目前，具有可操作性和诊断精度较高的方法并不多。本文结合工程实践，归纳了一些行之有效的发动机失火故障诊断方法。
1 氧传感器信号
氧传感器信号的变化反映汽车发动机缸内燃烧变化情况。前氧传感器位于排气歧管与三元催化器之间，用于反馈前段废气的氧含量数据。后氧传感器位于三元催化器与消音器之间，用于反馈后段废气的氧含量数据，氧传感器信号数据的改变能够反映出发动机是否出现失火故障。氧传感器在采集信号数据时，由于积碳及杂质覆盖、尾气腐蚀等因素影响，输出的数据有可能失真，故保证氧传感器的正常工作是判断故障的先决条件[2]。由于氧传感器在使用一定时间后可能会测量误差较大，在故障诊断时可能失效，故应该避免故障诊断氧传感器的失效或误判。
2 汽缸压力信号
发动机工作时，燃烧室的压力值与汽缸内部混合器燃烧是否充分及气门间隙直接相关。在气门间隙密封完好的情况下，分析汽缸内的压力值变化情况，能够有效地诊断发动机失火故障。由于发动机出现失火故障时，缸内平均圧力、最大压力、曲轴位置均会发生变化，故这些数据的每一项均可作为判断失火的依据，或者用各数据联合判定失火，以提高判断精度。
3 曲轴转速、位置、扭矩信号
发动机曲轴转速的变化将导致燃烧动力的参数波动，提取曲轴转速数据并进行分析处理能够检测汽车发动机是否失火。在发动机高速和怠速运行时，曲轴转速测量误差较大，则失火诊断精度不高，所以诊断测试时必须选择合适的运行工况;曲轴瞬时净扭矩与发动机汽缸燃烧产生的动力直接相关。提取发动机曲轴瞬时净扭矩数据并进行分析后处理能够诊断发动机是否发生失火故障[3]。由于燃烧的活塞压力和负载的阻力，发动机曲轴承受较大的扭矩。为了提高诊断精度，要控制好曲轴转速，避免惯性力过大影响诊断精度;曲轴位置可以通过曲轴位置传感器获得，是较为便捷的一种诊断方法，通过曲轴位置可以间接得出曲轴的瞬时角速度，利用处理得出的曲轴的瞬时角速度数据，能够判断发动机是否发生失火故障。
4 汽车排放尾气
发动机尾气排放的压力、尾气成分及温度均可用于诊断失火故障，多项联合分析能够提高诊断精度。利用尾气压力判定失火，需安装压力传感器，可将压力传感器布置于排气歧管和三元催化器之间。失火故障发生时，尾气压力会下降，根据压力数值判定是否出现失火故障;发动机混合气的燃烧情况直接关系到尾气组分。当利用尾气组分诊断发动机失火故障时，需要对汽车尾气进行分类采样与成分含量测定。汽车尾气主要为二氧化碳、水蒸气、碳氢化物、氮氧化物、氧气等，发动机发生失火故障时，尾气组分数据将发生改变。因此，分析尾气组分数据可判断发动机失火的故障类型。目前分析尾气成分可以使用尾气成分分析仪，方便易于操作。
5 发动机振动信号
发动机振动信号主要来源于机体振动和曲轴旋转振动[4]。在发动机缸体和缸盖上设置振动传感器，用以采集发动机的振动数据。发动机振动是内部各种作用力共同作用的结果，振动信号中包含着多种信息。在正常运行工况中，发动机的振动主要由曲轴振动激励、活塞冲击与往复惯性力激励、汽缸压力变化、车辆底盘引起的连带振动等引起。当发动机失火时，引起曲轴连杆运动惯性力变化，导致配合间隙的冲击振动增大、车体振动加强，发动机振动信号也进一步增强，对比分析失火与正常运行时的数据，即可诊断失火故障。
6 排气声音信号
发动机运转过程中，汽车会产生不同频段的声音信号，声音主要为“呜呜”声、长鸣声、撞击声、“咯咯”声等。声源中包含有汽车各种状态信息，要判断失火故障就要直接提取其中的有效成分、特征信息或处理这些声音信号。发动机一个工作周期内，汽缸内部混合气燃爆产生的振动信号与转速相关，排气声音强度随燃爆振动强度变化，但低频的燃爆振动信号通常淹没在宽频的活塞撞击、气门开闭等的振动噪声内。为有效采集发动机燃爆振动数据，可在发动机排气管各段安装声音传感器，用以采集排气声音信号数据，将不同状态下声音信号作为故障诊断依据，从而判断发动机的工作状态。
7 结语
汽车发动机失火将导致整车动力输出降低、发动机零部件损坏、尾气排放不达标等问题。目前失火故障诊断多数精度较低、实时性较差。本文围绕汽车发动机失火故障诊断方法开展研究，根据经验总结归纳了行之有效的汽车发动机失火故障判断依據，为该领域的深入研究提供参考。
参考文献：
[1] 郑太雄，张瑜，李永福. 汽车发动机失火故障诊断方法研究综述[J].自动化学报，2017，43（4）：509-527.
[2] 王赟松. 利用氧传感器诊断电控发动机故障[J].交通运输工程学报， 2002（2）： 48-51.
[3] Nishibe Y， Nonomura Y， Tsukada K， et al. Determination of engine misfiring using magnetoelastic torque sensor[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2002， 47（3）： 760-765.
[4] Liu J， Shi Y， Zhang X， et al. Fuel injection system fault diagnosis based on cylinder head vibration signal[J]. Procedia Engineering， 2011，16： 218-223.
