汽车发动机故障诊断系统研究

摘 要：发动机是汽车的心脏，发动机故障诊断效率的高低关系到汽车业未来的发展，汽车发动机有些常见故障如发动机爆震等存在检测难度较大的问题。本文研究并设计出一种相对简单易行的汽油机爆震模拟试验方法，有利于提高汽油机爆震的维修水平。

关键词：汽车 发动机 故障诊断

中图分类号：U472.2文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（a）-0056-01

发动机是汽车的心脏，汽车发动机的好坏直接关系到汽车的发展。本文研究并设计出一种相对简单易行的汽油机爆震模拟试验方法，有利于提高汽油机爆震的维修水平。

1 爆震定义

爆震是汽油机不正常燃烧现象之一，在维修行业中也经常被维修人员或车主称为“敲缸”或“叫杆儿”，它反映了爆震最直观的一个特征，就是在发动机前部发出清脆的异响[1]。

2 汽车发动机故障诊断爆震检测系统硬件设计

本文构建了一个爆震检测系统，共有以下几个部分构成。

2.1 爆震传感器

本文选用的爆震传感器为SIEMENS VDO生产的共振型爆震传感器[2]，型号为S10758 3009Z，装在Audi及大众多种车型上，具有很强通用性，该传感器的频响范围为3KHz—25KHz，传感器在7KHz的灵敏度35mV/g，阻抗R〉1MΩ，工作温度为40-150。C，端子数为3。

2.2 VAG-COM系统

本文所使用的车辆奥迪A4发动机电控系统采用了Bosch ME系统，该系统自身采用爆震闭环控制系统，同时系统使用KWP2000协议进行自诊断，系统的数据流可以反映经过上述计算处理后分配至各缸的传感器电压值。

2.3 底盘测功机

本文使用的测功机为德国MAHA FPS 2700风冷电涡流式双滚筒底盘测功机。

2.4 声级计

在本文使用了爱德盛业生产的ADD 358型声级计，置于车辆前方，采用dB（A）加权“快”采样方式，对车辆的噪音进行测量及人工记录，并将其与VAGCOM采集下来的传感器信号进行相关性分析，用于辅助判断爆震的出现。

如图1所示，将车辆停放在测功机上，通过测功机操作界面选择“恒定牵引力（Constant Traction）”，输入数值1000N，在OBD诊断接口上连接VAG-COM，另一端接到笔记本电脑，启动VAG-COM，选择“控制模块（Select Control Module）”下“发动机（01-Engine）”进行自诊断，选择“高级读取数据块（Adv.Meas.Block）”功能，分别勾选以下参数进行记录：发动机转速、发动机负荷、进气温度、水温、爆震传感器电压值（分配到四个缸的四个数值）、点火延迟角度，并为了便于记录不用每次都勾选这些参数值，将所选的数据列表存储为“knock record list.a01”的文件，这样每次记录时都可以打开此列表文件，系统会自动把我们选择好的参数进行读取记录。然后启动车辆，升至二档，使车速稳定在25km/h车速（此时转速在1240～1280rpm），通过长度可调节顶杆顶住油门踏板使其稳定，通过“记录（Log）”功能，将以上数据块的数值存储为Excel表格形式，并在出现爆震时通过“标记（Marker）”标记特殊帧。之所以选择1000N的牵引力和25km/h的车速是由于在实际工作实践中，这是最容易听到爆震出现的工况点，在此点车辆处于中等负荷，且发动机和车速不是太高，这样就不容易因为过高的车辆噪音而掩盖爆震声音的出现。这样，车辆的转速与负荷已恒定，接下来我们就可以通过串联在燃油泵供油管路中的调压阀逐渐改变油压来减小汽油供油压力，从而诱导爆震的产生。

3 汽车发动机故障诊断爆震诊断分析

3.1 爆震阈值的确定

为了得到系统的阈值，首先要让系统出现爆震。为了减少影响因素的干扰，我们需要使车辆的转速和负荷基本恒定，这样一方面便于我们进行试验分析数据，另一方面由于转速恒定，背景噪声基本被限制在某一个范围内，由此更便于爆震出现时通过声级计读取噪声变化。为此我们利用底盘测功机的恒定牵引力功能对车辆施加一个恒定的阻力，同时利用油门踏板保持机构使得发动机转速维持在1240-1280r/min的一个转速，目的是使节气门开度保持在10%～15%的范围。具体转速、节气门开度需要根据不同在用车辆的特征进行试车，总结出其最易出现爆震特征的转速（车速）、节气门角度（负荷）来进行设置。

固定好转速和节气门开度后，接下来我们需要诱导爆震的出现。如前所述，影响爆震的出现有很多因素，如点火正时、进气压力、进气温度、转速、负荷、空燃比、火花塞、燃油品质等等，考虑到调节的便利性，本文在设定阈值时采用调控空燃比的方法来改变燃烧从而引起爆震。调解空燃比比较简单易行的方法是在燃油管路中连接三通接上燃油压力表，并串接上一个压力调节阀，通过调解燃油压力改变空燃比，从而引起爆震的出现，并通过VAG-COM采集相关数据块。

3.2 爆震状态的诊断确定

经过大量实验可知，在固定的转速和负荷下，基本点火提前角一定，在爆震未出现时，各缸的爆震信号电压基本在0.5～1.5V，并且在若干稳定的发动机循环内，虽然由于发动机散热及构造等原因导致四缸数值比一缸数值偏大，其电压值虽然有波动且各缸不尽相同，但总体的平均值均趋向于1V；但从第10帧数据开始，已经可以听到清脆的爆震声，此时按下Marker作下标记状态，爆震传感器电压开始逐渐升高，虽然电压值高低不等，但平均在2V左右，最高能接近3V，此时发动机电控系统已经尽量推迟点火提前角，且声级计的数值也由84dB上升到88dB，由此可判断此时出现了明显爆震，从统计值中可以发现，当不出现爆震时，平均电压都小于2V，因此可以认为在转速1240～1280rpm且负荷为8.2%～8.6%时，爆震传感器平均电压高于2V即可认为发生了明显爆震。在实际工作中，可以根据实际情况，按照同样的方法，采集不同转速和负荷下爆震出现的阈值。

参考文献

[1]韩宇石.电控汽油机爆震信号分析与检测[D].北京：北京工业大学，2011.

[2]刘峥，王建昕.汽车发动机原理教程[M].北京：清华大学出版社，2011：143.

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