汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障原因及診斷分析

張麗華

摘要：伴隨時(shí)代不斷發(fā)展，汽車普及率不斷提升，而在汽車使用過程中，駕駛?cè)藛T體驗(yàn)則與發(fā)動(dòng)機(jī)自身穩(wěn)定性與故障率有著直接關(guān)聯(lián)，在傳統(tǒng)人工故障診斷模式當(dāng)中，無法令發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生概率有效降低，并且無法令維修精度得到提高?；诖耍疚闹饕槍ζ嚢l(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障相關(guān)原因展開探討，并提出具有較強(qiáng)針對性的診斷方法。

Abstract： With the continuous development of the times， the popularity of vehicles is increasing. In the process of vehicle use， the driver's experience is directly related to the stability and failure rate of the engine itself. In the traditional manual fault diagnosis mode， the probability of engine failure can not be effectively reduced， and the maintenance accuracy can not be improved. Based on this， this paper mainly discusses the causes of automobile engine mechanical system faults， and puts forward a strong diagnosis method.

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī);機(jī)械系統(tǒng)故障;診斷檢測

Key words： automobile engine;mechanical system failure;diagnostic test

中圖分類號(hào)：U463.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0150-02

0? 引言

汽車故障診斷的技術(shù)性是指在整車未解體的情況下，闡明汽車的運(yùn)行過程，找出故障原因和故障位置的汽車應(yīng)用技術(shù)，汽車故障診斷是一項(xiàng)對邏輯分析思維要求較高的任務(wù)，工作的目標(biāo)是找到故障點(diǎn)。然而，大多數(shù)專業(yè)技術(shù)人員在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過程中缺乏對失敗原因的分析。但是，缺乏對原理的分析和邏輯推理，導(dǎo)致故障診斷過程繁瑣、迷失方向，甚至誤判故障，給自己或他人帶來諸多不便和損害。

1? 研究背景與意義

作為最直接的能源，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)軟件的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種電子產(chǎn)品精度高，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)整等領(lǐng)域的工藝和生產(chǎn)要求較高。精細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)化的模塊化方案，以及其各部件的搭配和協(xié)調(diào)調(diào)整，可以保證柴油機(jī)的整體特性，也能保證汽車未來運(yùn)行的穩(wěn)定性和合理性[1]。在提高汽車安全系數(shù)的層面上，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是能量轉(zhuǎn)換的直接消費(fèi)者。在所需的極端天氣和地理環(huán)境下，存在一定概率的常見故障和安全隱患。例如，夏季氣溫較高，發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的發(fā)生率會(huì)增加，導(dǎo)致車輛間歇性拋錨，嚴(yán)重?fù)p害車輛客戶的駕駛體驗(yàn)。為了更好、更有效地解決這個(gè)問題，同時(shí)合理控制發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備故障率，有必要根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障的具體表現(xiàn)，總結(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的原因和規(guī)律。此外，還實(shí)現(xiàn)了車輛整體運(yùn)行狀態(tài)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。這不僅對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)新產(chǎn)品的開發(fā)和技術(shù)水平的提高有一定的幫助，同時(shí)也將提高當(dāng)今車輛的安全系數(shù)和使用體驗(yàn)。

2? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的組成及功能

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由離合器、變速箱、傳動(dòng)軸等許多部件組成，該部件的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪。其中，十字軸的主要作用機(jī)制是：它可以使傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)軸在各種不同旋轉(zhuǎn)方向的工況下，位于變速箱內(nèi)的萬向球（或傳動(dòng)齒輪傳遞）驅(qū)動(dòng)力穩(wěn)定，立即送至偉千減速機(jī)上的傳動(dòng)齒輪，也可防止偉千傳動(dòng)系統(tǒng)的滾動(dòng)軸承明顯損壞零件[2]。減速機(jī)的主要作用是改變傳動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)力的徑向轉(zhuǎn)角，使傳動(dòng)加速與中心線配合運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)還可以降低徑向速比，擴(kuò)大扭矩。分動(dòng)箱的推動(dòng)動(dòng)作：當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎或在不平的坡路上行駛時(shí)，能自動(dòng)推動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng);一些雙橋上有兩個(gè)控制器的汽車更常見。兩個(gè)分動(dòng)箱內(nèi)部或外部的輸出軸與驅(qū)動(dòng)器的輪軸之間還有一個(gè)分動(dòng)箱。其行駛效果主要取決于汽車何時(shí)通過轉(zhuǎn)彎或在不平坦的地面上。向上行駛時(shí)，確保前、后、左、右驅(qū)動(dòng)輪和輪胎不會(huì)產(chǎn)生差速器。傳動(dòng)軸的主要作用是將分動(dòng)箱的車輪傳遞的最高扭矩再通過它傳遞給四輪，然后作為傳動(dòng)軸帶動(dòng)四輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)推動(dòng)四輪車再次行駛。

3? 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障分類及原因

一般發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的常見故障可分為以下幾類（如圖1所示）：①常見故障特征：自然、常見故障是外力無法抵抗或在整個(gè)過程中無法抵抗的自然性質(zhì)使用因素造成的故障;人為因素引起的常見故障一般存在于車輛制造、生產(chǎn)加工或維修的各個(gè)過程中，由于人為實(shí)際操作、技術(shù)難度等原因[3]。②設(shè)備故障率：絕大多數(shù)突發(fā)的、常見的車輛故障發(fā)生在車輛的所有正常運(yùn)行過程中，其發(fā)生不受任何時(shí)間因素的影響。它屬于不可預(yù)知和不知不覺間斷。車輛特性常見故障，如突然爆胎、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部油路突然堵塞、電源插頭突然松動(dòng)等，此類故障很容易立即排除，不大影響車輛的正常使用壽命;漸進(jìn)性故障一般是指汽車內(nèi)部的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)由于一些非故意因素的不斷生產(chǎn)，導(dǎo)致汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所有正常運(yùn)行過程中逐漸劣化。此類故障也歸因于緩慢且連續(xù)發(fā)生，因此可以通過在常見故障的初步檢查中充分利用此類常見故障來預(yù)防。一般在這種情況下，借助機(jī)動(dòng)車檢測設(shè)備或車輛診斷檢測機(jī)設(shè)備的手機(jī)app，可以識(shí)別出此類常見故障可能導(dǎo)致的延時(shí)。③常見故障的可靠性水平：常見故障一旦持續(xù)發(fā)生，會(huì)呈現(xiàn)一定的周期性，常見故障癥狀穩(wěn)定，易于檢查和排除;間歇性常見故障屬于突發(fā)性常見故障，常見故障不顯著由于汽車的特性和周期性，可以發(fā)現(xiàn)此類常見故障多出現(xiàn)在汽車電子產(chǎn)品的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。④缺乏專業(yè)技能：一些常見的故障很可能導(dǎo)致車輛失去一些專業(yè)技能;如果車輛完全是常見故障，車輛將無法工作，專業(yè)技能將完全喪失。⑤常見故障的破壞程度：常見故障一般是指一些可以立即消除或?qū)囕v運(yùn)行危害較小的常見故障;比較明顯的常見故障一般是指不能立即處理的常見故障;致命的常見故障是指對車輛較為明顯的損壞。

4? 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障的典型表現(xiàn)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)各種異常的主要表現(xiàn)形式，不僅可以反映發(fā)動(dòng)機(jī)的異常情況，還可以向用戶傳達(dá)故障信息的特征和類型。根據(jù)專業(yè)技術(shù)人員的區(qū)分，可以從發(fā)動(dòng)機(jī)故障的主要表現(xiàn)中獲得判斷故障類型的依據(jù)，通過一系列故障標(biāo)志可以獲得更詳細(xì)的、實(shí)際的故障位置信息[4]。為指導(dǎo)后續(xù)故障排除和發(fā)動(dòng)機(jī)維修提供方向，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械設(shè)備故障主要表現(xiàn)形式的詳細(xì)信息見表1。

5? 結(jié)合不同表現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械故障診斷方法

5.1 振動(dòng)信息? 為了更好、更強(qiáng)、更有效地進(jìn)行區(qū)分，將異常振動(dòng)整理為常見故障條件，大致分為三個(gè)方向。①汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)汽車機(jī)油著火形成的有機(jī)廢氣夾住鋼壁后，破壞內(nèi)部主題活動(dòng)部件產(chǎn)生的空隙，對其他工業(yè)設(shè)備造成沖擊和振動(dòng)。②汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)曲柄連桿的運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生慣性力矩振動(dòng)。③汽車發(fā)動(dòng)機(jī)旁通閥和排氣管閥在運(yùn)行時(shí)會(huì)對工業(yè)設(shè)備產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)。這三種振動(dòng)因素必須由專業(yè)技術(shù)人員一一排除，最后還要找出汽車發(fā)動(dòng)機(jī)異常振動(dòng)的原因。以上整個(gè)過程都需要借助機(jī)械振動(dòng)信號(hào)的采集和分析來進(jìn)行。所有匹配數(shù)字信號(hào)處理的全過程都必須經(jīng)過頻譜分析、時(shí)鐘頻率數(shù)字模型建立等全過程，重點(diǎn)關(guān)注其中可能出現(xiàn)的相應(yīng)常見故障，這一點(diǎn)也必須充分考慮。這種常見故障情況的整個(gè)診斷過程非常簡單高效，但如果不排除，就會(huì)有機(jī)會(huì)受到其他環(huán)境因素的干擾。比如設(shè)備的使用、自然環(huán)境的溫濕度等，都將常見故障檢查的綜合成本提高到了一定的水平。

5.2 噪聲信息? 汽車在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪音的關(guān)鍵來自發(fā)動(dòng)機(jī)。有三種特定類型的噪音可以判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)故障，點(diǎn)火噪聲是氣缸壓力對氣缸壁的沖擊引起的;機(jī)械設(shè)備的噪音是由于工作壓力和慣性使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的活動(dòng)部件相互相互作用而產(chǎn)生的，是由碰撞和振動(dòng)引起的;氣動(dòng)噪聲是由發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣和放氣全過程中的摩擦引起的，在傳播方向和傳播方式上幾乎呈放射狀。汽車在運(yùn)行時(shí)，駕駛員預(yù)期遇到的噪聲來自于發(fā)動(dòng)機(jī)中的機(jī)械設(shè)備噪聲和氣體摩擦噪聲，而低速行駛時(shí)的主要發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲是點(diǎn)火噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，可以根據(jù)信號(hào)的特殊指標(biāo)值和波形圖進(jìn)行分析和準(zhǔn)確判斷，從而對指定的零部件進(jìn)行更換和維修。

5.3 溫度信息? 制冷和冷卻水的氣缸壓力、排氣管溫度、傳動(dòng)比和溫度等將提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度，常見故障檢測技術(shù)專業(yè)人員可以通過深入分析溫度趨勢分析，對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)整體工作環(huán)境進(jìn)行分析，并根據(jù)其運(yùn)行狀況識(shí)別常見故障點(diǎn)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火不完全可能導(dǎo)致汽車發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高。技術(shù)人員可以在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測全過程中重點(diǎn)關(guān)注汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵加熱參數(shù)和處理的效率，進(jìn)而判斷是否存在共性故障。

5.4 油液檢測? 基本故障支持向量機(jī)算法優(yōu)化算法是基于波浪檢測基本理論的設(shè)計(jì)方案，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，材料的液壓油表面波會(huì)因鐵質(zhì)油管軟管表面的電磁場而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這是周圍波浪的原始形狀，這種獨(dú)特的周圍波的規(guī)律性和色散特性可以用以下公式計(jì)算和表示：

在數(shù)據(jù)信號(hào)i的關(guān)系式中，u1m表示在自然環(huán)境中高梯度方向電磁場下測得的檢測器上的液壓機(jī)讀數(shù)值。 u2m 表示與車輛發(fā)動(dòng)機(jī)活塞間隙匹配的震級(jí)，？棕是考慮輸出功率檢測的譜密度函數(shù)的整體偏差。？漬指標(biāo)值是發(fā)動(dòng)機(jī)活塞表面鐵材料譜分析線的總寬度。掌握了多個(gè)關(guān)鍵標(biāo)量的作用和準(zhǔn)確的測量方法后，就可以間接得到周圍波的理化特性。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)現(xiàn)異常問題時(shí)，隨著時(shí)間t的過渡，檢測數(shù)據(jù)信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)不同程度減弱的周圍波形。

6? 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷整體思路

在進(jìn)行汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測時(shí)，首先要做的就是處理常見的故障信號(hào)檢查。技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以使用的整體檢測目標(biāo)，選擇振動(dòng)傳感器或噪聲傳感器，準(zhǔn)確測量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、振動(dòng)和噪聲。并與初始狀態(tài)的信號(hào)值進(jìn)行比較。接下來一定要先用電腦對采集到的特征信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和求解，按照較大、較小的分辨率進(jìn)行解析還原真實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)爆震信號(hào)，去噪，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震信息進(jìn)行頻率對比分析，評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的可能因素和常見故障點(diǎn)。情況識(shí)別也是診斷發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的常見方法之一。根據(jù)常見故障波形與任何正常信號(hào)的差異，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)可以識(shí)別發(fā)生了哪些常見故障，并鎖定常見故障位置。

7? 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，推動(dòng)了汽車快速發(fā)展的趨勢，隨后的汽車售后服務(wù)和汽修制造業(yè)也獲得了快速發(fā)展的趨勢。由于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，在我國，發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式可分為人工檢測和儀器檢測兩種。在日常生活中，不僅要提高技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)，更要注重維修技術(shù)的應(yīng)用和營銷推廣，開拓創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)，不拘泥于傳統(tǒng)通用故障定期檢查保養(yǎng)方法，把握智能和新技術(shù)的核心價(jià)值，有利于保障行車安全的安全性能，同時(shí)也為自身的安全帶來保障。

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