蔣繼良

摘 要：改革開放以來，人民的物質(zhì)生活水平不斷提高，汽車也逐漸普及，走進(jìn)了千家萬戶。但是伴隨而來的是今天的交通事故不斷增加，刨除人為因素，很多事故中的事故原因都與汽車故障有關(guān)。汽車車載診斷系統(tǒng)可以對(duì)汽車故障進(jìn)行診斷，而這一系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要組成部分，就是發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷。文章探討汽車發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的診斷方法，對(duì)多種發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷方法進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：汽車故障；發(fā)動(dòng)機(jī)失火；故障診斷

前言：失火故障指的是，在沒有人為破壞的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的部件發(fā)生問題，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在氣功的做功階段燃燒異常的情況，例如，氣缸密閉性問題，火花塞故障和噴油塞阻塞等問題。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)失火故障時(shí)，會(huì)對(duì)于汽車的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，如果情況嚴(yán)重，甚至?xí)劤蓢?yán)重的事故，乃至危及人身安全。由此可見失火故障的診斷重要意義。除此之外，發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的診斷，對(duì)于環(huán)境保護(hù)，也有著重要意義。

1發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)

1.1氣缸外部的相關(guān)因素

判斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障，可以通過曲軸轉(zhuǎn)速的情況來判斷。在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生失火故障時(shí)，氣缸內(nèi)部的實(shí)際壓力，會(huì)通過曲軸轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出巨大衰減，可以通過這一現(xiàn)象，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障進(jìn)行具體的判斷。在實(shí)際的診斷過程中，可以通過曲軸瞬時(shí)角速度或曲軸瞬時(shí)凈扭矩來作為判斷的標(biāo)準(zhǔn)。曲軸瞬時(shí)角速度，在氣缸的正常狀態(tài)和失火狀態(tài)，其波形具有規(guī)律性。因此，我們可以通過對(duì)氣缸內(nèi)部瞬時(shí)角速度的波形變化，來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行失火診斷。還有研究表明，通過曲軸瞬時(shí)角加速度用于診斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障效果會(huì)比曲軸瞬時(shí)角速度準(zhǔn)確性更高。因?yàn)榍S瞬時(shí)角速度在發(fā)動(dòng)機(jī)的某些特殊情況下，會(huì)產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差，從而導(dǎo)致失火故障的誤判。目前的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的診斷中，還沒有直接通過曲軸瞬時(shí)角加速度來直接判斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的，多數(shù)都是通過間接轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的診斷。除了通過曲軸瞬時(shí)角速度來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行失火診斷，還可以通過對(duì)曲軸瞬時(shí)凈扭矩的測(cè)量來進(jìn)行診斷，曲軸凈扭矩同曲軸瞬時(shí)角加速度一樣，無法直接測(cè)量以檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障，只能通過間接測(cè)量的方式獲得。發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的外部因素中，除曲軸瞬時(shí)速度、曲軸凈扭矩之外，還可以通過對(duì)機(jī)體的噪音、排氣噪音、排放的廢氣成分等方面來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷。

1.2氣缸內(nèi)部的相關(guān)因素

氣缸內(nèi)部的壓力，也是判斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的一項(xiàng)診斷標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，燃燒室的壓力值與氣缸內(nèi)部的燃燒質(zhì)量是直接相關(guān)的。分析氣缸內(nèi)部的壓力變化，由此判斷失火故障。氣缸內(nèi)部的運(yùn)行情況，除燃燒室的壓力值外，還有其他因素，如氣缸內(nèi)部運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的離子電流信號(hào)、光學(xué)信號(hào)、聲學(xué)信號(hào)等。對(duì)于燃燒室內(nèi)部的觀察，不僅可以監(jiān)測(cè)其壓力值，還可以觀察燃燒室內(nèi)部的光學(xué)信號(hào)。通過光學(xué)觀察，統(tǒng)計(jì)可見光范圍內(nèi)的電磁輻射，對(duì)燃燒室內(nèi)的燃料混合物情況，燃燒情況等進(jìn)行直接的觀察。獲得燃燒室內(nèi)部的情況，以此來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火情況。除了光學(xué)信號(hào)外，還有通過離子電流信號(hào)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的標(biāo)準(zhǔn)。在氣缸運(yùn)行過程中，燃燒室內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的離子電流信號(hào)。這些電離信號(hào)，提供了燃燒室內(nèi)的大量信息，通過這些信息，可以分析出燃燒室內(nèi)的燃料燃燒情況。當(dāng)氣缸內(nèi)部的電離信號(hào)發(fā)生劇烈變動(dòng)時(shí)，則有意味著發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生了異常，并有發(fā)動(dòng)機(jī)失火的可能。

2發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷方法介紹

2.1基于數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷

發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障的診斷方法目前不同學(xué)者有著不同的具體方法，在總體上，大體可分為三種，基于數(shù)據(jù)的方法、基于模型的方法、綜合數(shù)據(jù)與模型的方法?；跀?shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷，它的核心內(nèi)容在于數(shù)據(jù)的采集與分析。基于數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷，常用的診斷方法有概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波包和極限學(xué)習(xí)機(jī)、振動(dòng)信號(hào)分析等。概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是Specht在1989年提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它有著網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)效率高，所需樣本少，容錯(cuò)性高等優(yōu)點(diǎn)。概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于貝葉斯理論為算法。貝葉斯理論在統(tǒng)計(jì)學(xué)等方面有著重要地位，概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過貝葉斯分類器可以確保最小錯(cuò)誤發(fā)生率。除概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)外，還有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，都可以運(yùn)用在基于數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷中。基于數(shù)據(jù)的發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷，已經(jīng)延伸到了多缸失火。目前，判斷多缸失火主要有兩種方法，分別是運(yùn)用傅里葉變換，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的著火順序?qū)ψ儞Q過程進(jìn)行各階次的諧波進(jìn)行分析。不過由于傅里葉變換只能反映整體的特征，無法反映出局部時(shí)間范圍的信息，所以這種方法不能具體的對(duì)于哪一缸失火進(jìn)行判斷。還有一種多缸失火判斷的方法是利用整個(gè)膨脹沖程中瞬時(shí)角速度的最大變化求取平均角加速度，這種方法與前文所提到的曲軸瞬時(shí)角加速度標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，這里就不重復(fù)論述了。

2.2基于模型的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷

基于模型的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷，是通過對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)建立模型，依靠模型的信息來判斷失火故障的一種診斷方法。建立模型可以將氣缸內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行模型化處理，構(gòu)建相關(guān)的物理模型，相比于數(shù)據(jù)診斷更加的準(zhǔn)確，也更加便于對(duì)失火故障原因的分析，以及對(duì)失火故障的理解?；谀Ｐ偷陌l(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷中，最基礎(chǔ)的模型內(nèi)容是平均值模型和離散事件模型。在失火診斷中，需要結(jié)合上述兩種理論模型，構(gòu)建全新的理論模型以分析不同的失火故障類型。想要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷，首先要明確發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氣缸做功的本質(zhì)是氣缸內(nèi)部燃料燃料燃燒釋放化學(xué)能，通過這些化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。建立氣缸內(nèi)部壓力的數(shù)學(xué)模型：

通過對(duì)于氣缸壓力模型的分析，獲得氣缸內(nèi)部壓力變化信息，以此進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)失火判斷。同時(shí)還可以結(jié)合上文所提到的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行深度的運(yùn)算和學(xué)習(xí)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，更好的進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷。在模型診斷中，滑模觀測(cè)器是重要的診斷工具。在具體的診斷中，需要結(jié)合曲軸轉(zhuǎn)速、氣缸扭矩等因素，運(yùn)用滑?？刂评碚?，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的滑模觀測(cè)器。這樣設(shè)計(jì)的滑模觀測(cè)器，可以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的失火故障。目前運(yùn)用滑模監(jiān)測(cè)器進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的失火故障診斷還很困難。模型化的診斷方法可以比數(shù)據(jù)方法更加精準(zhǔn)的進(jìn)行失火診斷，同時(shí)對(duì)于模型化的參數(shù)，也有利于更好的進(jìn)行失火原因的分析。模型相比于數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)很明顯，同樣的它也有著不如數(shù)據(jù)的劣勢(shì)的一面，基于模型的發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于數(shù)據(jù)。由此，產(chǎn)生了新的診斷分類，綜合數(shù)據(jù)與模型的診斷方法。

2.3綜合的發(fā)動(dòng)機(jī)失火故障診斷

綜合數(shù)據(jù)與模型的發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷，是結(jié)合了二者優(yōu)勢(shì)的一種失火診斷方法。在實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷中，我們無法單純的僅憑一種方法就能準(zhǔn)確的進(jìn)行診斷，基于數(shù)據(jù)與模型結(jié)合的診斷方法，可以更好的實(shí)現(xiàn)失火故障的診斷。數(shù)據(jù)的收集可以進(jìn)行失火故障診斷，同時(shí)還為模型的建立提供參數(shù)。建立失火診斷數(shù)據(jù)模型，通過對(duì)模型的參數(shù)分析，也能更好地檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。無論是RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，還是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)的輸入都可以更好地完善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使其更好地進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和運(yùn)算。這種方法極大的提高了失火診斷的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了魯棒性，但是由于結(jié)合了數(shù)據(jù)與模型兩者的因素，也增加了診斷的工作量和復(fù)雜程度。

結(jié)語

失火故障診斷有著重要的意義，對(duì)于失火診斷方法的研究也從未停止，與其他學(xué)科的交叉也極大的豐富了發(fā)動(dòng)機(jī)失火診斷方法，這對(duì)失火診斷工作也起到了極大的推動(dòng)作用，不斷的提高失火診斷精度和效率，也是未來需要不斷研究的重點(diǎn)。

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