内燃机诊断方法综述

内燃机诊断方法综述公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]

内燃机诊断方法综述

李聪

机0801-1班

【摘要】：内燃机是生产的主要动力之一，然而，它又是一种复杂的往复式机械，状态监测和故障诊断十分困难，而且又十分重要，掌握有效的故障诊断方法和处理技巧，缩短维修时间，利于提高机械设备的完好率和使用率。本文从监测信号 (参数 )、信号特征提取方法、信息融合识别方法等方面对内燃机目前的状态监测与故障诊断进行了综述。分析了故障诊断的基本工作方法，可供参考。

【关键词】：内燃机诊断技术发展主要技术诊断方法

1.内容提要

众所周知，内燃机是一种往复式动力机械，由于结构复杂，运动部件多，是内燃机故障诊断十分困难。随着现代科学技术的发展以及自动化程度的提高，内燃机故障诊断技术已从最开始的事后维修发展到定时检测，再到现在的故障诊断技术的事情维修，和其它类型的机械故障诊断一样，内燃机故障诊断首先必须对故障机理进行研究，并对故障信号的检测及处理为基础技术，以故障信号处理和特征提取理论为基本理论，以基于特征的故障信息融合识别为基本方法。

2.内燃机故障诊断的发展及主要技术

国外内燃机诊断技术，主要是从发达的工业化国家开始的。20世纪60年代和70年代初汽车诊断受到西方普遍重视，其原因是:

a.诊断内容复杂化。不仅在于出现在汽车上的新装置大量增加，还表现为这些装置本身的复杂化，从而使以依赖于人的经验和感觉来进行的诊断，不可避免地出现失误，或者即使诊断正确，也需花费过多的时间；

b.缺乏熟练的维修人员。随着汽车保有量的急剧增加，使熟练维修人员相对短缺，而新手常对汽车故障部位判断不准，造成修理质量下降；

c.各国新法规的颁布，使得对汽车的安全、污染等检查项目越来越严格，从而对诊断检测故障提出了更精确、更可靠的要求。

故障诊断系统有两种：一种是车内诊断。诊断系统装在车上，对车内进行诊断的车内仪表盘自诊断系统；另一种是车外诊断。诊断功能装置需要从车外进行测定的车外仪器诊断系统。

在这一时期，首先出现的是一些专用的检测仪器，如发动机正时提前测试仪、断电器触点闭合角测定仪等。这些仪器和装置主要对发动机进行测试与检验，难以直接给出故障原因, 它们仅仅是故障诊断的辅助工具，而真正的故障判断仍凭借机理分析和经验由人来完成。进入 20 世纪 80 年代以来，车内诊断占主导地位的局面开始被打破。车外诊断系统又有了重大发展，如1986 年通用汽车公司推出的CAM S系统和福特汽车公司的修理厂诊断系统SBDS 等。CAM S是一个具有较高水平的诊断系统，它可以从随车系统上接收数据，用自身存贮的故障诊断程序进行自动诊断。CAM S还具有提供维修说明、技术资料目录检索、汽车各项参数及技术条件等咨询功能。

近几年来，汽车诊断技术一方面发展功能齐全的车内诊断装置，另一方面，车外诊断系统，特别是诊断专家系统受到广泛重视，有关诊断理论与系统

有了很大的发展。但是，在已开发的诊断系统的成功背后，也出现了困难，这主要来自于传统诊断理论的限制以及对不同车辆深层次诊断知识缺乏研究和有效的获取。

另外，在各国纷纷对各诊断装置换代的同时，许多学者还对各种车辆状态参数检测方法与各种测试技术在故障诊断中的应用进行了广泛深入的研究，如穆尔的动能测量内燃机性能的诊断学，里兹尼建立了内燃机的动力模型，迪琼利用振动信号进行发动机监控，绍伯用于测量气门机构磨损的实时放射性标记技术，比安齐对发动机压力信号的波形分析，列恩对柴油机故障信号的回收，埃尔对内燃机气缸内径磨损的表征和模拟，张对柴油机油污染监测的试验，比塞利用化学发光对内燃机的诊断研究，拉里斯特伍德利用机油压力预测发动机失效，迪米特鲁对柴油机燃油点火延时测量的研究等。

3.内燃机的故障诊断方法

状态监测和故障诊断是相辅相成，密不可分的。目前，内燃机状态监测和故障诊断中的检测信号如下。

振动信号

内燃机转动时产生振动是不可避免的，这是由其工作特点和工作性质决定的，所以，在内燃机状态监测和故障诊断中，振动信号是反映其内在关系极其有效的敏感参数。近几年，应用振动信号，提取内燃机故障特征的研究已经取得了较大进展，研究内容包括：（1）从机身表面或者缸套的振动信号中，提取不同的活塞-缸套间隙下的频率特征，以此判断活塞-缸套系统的磨损状态；（2）从缸盖表面的振动信号中，提取气门漏气故障的频域特征，据此判断气门

的工作情况；（3）从喷油器和高压油泵上的振动信号中，提取反应喷油过程各种参数的频域特征，据此判断柴油机燃油系统的工作状态。

尽管，在利用振动信号进行内燃机状态监测和故障诊断方面，做了很多的研究工作，取得了显着的进步，但振动用于实时监测内燃机工况尚没有全面推广，仅仅在个别机型上做了一些有益的尝试。其困难主要有：

（1）内燃机的结构，运动状态均很复杂，信号众多，而共性归纳不够，，所以适应于某台，某型号的内燃机信号的分析方法，对另一型号的内燃机未必可行；

（2）内燃机振动源多，传动路径复杂，系统故障既有“纵向性”，又有“横向型”，这一特征带来了内燃机这一复杂系统中多个故障并存的现实，多故障的同时诊断导致对故障能否准确诊断这一十分困难的诊断问题。

转速波动信号

内燃机曲轴的瞬时转速信号能反映机器的工作状态，通过对瞬时转速波动信号的分析可以得到机器运行状态和相关故障的丰富信息。正常工况下，各缸的动力性能基本一致，内燃机运转平稳各缸瞬时转动速度波动虽有误差，但总在一个不大的范围内，并呈现某种规律性，但当某个汽缸工作不正常时，动力的一致性受到破坏，内燃机运转平稳性变差，转速波动信号会产生严重变形，据此可以去判断汽缸内工作过程的好坏。

目前，研究主要集中于利用转速波动信号诊断内燃机失火故障，供油减少故障和活塞环极限磨损故障。

但是，利用转速诊断内燃机故障还存在一些不足之处：（1）虽然能够确定