失火检测

失火检测方法及OBDII中应用方法理论

1失火检测方法

1994年加州制定的OBD-II法规将在加州并同时在美国其它州

引入。根据立法，轿车上所有导致–如果工作不正确，尾气排放升高的零部件，都必须通过ECU在线监测。

此外，对发动机失火，不仅排放水平升高而且导致转换器损坏的失火要求探测到，对1994年型起的车辆，失火应该在一个限制的扭矩和转速范围内探测，从1997年型车开始，在所有发动机转速和正发动机扭矩条件下有效，并且失火的汽缸应被识别。

综合国内外情况, 失火的检测方法主要有如下6 种: 缸内压力法、曲轴转速波动法、单缸断火法、点火电压波形法、EGO 传感器法和离子检测法。

1.1 缸内压力法

由于发动机气缸内压力随着燃烧速率的不同而变化, 在高速、大负荷条件下, 失火时的气缸压力与正常燃烧时的气缸压力有很大的差异;而在低速、小负荷时,这种差异可能就不明显。因而,不能直接应用气缸压力差异判断失火。这就需要通过对气缸压力数据的测量分析, 找出真正能反映可燃混合气在气缸内的燃烧质量、判断气缸有无失火的途径。应用IMEP 就可以达到这个目的。通过测量气缸内的气体压力计算出IMEP , 并与正常燃烧时的IMEP 或直接与其他气缸的IMEP 比较, 判断该气缸是否正常燃烧,有无失火。尽管这种方法是最准确的失火检测方法, 但因压力传感器等检测仪器价格较高、安装不方便,而且发动机各种工况下正常工作时的IMEP 数据不容易得到,该方法在实际就车诊断中受到限制。

1.2 点火电压波形法

随着燃烧条件(混合气成分、压力、温度等) 不同, 火花塞放电电压的波形有很大差异。通过对不同燃烧条件下火花塞电压波形的对比分析发现, 完全不能燃烧时,火花塞击穿电压比正常值高20 %～50 % , 火花持续时间却短20 %～30 % , 火花后期电压比正常燃烧时高2 倍～5 倍。这种

方法的特点是仪器安装简便, 适应性强。但由于火花塞电压波形除与燃烧条件有关外，还受火花塞间隙大小、火花塞绝缘性能等影响,因此检测的准确性不高。这种方法在我国应用较广, 但主要局限于检测点火系的工作情况, 根据电压波形分析点火系各零部件工作是否正常。

1.3 EGO 传感器法

在采用三元催化转换器的汽车上,为了最大限度降低排放,空燃比应

控制在理想空燃比附近。因为三元催化转换器只有在理想空燃比附近很小范围内才能对CO 、HC 的氧化和NO x 的还原同时进行,实现CO2、H2O、N2、O2的转化。为此,在排气管上安装了EGO 传感器,以检测废气中氧气浓度、反映空燃比的高低,从而通过微电脑实现空燃比的闭环控制,为各气缸提

供精确的喷油量和准确的喷油时刻。但由于EGO 传感器有非线性的开关特性,它只能识别空燃比过大还是过小, 即混合气过稀还是过浓,不能提供

实际空燃比的精确值。EGO传感器在混合气偏浓时输出高电压(约1 V);在混合气偏稀时输出低电压(约011 V)。当点火系工作不良导致失火时, 即使混合气偏浓, EGO 传感器输出电压也不升高,而是降到最低值附近。因此,通过检测EGO传感器输出电压,可以诊断失火故障。由于EGO传感器输出电压对空燃比变化反应非常敏感,使这种方法不太可靠。

1.4 单缸断火法

这种方法又叫做“单缸动力性检查”,首先使发动机在某一工况下稳定运行,用短路或断路的方法使某气缸火花塞不跳火,人为造成该气缸完

全失火(又叫“人工断火”),通过考察人工断火前后发动机转速变化情况,判断该气缸原来工作是否正常,即有无失火。某气缸人工断火前后发动机转速的差值叫做该气缸的“单缸转速降”。单缸转速降越大, 说明该缸原来工作越好; 反之,单缸转速降越小,说明该缸原来工作越差,失火率越高,如果一个缸的单缸转速降约为零,表明该缸完全失火。由于操作方便,诊断准确性较高,这种方法在我国汽车维修业中应用十分广泛,但对其缺点应

给予足够重视。人工断火后容易引起被检气缸火花塞污损,甚至“淹死”,导致被检气缸在检测结束后部分失火或完全失火。另外,采用拔掉高压线等使高压回路断路的方法进行单缸断火时,引起次级电压升高,次级电压

最大值达到正常工作时火花塞击穿电压的2倍以上,这对汽车上的电子设

备十分有害。

1.5 离子电流法

离子电流法以发动机的火花塞作为传感器, 通过外加一个比点火电压低得多的偏置电压, 利用火花塞点火时, 发动机缸内可燃混合气在燃烧过程中生成的离子和自由电子在偏置电压的作用下离子和自由电子发生平移, 由此在火花塞正负极之间形成持续的离子电流, 从而可对发动机的运行参数进行检测, 实现对发动机运行状态的实时监控。其原理如图1 所示。

在发动机工作时,点火线圈将点火能量传入火花塞,并使缸内可燃混合气燃烧,燃油与氧发生剧烈复杂的燃烧化学反应。

燃烧过程中的基本反应式如下：

图1 离子电流法原理简图

C m H n+ (m + n/4)O 2—→m CO 2+ n/2H2O (1)

典型的化学反应为：

CH+ O —→CHO + + e- (2)

CHO + H

2O —→H

3

O + CO + e- (3)

CH+ C

2H

2

—→C

3

H

3

+ e- (4)

燃烧过程中还将产生诸如CH+

3 , CH

3

O +, C

3

H

3

+,H

3

O + ,NO +等离子。另外, 离

子衰减重组反应为：

H 3O + e-α—→H

2

O + H (5)

式中: α= f (1/T exp15),T为温度。

由反应式可以看出,在生成离子的同时也生成了大量的电子。这些离子和自由电子存在于火焰区及已燃区中,在整个缸内火焰燃烧过程中离子和自由电子的浓度随着火焰燃烧过程的变化而不断化。将被检气缸离子电流的变化规律与气缸正常工作时的离子电流变化规律对比,以判断相应气缸是否失火,这就是离子检测法的基本原理。

这种方法不但可以检测汽油机失火,而且可以控制爆震、检测配气相位,在将来甚至可以提供空燃比信息。有关这种方法的准确性,尚需要进一