发动机故障诊断的传统研究方法

2 发动机故障诊断的传统研究方法
经过各国专家、学者以及广大工程技术人员40多年来的共同努力，机械故障诊断学无论是在广度还是在深度方面都得到了较大的发展，新的理论不断产生，诊断技术手段也不断完善，机械故障诊断学日趋科学化、实用化，目前，已基本形成了以振动诊断技术、油液分析技术、温度监测技术以及无损探伤技术等为主要技术手段的局面，几种技术各具特点。

2.1振动诊断技术
振动分析法是通过测取发动机工作过程中缸盖或缸体的振动信号，提取故障特征并对其进行分析处理，从而判断发动机的隐含故障。

目前，研究的重点是通过缸盖或缸体振动信号，提取故障特征，对其工作过程和磨损状况进行诊断。

通过对缸盖或缸体振动信号进行各种分析处理，如传统的谱分析、倒频谱分析、时序模型分析以及时频分析等，可以分离出故障特征。

通过建立缸盖振动信号和缸内压力之间关系的模型，可从缸盖振动信号中重构出缸内压力，进而对缸内燃烧状况进行诊断。

这种方法由于具有理论基础雄厚、分析测试设备完备、诊断结果准确可靠、便于实时诊断等诸多优点，因此具有诊断速度快、准确率高、诊断部位准确等特点，但受到环境、温度等外部条件的影响和传感器的安装位置的影响。

2.2油液分析技术
油液分析法是从发动机中抽取润滑油样，用旋转铁谱仪制取铁谱片，通过铁谱片上包含的磨粒信息去判断发动机的磨损状态，这种方法的优点是信息集成度高，即在机械设备故障诊断时，只要是油液所流过的部位其磨损故障一般都可通过对该处的油液进行取样分析诊断出来；缺点是仪器费用高、检测周期长、难以普及。

2.3温度监测技术
正如人的体温可用于其健康检查，温度参数也常用于设备的故障诊断。

其中，接触式测温多用于需要连续监测或不可观察的部位，如轴承的温度监测；非接触
式测温则多
用于危险部位或不易接近的部位，如高压电器接点的温度监测。

温度监测的显著特点是诊断过程简单，诊断结果一目了然，特别是红外摄像仪的出现，使得对物体温度场的测量更加直观形象。

但局限于物体温度场中的热故障。

2.4无损检测技术
所谓无损检测或无损探伤，就是利用物质的某一物理性质因存在缺陷而发生变化的特点，在不破坏被检对象的前提下，对其进行检测，以探测其中是否有缺陷存在的一门综合性诊断技术。

其显著特点是在于其无损性。

无损探伤是五六十年代在发达工业国家首先发展起来的，目前，主要包括射线探伤、超声探伤、磁力探伤和渗透探伤等。

无损探伤技术对于改进产品制造工艺、降低制造成本、提高设备的运行可靠性等具有重要意义，是一门很有发展的学科。

但无损检测技术对工作人员的技术要求较高，设备昂贵，不利于大范围的推广应用。

当然，科技在不断发展，更新、更有前途的技术手段正不断出现。

由于发动机的故障诊断中伴随着振动信号不平稳，激励源复杂多样，发动机内部结构复杂，故障种类繁多等特点，结合以上各种故障诊断方法的优缺点，我们基于诊断速度快、准确率高、诊断部位敏感等原则。

2.5诊断分析
在正常工作过程中，发动机故障发生的过程就是其技术状况变化的过程，这种变化必然会通过发动机的性能参数反映出来，有丰富经验的技术人员根据这些参数的变化情况可以判别出发动机技术状况的好坏、诊断出发动机的故障。

但是在实际中使用人员的经验是参差不齐的，这就给发动机技术状况的判断增加了随意性和盲目性，从而使发动机故障诊断和视情修理因缺少可靠的依据而不被人们接受。

因此，检测与诊断系统的基本任务就是实现发动机运行工况参数的自动采集和显示、发动机综合性能的评价以及发动机在线检测与离线诊断相结合的检测与诊断方法，达到提高发动机检测与诊断的准确性、工作效率以及减轻对技术人员要求的目的[351。

基于上述情况，经过原理设计、硬件的选型、数据采集和显示的实现、软件平台的开发以及抗干扰设计等，参与研制了桑塔纳2000发动机检测与诊断台架系统。

该发动机检测与诊断台架系统具有以下三大特点：
2.5.1具有动态的测试功能
系统的信号采集模块能迅速、准确地捕获发动机运转过程中各主要参数随时间变化的函数曲线，这些动态参数是对发动机工作性能和技术状况进行准确判断的科学依据；
2.5.2具有普遍性和通用性
由于系统的测试、分析过程不依据被测发动机EUC中的数据，只针对发动机的基本结构和工作原理的实际情况进行测试，因此它的检测结果具有良好的普遍性，其检测方法同样也具有广泛的通用性；
3)具有智能诊断功能。

系统的故障诊断专家系统模块能实现发动机在线检测与离线诊断的很好结合，从而使发动机的故障诊断和维修效率得到大大提高。

2.6汽车发动机检测与诊断系统的组成原理
用系统工程的观点，发动机检测与诊断系统可分为信号获取部分、信号处理部分、故障诊断与人机接口部分以及激励装置。

2.6.1信号获取部分
信号获取部分的任务是拾取发动机被测点的参数值，得到所关注的有用信息。

对于电量参数可以通过直接接触或感应获得，而对于非电量参数则需要先经过传感器将非电量信号转变成电量信号。

传感器作为获取信息的主要工具和手段，在检测与诊断系统中占有极为重要的地位，它能把特定的被测量信号(包括物理量、化学量等)按一定规律转换成便于运算、传输、储存和进一步处理的电量信号。

由于被测点参数性质的多样性，所以信号获取装置必须具有多种形式以适应不同的测试要求。

2.6.2信号处理部分
信号处理部分的主要作用是对获得的信号进行预处理，即进行衰减、滤波、放大、整汽车柴油发动机的典型故障形、运算和数字化等处理，将采集的信号转换成标准数字信号后送入计算机。

信号处理部分是检测系统的中心部分，应该在对检测目的、检测对象进行了充分的研究之后再确定具体方案，有时还需要对加工处理后的信息做出初步判断，及时修改处理的方法和参数。

2.6.3故障诊断与人机接口部分
人机接口部分即信号诊断与记录显示部分，是将处理后的信号通过系统诊断，并将判断结果显示出来。

记录和显示的方式一般有模拟和数字两种，前者是记录
一条或一组曲线，后者是记录数字或代码。

但要从记录的信号中找出反映被测对象的本质规律，还必须通过模糊神经网络等算法对信号进行诊断分析和模式识别，如信号强度分析、信号相关性分析等，将提取的有用信号与系统知识库等比较，从而得出正确结果。