摘要：随着我国国民可支配收入的显著提升，汽车保有量在逐年增长，而汽车发动机作为汽车行驶的动力来源，在使用过程中难免会出现不同程度的机械故障。由于汽车发动机结构相对复杂，零部件数量较多，采用传统的人工检测排查技术或仪器设备诊断法难以保障机械故障检测的精确性和全面性。在这样的背景下，本文提出了一种用于汽车发动机机械故障的非接触式检测技术，能够通过电信号等异常信号特征来进行发动机机械故障的检测，对汽车发动机检测技术创新具有一定的理论指导价值。
关键词：汽车发动机；机械故障；非接触式检测技术
引言
当前，汽车行业的飞速发展，加速了汽车使用量的快速增长，而汽车发动机作为汽车的“心脏”，是汽车安全运行的动力源，其质量控制至关重要，但由于汽车发动机结构构成复杂，涉及成千上万个零部件，且其是往复运动与旋转运动相结合的机械类型，加之运行环境的差异，其故障发生不可避免，而传统的以人工经验庭阵法及仪器设备辅助诊断法为主的故障检测方式，受人主观影响较大，误差率较高，基于此，本文引入了一种非接触式检测技术，通过对异常信号特征的提取来诊断发动机的故障，以此为汽车发动机诊断创新提供一定的理论参考。
1、非接触式发动机机械故障检测技术概述
非接触式发动机机械故障检测技术是一种具有较高自动化和智能化水平，且相比传统检测技术更加简便且精度更高的机械故障诊断方法。传统的人工检测技术更多凭借修理技师的经验进行检测，通过敲击反馈发动机器械零部件的音色和声调变化来判断发动机故障情况和故障位置，但这种过于依赖人工的检测技术有很大的不确定性，且检测效率和质量都比较有限，因此亟待通过技术升级来解决传统故障检测技术的缺陷。本文所引荐的非接触式发动机机械故障检测技术在传统人工检测技术的基础上进行量化改进，通过设备上捕捉的声信号传感器来进行汽车发动机故障的诊断。近年来随着电子技术和信息技术的发展，自动化和智能化技术开始渗透至各个生产领域，在汽车产业中，自动化技术应用至汽车生产与维修已经成为一种不可逆的趋势，由于传统的人工检测技术已经难以满足汽车产业发展的需求，因此建立在自动化技术基础上的非接触式发动机机械故障检测技术应运而生。该技术基于光学和升学原理，能够在不接触发动机机体的前提下对发动机进行动态或静态的检测。
2、非接触式检测技术的应用设计
为了提升汽车发动机故障检测的效率、简化流程、提升准确率，本文以模块汽车四冲程发动机的异响声信号的采集、分析和处理为例，结合测试环境要求分析声信号采集传感器的布置方式，实现了测试系统设计，具体情况如下介绍：首先，检测的汽车发动机工作状态。本文选用的是雪佛兰科鲁兹1.6LLDE的四冲程汽车发动机，从当前实践维修检测数据分析来看，发动机异响问题是汽车故障中的最常见问题，为此，人为设置了发动机三类机械异响类型及无故障声信号，结合实践对发动机异响进行分类。另外，检测环境要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为从源头控制汽车发动机质量，本文检测环境为生产线，为此声信号采集中受气阀动作声、电流干扰声及其他设备运行声干扰，若传声器采集距离较远则获取的为混响声，增加了后续分析工作量，而布置较近则采集的为直达声，检测精准度较高，为此，检测中采用“近场测量法”，传声器与发动机表面距离较近，为20mm，由此便可提取发动机的直达噪声信号，并削减发动机反射声信号的干扰。最后，声信号采集传感器布置。检测采用的是加速度传感器，以发动机声信号来采集故障异响数据，为确保所采集声信号的高信噪比、稳定性及清晰度，要尽可能与发动机保持近距离，以反映其工作状态，但又不能影响其正常工作性。
3、发动机机械故障的诊断
发动机出现异常响音的原因是因为运动状态值比正常标准值高，以此就会出现异常的冲击。那么各种运动配合异常的主要原因包括：构件长期的运行，从而导致表面因为长期的摩擦而受到磨损；零部件的质量问题，从而导致表面出现较大的磨损。润滑系或者冷却系无法正常地工作，从而导致摩擦表面无法形成油膜，因此导致出现拉伤。运动配合副异常的最终结果就是其间隙比正常值要高，根据此特点，在实现实际故障人工模拟的过程中，要设置间隙的值，虽然和实际故障有一定的差别，但是还是能够利用实验实现构件故障特点的捕捉。在实现故障设置的过程中，一般都是要求将其他机构进行拆卸，理论上来说不会对其他的机件情况进行改变，但是在实际拆装过程中会出现 一系列的变化。那么在进行拆装的过程中要小心，尽量不对其他零部件技术情况进行改变。
4、声信号结果分析
4.1油底壳异常
两台油底壳异常声音发动机滤波前后的时域和细节系数的对比，发动机油底壳异常响动的特点并不显著，所以在和正常发动机分辨的时候并不容易。但是，在通过非接触式检测之后，可以看出来，第三、第四、第五的尺度信号具有明显的变化，声信号在此处具有明显的周期性特点，从这两种现象中可以看出来，发动机油底壳的异常声信号在被检测滤波之后，能够提高自身周期性特点。所以，小波滤波能够提高油底壳声信号的特点，在其中的每个尺度中都具有数据，从而表示和正常发动机相比，油底壳具有异常声响，并且声音较多。
4.2气门挺柱异常
气门挺柱的异常一般都具有轻脆的哒哒声音，发声的部位为凸轮轴的一侧，在发动机怠速运转过程中响声更加明显，在中速以上就会消失或者减弱。其主要原因是因为挺杆或者导孔的圆度偏差比较大，并且因为挺柱球面出现变形，从而导致挺柱在导孔中的转动不灵活。气门挺柱异常的发动机，可以看出来，发动机在小波滤波前后发动机气门挺柱异常的发动机和正常发动机具有明显的区别，与其他异常发动机并不同，通过其收集的声信号在时域图中能够利用视觉了解周期特点，而且在小波之后信号周期性并没有受到一定的影响，
4.3前部异常
通过前部异常发动机的检测结果，可以看出来，此发动机的时域信号较为稳定，而且并没有显著特点，信号在小波变换中具有相应的波动，并不是完全属于定值。并且在细节系数第三尺度中，声信号具有较为显著的周期性脉冲特点。因为小波变换实际上就是某个小波函数在不同尺度中和需要处理信号的卷积，尺度就是滤波器带通范围。所以，在前部异常发动机声信号细节系数尺度中具有周期性的波动，那么就表示此时域信号自身周期性成分在提高。
结论
简而言之，传统汽车发动机故障检测方法过分关注精准性，但是操作步骤复杂、智能化低、且耗时、耗资大，对于人工依赖程度较高。而非接触式测量方法不需接触被测物体，对物体影响小，同时也避免过于被待测物体限制，适应复杂环境能力强，尤其对高温、高速、大变形、破坏等工况研究有常规测量无法比拟的优势，因而在当今汽车工程的研究工作中，越来越多的被应用。本文提出的非接触式检测技术，其通过安装声信号采集传感器来采集发动机异响，并明确了测试位置选择、硬件配置及测试过程等内容，克服了传统检测方法的弊端，实现了汽车发动机故障诊断的高精准、自动化发展，为其诊断方法的创新发展提供了新思路。
参考文献
[1]肖健.汽车发动机机械故障非接触式检测技术研究[J].内燃机与配件，2018，18（13）：152-153.
论文作者:周超
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：发动机论文; 故障论文; 信号论文; 异常论文; 检测技术论文; 汽车发动机论文; 机械论文; 《防护工程》2018年第36期论文;