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基于排气气流动态特性的发动机故障诊断研究

丁哲  
【摘要】: 发动机是汽车的心脏,其工作状态的正常与否直接影响到整车性能。在发动机不解体的情况下,及时准确地对发动机当前的运行状况做出判断,并给出相应的调整意见,将显著提高汽车使用的安全性、可靠性和经济性。因此,研究车载发动机故障诊断技术具有非常重要的价值。 本文从发动机排气气流产生和传播的理论分析入手,研究发动机运行状况与排气气流动态特性的关系,提出基于排气噪声VQ(矢量量化)分析的发动机故障诊断系统设计方案和以排气压力波为测试手段的发动机失火检测方法。本文主要研究以下几个方面: (1)通过研究发动机的工作原理及排气系统特性,从理论分析和模拟实验两方面证明:发动机工况的改变会引起排气气流动态特性的变化,而排气压力波是发动机周期性排放废气形成,压力波直接或间接引振空气介质向外传播则形成排气噪声。因此,排气压力波和排气噪声均可作为发动机状态检测、故障诊断的信号源。 (2)利用GT-POWER软件建立一个三缸四行程的汽油发动机模型,仿真分析排气压力波性能,研究排气系统内压力波与发动机工况之间的关系。 (3)首次提出基于排气噪声VQ分析的发动机故障诊断方法:提取排气噪声信号的MFCC(Mel倒谱系数)作为VQ算法中的信号源特征参数矢量序列,运用VQ分析噪声,辨识不同工况下发动机排气噪声的差异,进而诊断发动机故障。 (4)提出基于排气噪声的发动机故障诊断系统的总体方案,利用PC声卡配合Lab-VIEW采集排气噪声信号,突破了采用数据采集板对数据进行采集和处理的传统方法;在分析排气噪声特性的基础上选择最佳测点,为实验创造良好的基础;最后利用LaVIEW建立排气噪声信号采集平台。 (5)提出基于排气压力波的发动机失火检测方案,为将其用于更为全面的故障诊断打好技术基础。完成排气压力波信号的实验采集,提出一种失火检测的新方法,以一个发动机周期内三对波峰波谷的峰峰值作为特征参数,对其进行监测,判断失火故障,实验结果表明该方法准确、直观、便捷。


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