２０１ １年４月 农机化研究 第４期 发动机动力不足故障诊断方法研究 周平，杨浩泉 ２０１２０９） （上海第二工业大学机电工程学院，上海摘要：动力不足是发动机常见故障之一，故障原因繁杂是发动机故障诊断的难点。基于混合气浓度及点火提 前角控制的试验研究阐述了发动机动力不足的４方面原因，给出了故障状态下混合气特征值和点火提前角的变 化规律，比较全面地总结了可能发生故障的部位，并给出了故障诊断流程。 关键词：发动机；动力不足；故障诊断；诊断流程 中图分类号：ＴＫ４０７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１１）０４—０２３２—０３ ０ 引言 燃料系统 发动机动力不足 点火系统 混合气控制 排气 配气正时 气缸压力 发动机产生动力不足故障的原因是多方面的，既 有常规的发动机燃料供给系统、气缸密封等方面原 进气 喷油 废 负 濡 排 止 可 气 气 活 节 空 油 喷 雾 气 因，又有发动机电子控制系统故障，甚至可能是与发 动机无关的传动系统、行驶系统和制动系统故障所 致，因此动力不足是发动机故障诊断的难点之一。在 进行故障诊断时，首先要求能够基于原理，全面分析 可能导致故障的因素；然后，按照诊断操作由简到繁 的顺序，设计出故障诊断流程。这样既能将所有可能 的故障原因都包含在流程中，又能够以最小的人力物 气 气 压 油 化 缸 火 气 衙 度 时 变 ｊ¨ 缸 塞 ｆ Ｊ 滤 过 器 不 再 传 传 受 失 配 脏 垫 环 清 低 堵 良 缺 正 循 感 感 阻 准 气 污 泄 老 能 器 伞 堵 塞 火 时 环 器 器 或 弱 正 或 漏 化 时 变 阀 故 故 度 过 大 开 塞 火 当 开 障 障 装 形 置 故 障 图１故障原因分类 １．１ 混合气总量不足 力消耗、以最快的速度查找出故障点¨－４］。 汽车动力不足的故障现象是：空载时踩下油门踏 板，发动机转速可以较快地升高，反应灵敏；但当带负 荷运行时，踩下加速踏板，发动机转速上升迟缓，踏板 踩到底时，车辆不能达到最高车速 。 １．１．１ 进气受阻 即节气门由于机械故障不能全开或者空气滤清器 脏污堵塞，导致进气不畅。 １．１．２排气受阻 三元催化转换器由于积碳、污物沉积而堵塞，发 动机排气一侧背压过大，使得进气一侧吸力不足，发 １ 故障原因分析 导致发动机动力不足的直接原因表现为４方面： 一动机进气量受到影响。 １．１．３配气正时失准 是进入气缸的混合气总量不足；二是混合气浓度达 配气正时的目的就是以适当的气门开闭时刻来达 到增大进气量的效果。原厂设计的配气正时可以最 大限度地提高发动机的进气量。在维修操作时，配气 正时机构的同步皮带轮正时记号没有对准，使得进排 不到要求；三是点火不良，混合气不能被可靠点燃；四 是发动机气缸内部密封不严，缸内压力过低，使混合 气不能被点燃，或者点燃后缸内压力不足，使发动机 做功无力。 气门开闭时刻偏离了设计要求，从而导致发动机进气 不足。 分别从这４方面问题人手，基于发动机的工作原 理，找出导致每一方面问题的诸多原因（见图１所 示），就可以全面、快速地查找到具体的故障部位。 收稿日期：２０１０—０７—０４ 在装有可变配气正时装置的发动机中，当发动机 转速升高时，该装置可以增大进气门的迟闭角，以充 分利用高速时气流强大的惯性，达到更多进气的目 的；在发动机低速时，气流惯性小，可变配气正时装置 会减小进气门的迟闭角，防止进人气缸的可燃混合气 基金项目：上海市教委科研项目（０６ＲＺ００５） 作者简介：周平（１９６４一），男，江西广丰人，副教授，硕士，（Ｅ—ｍａｉｌ） ｚｈｏｕｐｉｎｇ＠ｍｅｅｆ．ｓｓｐｕ．（３１＇１。 被重新推出缸外。如果可变配气正时装置出现故障， ・２３２・ ２０１ １年４月 农机化研究 第４期 发动机得到了相反的控制结果，将会使发动机高速和 低速时的进气量都受到极大的影响 １．２混合气浓度不符合要求 混合气总量及浓度的影响。这一控制过程有５个特征 。 值，即氧传感器信号电压、每转喷油时间、循环喷油时 间、进气量和Ａ控制值。这些数据可以通过故障诊断 仪在发动机数据流中实时地读出，通过对这５项数据 的综合分析，可以准确地判明发动机燃料供给系统的 许多故障。 表１列出了桑塔纳ＧＳＩ发动机燃料供给系统不同 在混合气总量满足要求的情况下，如果混合气浓 度不达标，也会导致发动机动力不足。此时一般表现 为混合气浓度过稀，可能有以下几个原因。 １．２．１供油系统故障 由于燃油泵输出压力不足、燃油滤清器堵塞、油 故障时各数据项变化的实验结果，可归纳为下面几种 情况。 表１ 不同故障时混合气特征值的试验结果 压调节器回油量过大等原因导致的油压过低，或者由 于喷油器堵塞导致的喷油不畅，都会引起喷油量不 足，从而使混合气过稀。 喷油器雾化不良导致燃油不能充分挥发，虽然喷 油量没有减少，但有效蒸发量减少，同样会导致混合 气过稀。 １．２．２电控系统故障 负荷传感器具体指空气流量计、进气压力传感器 和节气门位置传感器。如果这些传感器信号失准，输 出的进气量小于实际值，会导致发动机控制单元输出 的喷油量过小，使混合气过稀。在输出信号没有达到 系统设定的不合理界限时，系统不会产生故障码，因 此需结合数据流中的“混合气控制自适应值”来进行 分析。 温度传感器信号是控制混合气浓度的另一个重要 依据。当水温过低时，电控单元控制增加喷油量，以 适应低温下汽油不易挥发的情况。当进气温度降低 １）喷油器流量小，需要通过增加实际喷油时间来 补偿。这类情况的特点是 ＞２Ｔ ，Ａ值为“＋”（序号 ２，６，８）。 时，由于空气密度增加，电控单元计算出的进气量也 会增加，进而控制增加喷油量。可见，温度传感器信 号失准对混合气浓度同样会带来很大影响¨ 。 值得注意的是，电控发动机都具有混合气浓度的 ２）喷油器流量大，需要通过减少实际喷油时间来 补偿。这类情况的特点是 ＜２Ｔ。，Ａ值为“一”（序号 ５，７）。 自学习功能，即当混合气浓度为非标准值时，通过一 段时间的自适应学习，发动机控制单元将通过调节喷 ３）空气流量信号不能反映真实进气量，分为两种 情况：一是空气流量计故障，其信号是虚假的（过大或 过小），由此计算出的每转喷油时问 同样错误，需要 靠“实际喷油时间”和“Ａ控制值”进行补偿（序号３和 序号４）；二是进气管漏真空，大量空气从泄露部位进 入，使流经空气流量计的空气量减少，由此计算出的每 转喷油时间 不能满足发动机的实际需要，需要通过 “实际喷油时间”和“Ａ控制值”做增量补偿（序号１）。 １．４点火不良 油量使混合气浓度回到标准值，但是这种自学习功能 需要在发动机稳定工况（一般为怠速工况）下才能实 现。汽车在正常运行时多处于变工况状态，由于没有 足够的自适应时间，使得自学习功能得不到充分发 挥，混合气浓度得不到修正，从而产生发动机动力不 足故障。 １．２．３废气再循环系统故障＿１ 废气再循环系统故障可能导致再循环阀开度过 大，进入气缸的废气量增加，使得混合气被废气过度 稀释。 即使燃料供给系统给发动机提供的混合气数量和 浓度都满足要求，如果点火系统工作不良，仍然会导 致发动机动力不足。点火不良包含下列两方面。 １．３混合气总量及浓度的特征值 发动机混合气浓度的闭环控制及空燃比自学习策 １．４．１气缸缺火或火弱 由于火花塞积碳、烧蚀或者点火线圈、高压线老 略，避免了发动机运行过程中各种随机及故障因素对 ・化等原因，使个别气缸点火过弱，甚至缺火，导致发动 ２３３・ ２０１ １年４月 农机化研究 第４期 机动力不足。这类问题通过常规的断缸检验法可以 则，设计出故障诊断流程，如图３所示。 判断。另外，在故障诊断仪的数据流功能中对各缸缺 首先，应排除行驶系统的轮毂轴承间隙不当、制 火故障有显示，有些车型还会显示缺火故障码。 动间隙过小或者牵引力控制系统在车辆正常行驶时 １．４．２点火正时不当 对车轮实施制动等可能性，确保行驶系统和制动系统 在故障诊断仪的发动机数据流显示功能中，对各 不发生运动阻滞情况；然后，通过道路试验对比发动 缸点火提前角都有显示。以桑塔纳２０００ＧＳＩ发动机为 机转速与车速，如果发动机转速明显偏高，而车速仍 研究对象进行试验，分别测量有爆震控制和没有爆震 然达不到正常值，说明传动系统有打滑故障＿５ Ｊ。 控制两种情况下点火提前角随转速变化的规律。 只有排除了上述可能性之后，才能将动力不足问 从试验结果（如图２所示）可以看出：当爆震传感 题归结到发动机。对于发动机，首先应尽可能采用先 器工作正常，点火提前角处于闭环控制时，数值为２０。 进的检测设备进行诊断，通过故障码和数据流进行分 ～３Ｏ。（曲线４）；当爆震传感器出现故障时，点火系统 析，从而尽量减少拆卸工作量；其次，才由简到繁对发 进入开环控制，此时点火提前角会大大减小，数值为 动机各部位进行检查，见图３所示。 １Ｏ。～２０。（曲线３）。点火提前角过小，会导致缸内高 压到来得比较晚，即活塞越过上止点后向下运动较大 Ｉ 排除行驶及制动系统阻滞可能性 Ｊ工 距离后气缸内才出现最高压力，此时混合气燃烧做功 Ｉ ｌ排除传动系统打滑可能性 的效果差，体现为发动机动力不足。 ＪＬ ｌ 渗断仪读取故障码 ｌ４Ｏ ｌ数据流分析 Ｕ 愠 ｌ检查节气门最大＿＿开度及滤请器阻塞 ２０ 《 Ｉ检查各缸缺火情况 Ｕ Ｉ检查 元催化转换器是否堵塞 Ｉｏ １ ０００ ２ ０００ ３ ０００ ４０００ ５ ０００ 上Ｌ 转速／ｒ・ｍｉｎ ｌ检查供油系统 １．爆震范围２．偏移量３．无爆震控制时 Ｊ ４．有爆震控制时５．最大扭矩时 ｌ ｌ检查配气正时 图２有爆震控制和无爆震控制时点火提前角 Ｊ工 １．５气缸压力不足 Ｉ检查气缸压力 ｌ这一问题涉及到与燃烧室密封相关的３个部位， 图３故障诊断流程 即气门脏污或变形导致的气门关不严、气缸垫泄漏以 ３ 结论 及活塞环老化导致燃烧室内混合气窜入曲轴箱。 气门脏污主要指的是进气门背后的积胶和排气门 导致发动机动力不足的原因很多，但都可归结为 背后的积碳，前者更为严重。如果有上述物质的较大 进入气缸的混合气总量不足、混合气浓度低、点火不 颗粒体脱落至气门与气门座之间，会导致气门关闭不 良以及发动机汽缸内部密封不严或缸内压力不足等４ 严。经验证明，１０ ｋｍ以上未采用过发动机免拆清洗 个方面。在进行故障诊断时，不必被繁杂的故障原因 剂的车辆由于有大量气门沉积物，不再适合采用发动 所困扰，只要从这４方面人手进行分析，就可以制定 机免拆清洗剂进行清洗，以免出现上述颗粒物脱落带 出既周密细致又操作简便的故障诊断流程。 来的问题。由于配气正时安装记号没有对准，导致活 参考文献： 塞与气门相撞，使气门变形，同样会出现气门关闭不 ［１］周兴利．电子油门故障自诊断策略及标定方法研究［Ｊ］． 车用发动机，２００６（２）：２９—３３． 严的问题。 ［２］ 马长林．柴油机润滑系统故障分析［Ｊ］．现代化农业， ２诊断流程设计 ２００６（７）：２７． ［３］ 李清明．汽车发动机故障分析祥解［Ｍ］．北京：机械工业 根据上述故障原因，遵循诊断操作由简到繁的原 出版社，２００７：１８９—１９６． （下转第２４５页） ２０１ １年４月 农机化研究 第４期 ［２］ 刘英．原料不确定性对沼气工程的影响及对策［Ｊ］．环境 ［６］ 寿亦丰．美国沼气产业发展现状与趋势［Ｊ］．新能源产 保护，２００９（１２）：７２—７３． 业，２００９（１）：２２—２４． ［３］ 邓良伟，陈子爱．欧洲沼气工程发展现状［Ｊ］．中国沼气， ［７］ 王淑宝，张国栋，曹曼．欧洲大型沼气工程技术国产化方 ２００７，２５（５）：２３—３１． 法探讨［Ｊ］．中国沼气，２００９，２７（２）：４２—４４． ［４］ 樊京春，赵勇强，秦世平．中国畜禽养殖场与轻工业沼气 ［８］ 胡启春，祝其丽，潘科．畜禽养殖场沼气工程产业发展探 技术指南［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９． 析［Ｊ］．现代农业科技，２００９（１７）：２５３—２５５． ［５］ 曾邦龙．我国沼气工程发展现状与建议［Ｊ］．中国沼气， ［９］ 江，对中国能源问题的思考［Ｊ］．上海交通大学学 １９９９．１７（２）：２１—２３． 报，２００８（３）：３４５—３５９． Ｔｈｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｐｒｏｂｌｅｍ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏｇａｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｚｈａｏ Ｌｉｎｇ，Ｌｉｕ Ｑｉｎｇｙｕ，Ｎｉｕ Ｗｅｉｓｈｅｎｇ，Ｈｕ Ｙａｎｑｉｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １ ０８６６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｉｏｇａｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ｏｒｇａｎｉｃ ｗａｓｔｅ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｃｌｅａｎ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｓ ｇａｓ，ｗｈｉｌｅ ｗａｓ ａｌｓｏ ａ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｗａｓｔｅｓ，ｂｉｏｍａｓｓ ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｕｔｉｌｉｚａ— ｔｉｏｎ，ａｎｄ ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｅｃｏ—ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｉｎｅ ｃｉｒｃｌｅ ｉｎ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂｉｏｇａｓ ｅｎ－ ｇｉｎｅｅ ｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔａｔｕｓ ｉｓ ｅｘｐａｔｉａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｅｑｕｉｐ— ｍｅｎｔ ａｎｄ ｂｉｏｇａｓ ｐｕｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｆａｃｅｄ ｉｎ ｂｉｏｇａｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ，ｐｕｔｔｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｌｖｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｉｏｇａｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ；ｐｒｏｂｌｅｍ （上接第２３４页） ［４］ 秦志斌．基于电子控制技术的多模式燃烧［Ｊ］．小型内 ［８］ 顾炉彬．新型延安载重车离合器制动器的正确使用与故 燃机与摩托车，２００５：３４（６）：３９—４１． 障排除［Ｊ］．重型汽车，２００４（１）：４２． ［５］卓斌．车用汽油机燃料喷射与电子控制［Ｍ］．北京：机械 ［９］ 李昕哲．离合器常见故障的判断与排除［Ｊ］．公路与汽 工业出版社，２００１：１３５—１４２． 运，２００３（４）：１３． ［６］周平．基于数据流的混合气控制故障诊断方法的研究 ［１０］ 黄鸿浩．巧排三菱车离合器助力器的空气［Ｊ］．建筑机 ［Ｊ］．小型内燃机与摩托车，２００９：３８（６）：７６—７９． 械，２０００（５）：５３． ［７］ 吴建明．离合器操纵系统的检查和调整［Ｊ］．汽车配件， 袁银南．小排量汽油机电控管理系统怠速稳定性研究 ２００５（７）：５０． ［Ｊ］．车用发动机，２００７（３）：６４—６７． Ａｂｓｔｒａｃｔ ＩＤ：１００３—１８８Ｘ（２０１１）０４—０２３２一ＥＡ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｅｎｇｉｎｅ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｚｈｏｕ Ｐｉｎｇ，Ｙａｎｇ Ｈａｏｑｕａｎ （Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆａｃｕｌｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｅｃｏｎｄ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０ １ ２０９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎｓｕｆｉｆｃｉｅｎｔ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ｈａｐｐｅｎ，ｓｉｎｃｅ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃａｕｓｅ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｏｖｅｒｌｏａｄｅｄ，ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｄｉｉｆｃｕｌｔ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｅ．Ｏｒｉｇｉｎａｔｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｎｅｗ ｖｉｓｕａｌ ａｎｇｌｅ，ｈａｓ ｓｅｔ ｆｏｒｔｈ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄ ｃａｕｓｅｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎｓｕｆｉｆｃｉｅｎｔ，ｓｔａｒｔｅｄ ｏｆｆ ｆｒｏｍ ｔｈｉｓ，ｈａｖｅ ｓｕｍｍｅｄ ｕｐ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎｓ ｗｈｅｒｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍａｙ ｂｅ ｈａｐｐｅｎ，ｈａｖｅ ｇｉｖｅｎ ａ ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅ；ｄｒｉｖｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｎｓｕｆｉｆｃｉｅｎｔ；ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｉａｇｎｏｓｅ；ｄｉａｇｎｏｓｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ・２４５・
