液压混合动力发动机的故障诊断Word格式.docx

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一般认为，混合动力汽车，是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低排放和高度自动化的新型汽车。

广义上说，混合动力汽车是指拥有至少两种动力源，使用其中一种或多种动力源提供部分或者全部动力的车辆。

但是，在实际生活中，混合动力汽车多半采用传统的内燃机和电动机作为动力源，通过混合使用热能和电力两套系统开动汽车；

另外还有近几年发展起来的液压混合动力汽车，通过混合使用液压能和热能两套系统开动汽车。

本文介绍以后者为中心。

二、液压混合动力汽车

（一）工作原理

液压混合动力是以液压蓄能器为储能元件的一种新型混合动力技术，该技术通过液压泵/马达实现蓄能器中液压能与车辆动能之间的转换。

在制动时，二次元件泵／马达将以泵的形式工作，车辆行驶的动能（惯性能）带动泵旋转，将液压油压入高压蓄能器中，实现动能到液压能的转化；

车辆起动或加速时，二次元件泵／马达将以马达的形式工作，蓄能器释放高压油以驱动马达工作，实现液压能到车辆动能的转化。

相对于电动混合动力技术，液压传动混合动力技术具有功率密度大，短时间内完成能量释放和存储能力强的特点。

图2.1液压混合动力工作原理

液压混合动力汽车可根据车辆运行工况选择多种工作模式，实现动力传动系统的效率最优化，并通过制动能量回馈系统（RegenerativeBrakingSystem，简称RBS）回收制动能量，提高整车效率。

（二）液压混合动力的优点

液压混合动力传动技术的功率密度大，短时间内完成能量释放和存储的能力强，同时还具有无级变速的精细速度调节、容易实现正反转、操控性强以及可靠性高等优点。

相对于传统内燃机汽车，液压混合动力传动车辆的优点是：

（1）可以回收车辆的制动动能，明显提高车辆的燃油经济性；

（2）发动机和液压蓄能器可以同时工作，提高了车辆的动力性能；

（3）可以实现无级变速，保证发动机工作于最佳燃油经济区，降低油耗；

（4）减少制动器的使用次数和强度，延长其使用寿命，降低其维修、保养费用；

（5）选用较小功率的发动机即可满足车辆的正常行驶要求，减少有害气体排放量，减少对环境的污染；

（6）改善车辆行驶平稳性，提高乘坐舒适性。

相对于混合动力电动汽车，液压混合动力传动车辆的优点是：

（1）在同等条件下，液压蓄能器能为车辆提供更大的辅助动力；

（2）液压蓄能器充放能量速度要比蓄电池快得多，在相同条件下，液压蓄能器回收的能量多，车辆动力性能强，而且价格便宜；

（3）液压泵/马达输出扭矩大，控制精度高，响应速度快，结构紧凑，质量轻，所需安装空间小；

（4）液压蓄能器使用寿命长，而且废旧储能元件不会对环境造成污染；

（5）液压能量再生系统结构简单、工作可靠、使用寿命长

（三）液压混合动力车辆的驱动方式分类

图2.2串联液压混合动力原理图图2.3并联液压混合动力原理图

图2.4混联式液压混合动力原理图图2.5轮边式液压混合动力原理图

液压混合动力车辆的驱动系统根据动力传动系的结构不同，可分为串联式、并联式、混联式及轮边驱动式四种，其中轮边驱动式是串联式中特殊的一种。

无论其组成形式如何都包括以下主要部件：

发动机、变量液压泵/液压马达、液压蓄能器，其中的变量液压泵/液压马达是一种双向可逆部件。

1、串联式驱动系统

串联式液压混合动力车主要是由发动机、液压泵、高低压蓄能器、二次元件泵/马达、离合器、变速器和驱动桥等组成。

串联液压混合动力系统具有两个动力源：

发动机和蓄能器，发动机带动泵/马达旋转实现车辆的驱动，必要时发动机也可给蓄能器充液压油，以备下次加速或爬坡使用。

二次元件泵/马达是可逆元件，既可作为泵使用（制动工况），也可作为马达使用（驱动工况），并且泵/马达可工作在四个象限，可实现加速前进、减速前进、加速后退和减速后退。

高压蓄能器在车辆制动减速时回收液压油，将机械能以液压能的形式储存起来，在车辆启动或加速时，释放液压油以驱动泵/马达，进而驱动车辆行驶。

2、并联式驱动系统

并联式混合动力车主要是由发动机、可逆元件泵/马达、高（低）压蓄能器、变速器、转矩合成装置、离合器和驱动桥等组成。

并联式液压混合动力系统的动力源同样是由发动机和高压蓄能器组成，不同的是车辆在无能量再生系统的情况下，可由发动机单独驱动车辆，这点跟普通的车辆一样。

但是并联式混合动力系统比普通车多了一套能量再生系统，能量再生系统可单独驱动车辆行驶（启动或低速），也可联合发动机一起驱动（加速或爬坡），同样能量再生系统可回收车辆的制动能量。

3、混联式驱动系统

混联式系统是由发动机、液压泵、二次元件泵/马达、高低压蓄能器、变速器、离合器、传动装置和驱动桥等组成。

综合串联式和并联式液压混合动力系统可知，混联式系统具有串联式和并联式系统的功能，并且将此两种类型的系统良好的结合起来，发挥各自的优点。

选择系统需要的驱动方式，以达到优化发动机燃油经济性，降低排放的目的。

该系统在启动时，可通过高压蓄能器驱动泵/马达工作以提供驱动力；

加速时可通过发动机+泵/马达联合驱动；

在外负载变化频繁的路况上，可以串联方式驱动，这样可以减少外负载对发动机的影响，提高发动机的运行平稳性；

在制动减速时，可通过能量再生系统将液压油压入高压蓄能器，实现将机械能以液压能的形式保存起来。

通过合理配置驱动方式，综合串联和并联的优点，可在大功率工况下获得高工作效率。

混联式液压混合动力系统虽然在理论上能获得最佳性能，但是由于其过于复杂，所以在实际中很难实现，限制了其发展。

4、轮边式驱动系统

该系统主要由发动机、液压泵、二次元件泵/马达和高低压蓄能器等组成。

该系统原理简单，实际上就是四个二次元件并联起来的串联系统，每个二次元件泵/马达均具有相等的输入压力。

该系统具有一个特殊的优点，即可实现无级调速，这样就大大改善车辆的动力性，同时也大大简化了车辆的底盘系统，可实现多样化的工作模式，具有较好的节油效果和驾驶性能，适用于特殊车辆和飞机牵引车等。

各驱动方式的优缺点对比如下表。

串联式、并联式、混联式液压混合动力汽车对比分析

三、故障诊断

在现代化生产中，机械设备的故障诊断技术越来越受到重视，如果某台设备出现故障而又未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，甚至可能造成机毁人亡的严重后果。

在连续生产系统中，如果某台关键设备因故障而不能继续运行，往往会影响全厂生产系统的运行，从而造成巨大的经济损失。

因此，对于连续生产系统，故障诊断具有极为重要的意义。

但是故障诊断是一门新发展的科学领域，还没有形成较为完整的科学体系。

因此对其研究目的、研究内容范畴的理解，往往与工程应用背景，乃至工程技术人员的专业专长不同而有很大差异。

正确理解故障诊断的研究目的、研究内容的范畴是涉及本门学科指导思想和发展策略的问题。

（一）故障诊断的含义

从系统分析观点出发，故障诊断可以理解为识别机械设备运行状态的科学，也就是说利用信号检测方法和监视诊断手段（包括不断发展的信息科学与系统辨识的新方法），从所检测的信息特征判别系统的工况状态。

它的最终目的是提高设备效率、运行可靠性、分析故障形成原因，以防患于未然。

它是大型机械设备运行的关键技术之一，也是各种自动化系统及一般机械系统提高效率和可靠性，进行预知维修及预知管理的基础。

此定义主要是对故障在线诊断提出的，这是由于在线监视诊断对当前生产具有极其重要意义。

故障包括两层含义：

一是机械系统偏离正常功能，它的形成原因主要是因为机械系统的工作条件（含零部件）不正常而产生的，通过参数调节，或零部件修复又可恢复到正常功能；

二是功能失效，是指系统连续偏离正常功能，且其程度不断加剧，使机械设备基本功能不能保证，则称之为失效（Failure）。

一般零件失效可以更换，关键零件失效，往往导致整机功能丧失。

故障诊断是综合性很强的技术，它涉及计算机软硬件、传感器与检测技术、信号分析与数据处理、预测预报、自动控制、系统辨识、人工智能、力学、数学及振动工程和机械工程等领域。

（二）汽车故障诊断

汽车故障诊断与检测技术是指在整车不解体情况下，确定汽车的技术状况，查明故障原因和故障部位的汽车应用技术，它包括汽车故障诊断技术和检测技术，也可统称为汽车诊断技术。

汽车在使用过程中，由于某一种或几种原因的影响，其技术状况将随行驶里程的增加而变化，其动力性、经济性、可靠性、安全性将逐渐地下降，排气污染和噪声加剧，故障率增加，这不仅对汽车的运行安全、运行消耗、运输效率、运输成本及环境造成极大的影响，甚至还直接影响到汽车的使用寿命，因而研究汽车故障的变化规律，定期检测汽车的使用性能，及时而准确地诊断出故障部位并排除故障，就成为汽车使用技术的一项重要内容。

因此，汽车故障诊断与检测是恢复汽车使用寿命的关键，是汽车使用技术的中心环节。

1、汽车故障诊断的方法及特点

汽车故障技术状况的诊断是由检查、测试、分析、判断等一系列活动完成的。

传统的汽车故障诊断是建立人工经验检查的基础上，主要依赖于人工观察、推理分析和逻辑判断。

现代汽车故障诊断则通过先进的仪器设备，利用电子控制技术，对汽车故障做出科学、快速的诊断。

目前汽车故障诊断可归纳为以下几种方法。

1．人工经验诊断法

经验诊断法是诊断人员凭借丰富的实践经验和一定的理论知识，在汽车不解体或局部解体的情况下借助简单工具，根据汽车运行时表现出来的异常状况，用眼看、耳听、手摸等手段，边检查、边试验、边分析，进而对汽车技术状况做出判断的一种方法。

这种方法具有不需要复杂的仪器设备，可以随时应用，以及投资少，见效快等优点。

但这种方法必须依赖于维修检测人员长期积累的经验和反复观察，因而诊断速度慢、准确性差，不能进行定量分析。

2．检测诊断法

检测诊断法是在不解体的情况下，利用各种检测设备和仪器获取汽车、有关总成乃至机构和零部件的各种参数、曲线和波形，并根据这些信息来分析判断汽车的性能与技术状况。

这种方法的优点是检测速度快、准确率高，能进行定量分析；

其缺点是价格昂贵、投资大，占用厂房，操作人员需要培训。

3．自我诊断法

自我诊断法是利用计算机本身可以迅速监测控制系统的工作情况和存储数据这一特点，根据一定的预设程序，自动监测汽车受控系统范围内发生的故障并将其以代码的形式存储于汽车电脑中，驾驶员和维修人员根据自诊断系统发出的提示将故障码提取出来，从而得到汽车故障信息，进行故障诊断。

随着汽车诊断技术的进一步发展，出现了一种汽车电脑故障诊断仪，也称解码器，它能将汽车电控单元ECU（ElectronicControlUnit）存储的各种故障信息提取出来，进行译码整理、比较和分析，并将结论和处理意见以清晰的文字、曲线或图表方式显示出来。

根据这些信息，可以判断故障的类型、发生的部位以及解决的方法。

（二）发动机故障诊断

1、液压混合动力故障诊断的意义

车辆在运行过程中，各部件受到力、热以及摩擦、腐蚀等多种理化作用，其性能指标和技术状况在不断变化，这不仅会影响到汽车的运输效率和使用性能，而且现代汽车在运行中一旦发生故障，往往会造成严重的后果，这就要求在汽车运行过程中，对其运行状况及时进行监测，对其技术状况做出正确的评价和判断，及早发现故障并采取相应的措施，从而确保其高的使用性能和可靠性，提高运输效率，延长汽车的使用寿命。

液压混合动力汽车动力总成中的发动机、蓄能器、液压泵/马达均由各自的电控单元系统控制，动力总成各动力元件之间通过CAN通信进行传递数据，而所有的数据以电信号形式实施传递。

在车辆运行过程中，发动机、蓄能器、液压泵/马达的ECU（电控单元）之间交换数据，而各个ECU同时与动力总成多能源控制器交换数据，由于是电信号，容易受到电磁干扰，从而出现坏数据，产生故障。

同样，由于各个动力总成电控单元所需要的数据需要从传感器中采集，如果传感器出现故障，采集到的数据将使电控单元产生错误判断，从而出现故障。

所以应在混合动力汽客车上加入故障诊断措施，实时监控混合动动力总成各动力元件的运行情况，确保车辆的稳定运行。

在动力总成各元件出现故障时，应能保证车辆能跛行回家。

发动机作为液压混合动力系统中主动力输出元件，它的可靠性就尤为重要了。

2、发动机的故障诊断

随着科学技术的发展，对发动机故障诊断的技术已进入到了变革的时代，气缸漏气试验器、废气分析仪和发动机诊断示波器在实践中得到了广泛的应用。

当前比较先进的发动机诊断方法是以气缸漏气试验器、废气分析器（CO、HC试验器）和发动机诊断示波器为主体，并与其它辅助仪器恰当地组合使用，以此来保证得到高压缩压力、优良的混合气、高能量的电火花。

诊断方法简单介绍如下：

1）气缸漏气试验——一台性能优良的发动机，其机械状况必须良好。

所谓发动机的机械状况是指活塞、活塞环、气缸盖、正时齿轮、凸轮轴、进气管及排气系统的状态。

在诊断发动机机械状况好坏时，常使用气缸漏气试验器进行测量。

所谓气缸漏气试验器是一种测定送入燃烧室内的泄漏空气量来了解气缸、活塞等部位压缩功能的仪器。

试验器是一种流量计算机，借助于气缸漏气试验，测定进入气缸的空气有多少从活塞环、气缸壁、气门等部位漏掉，根据得到的数据判断发动机压缩机能是否良好。

（2）废气分析——要了解燃烧状况的好坏，可使用废气分析仪。

废气分析时，把CO、HC废气分析仪和底盘测功机结合使用为好。

即使没有底盘测功机也能高效地诊断发动机。

测定时，按操作规程，从排气管把废气引入试验器。

测定CO、HC不仅要在怠速时进行，还要测定各种转速下的数值，通过分析仪采集的数据即可了解发动机燃烧状况。

（3）发动机诊断示波器的应用——降低燃油消耗，改善发动机性能，需要性能良好的点火源，以使吸入的混合气体完全燃烧。

在诊断点火系方面，使用发动机诊断示波器为最简单的方法。

发动机诊断示波器不仅能诊断点火系，而且熟练时还可以从燃烧室内压力的变化（火花波形的变化）判断混合气成分是否合适、喷射量的差异等。

诊断发动机故障用的示波器，其主要波形有三种，如下图：

发动机示波器的主要波形

3、发动机的故障分类和分析

针对发动机气缸多、故障多、层次复杂的特点，将发动机故障分为综合性故障、工作过程故障和零部件故障等三类。

综合性故障是发动机的整体行为故障，它可能是由某个系统故障引起的，也可能是由某个或某几个气缸故障引起的。

常用的诊断方法有无负载测功、瞬时转速测量和整体振声分析。

工作过程故障是功能性的，对其诊断能反映出某些系统或部件的性能恶化，但不能指出故障的细节。

零部件故障是引起整体故障和工作故障的最低层次故障，有气门故障（气门间隙异常、气门漏气）、喷油故障和连杆组件故障（连杆铜套磨损、连杆轴瓦磨损等）等。

发动机典型故障的具体现象、产生原因、诊断方法如下表:

发动机故障诊断与分析

四、总论

随着汽车工业的发展，节能减排成了汽车发展的主题，液压混合动力以其高功率密度和高能量回收率收到各大汽车商的青睐。

作为新的节能技术，液压混合动力汽车的安全可靠性当然不能忽视了，特别是作为主动力输出的发动机的安全可靠性。

在此背景下，本论文主要写了以下内容。

1.本论文从发展背景、工作原理、驱动形式等多方面系统的介绍了液压混合动力的基本知识。

2.介绍了故障诊断的含义，汽车故障诊断的方法。

并具体介绍了发动了的故障检测方法并对故障进行分类与分析。

相信，随着汽车工业的发展，会有越来越多的科技和装备应用与汽车故障诊断方面，用以在造成巨大危害前检测到故障，以确保车辆和乘客的安全。

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