汽车发动机声学诊断仪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种汽车发动机声学诊断仪器，涉及汽车发动机诊断技术，即一种利用发动机发声的声学特征确定发动机工作状态是否正常的仪器。本仪器包括前后依次连接的声音传感器（１）、模数转换器（２）和数据处理器（３）。本实用新型专利技术可为交通管制部门，在不影响道路汽车行驶的条件下，发现行驶中的汽车发动机工作是否正常，实现无接触诊断，及时排除发动机不正常车辆上路的隐患；也可为其它机动车提供实用诊断技术。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及汽车发动机诊断技术，尤其涉及一种汽车发动机声学诊断仪器； 具体地说，涉及一种利用发动机发声的声学特征确定发动机工作状态是否正常的仪器。
技术介绍
汽车发动机工作时发出声音，其工作状态是否正常，有经验的师傅可以判断出来 。但对于一般的人员，就有困难；另外，对于复杂的情况，即使有经验，准确判断也有困难。许多原因可引起汽车发动机故障警告灯报警，而汽车本身并不存在问题，却不得 不进一次修理厂检测，费时费事。大型车辆常有湮缸现象，即燃料不经燃烧排出气缸的现象 却毫无觉察，造成燃油浪费、空气污染和车辆动力下降。在汽车制造工厂和修理车间，高级 小汽车，有自己的专用汽车发动机工作状态诊断系统，这些系统联合分布在发动机多个关 键部位的多组传感器来监控汽车发动机部件的工作情况，从而做出综合判断，但这些装置 是专用和复杂的，需专业人员方能操作。一种能方便使用又不依赖于汽车本身任何装置就能识别发动机工况的仪器，不仅 可以减少故障误报和漏报引起的麻烦和问题；对于重要交通要道，如高速公路、桥梁和隧道 等的行车正常和交通安全，以及环境保护都有重要意义。经检索，尚未发现类似本技术的报道。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种汽车发动机 声学诊断仪器。本技术是一种基于声学无损无接触诊断理论和利用常见的设备集成相应的 检测仪器，为检测数量庞大的汽车发动机使用，同时也可发展出高端的通用检测设备，为交 通管理部门使用。本技术的目的是这样实现的维修师傅的听诊经验表明，发动机正常工作声响有其规律，不正常亦有其特征，这 是发动机工作产生的必然结果。听声音，过于抽象，不利于准确地描述。如将声音的波形和 特征，以图像的方式显示出来，提供判读，与医院使用的心电图诊断技术十分相似。不同的 是，汽车发动机有多个气缸，且每个气缸因制造精度和安装位置的不同，各个缸体产生的声 音信号也有所差别，混合产生的声音信号就较为复杂，而气门开合、发电机、水泵、风机、载 荷变化、转速不稳定和环境噪音等产生的复杂信号，将对诊断造成极大的困难。要保证诊断 的正确性和实用性，必须建立一套有效的诊断机制1、仪器设计要合理，性能优裕，能采集和分离所需高信噪比发动机声音信号；2、对信号进行人工的分选，找出合适的识别信号；3、建立简易和可操作的识别判据，使用统计技术克服干扰的影响。3对发动机正常工作发出声音的规律的认识，是发动机诊断的基础。本技术研 究的范围仅限制在4冲程发动机及其4冲程的正常工作状态的诊断。①将汽车发动机声音信号通过数字声音采样设备处理成数字声音信号，并记录在 数据文件中，或直接作为图像显示和傅立叶变换数据源；②利用计算机显示声音信号图像；③人工观测图像的特征，如图像有准周期特征，则说明发动机工作正常；④选择稳定转速3-10秒的声音数据，做傅立叶变换，得到发动机声音信号振幅 谱，进而得到激发准周期频率；⑤利用发动机激发准周期频率与发动机转速和汽缸数的关系，计算得到理论的发 动机激发准周期频率；⑥比较傅立叶变换测定和理论发动机激发准周期频率，二者一致时，说明发动机 工作正常，反之为不正常。①中，所述的数字声音采样设备选用MP3、MP4、录音笔或多媒体计算机。③中，所述的准周期是当若干个周期信号叠加时，如果他们的周期的最小公倍数 不存在，则和信号不再为周期信号，但他们的频率描述还具有周期信号的特点，称为准周期信号。⑤中，所述的理论的发动机激发准周期频率为f (ω) = ω/2 X η式中，f为理论发动机激发准周期频率，ω为发动机转速，η为气缸数。f (ω)就 是发动机转速为ω时，发动机正常工作发出声音的频率特征。具体地说，本仪器由前后依次连接的声音传感器、模数转换器和数据处理器组成。工作原理汽车发动机发出的声响，经声音传感器接收并转换成为电压信号，再由模数转换 器处理成数字信号，并记录在数据文件中。试验时使用过ΜΡ3、ΜΡ4、录音笔和便携计算机，均 为满意的结果；记录数据文件，使用音频数据编辑软件和记录提示信息，分选出需要分析的 数据片断，通过数据分析显示处理软件显示声音信号图像，并进行快速FFT变换，将时间域 的声音信号变换到频率域，并显示其频谱特征图像。这样，就可根据发动机的转速和气缸数 (不清楚时可数发动机排气连接管)，得到理论发动机声音准周期频率。观测时间域声音图 像，有准周期曲线特征，或者理论准周期与FFT确定的准周期频率一致，则说明发动机工作 正常。可以排除干扰因素，又不具备上述特征者，则说明发动机工作不正常，应进修理厂。本技术具有下列优点和积极效果1、将声音信号转换成数字图像信号，为声音特征研究和识别提供有效手段；2、证实发动机正常工作声音图像具有准周期规律，成为定性识别判据，得到激发 准周期频率计算公式，将图像定性判读上升为精确的定量参数比对；3、发动机、传感器、计算机、声学、信号分析、统计等多科学的交叉融合，建立识别 体系，集成数据采集和数据处理系统，形成类似心电图的诊断技术。4、所有四冲程发动机通用，不依赖于发动机型号，无接触。总之，本技术是一种类似医院心电图诊断的系统。根据发动机工作原理和经 验数据，发现发动机正常工作发声声学图像准周期规律，得到激发准周期频率计算公式，为发动机正常工作状态的诊断提供定性和定量的判据。利用PC计算机和声音传感器，构建汽 车日常工况下发动机工况检测平台，建立机动车发动机无接触无损伤诊断的技术方案。本 技术可为交通管制部门，在不影响道路汽车行驶的条件下，发现行驶中的汽车发动机 工作是否正常，实现无接触诊断，及时排除发动机不正常车辆上路的隐患；也可为其它机动 车和发动机提供实用诊断技术。附图说明图1是本仪器的结构方框图；图2是富康16v车发动机怠速的声音信号图像(部分)，横轴是时间(秒)，纵轴 是声压(无量纲)；图3是图2的振幅谱，横轴是频率，纵轴是振幅。其中1-声音传感器；2-模数转换器；3-数据处理器；4-发动机声源；5-背景噪声。具体实施方式以下结合附图和实施例详细说明一、仪器1、总体如图1，本仪器包括前后依次连接的声音传感器1、模数转换器2和数据处理器3。2、功能部件1)声音传感器1声音传感器1即一种常用的麦克风，将声音转换成模拟电信号。2)模数转换器2模数转换器2即一种常用的模数转换器，将模拟电信号转换成数字电信号。3)数据处理器3数据处理器3即一种常用的数据处理器，如选用常用的计算机，在该计算机中植 入有商用的软件Origin。4)声音传感器1和模数转换器2组成数字声音采样设备数字声音采样设备选用MP3、MP4、录音笔或多媒体计算机。二、检测原理1、发动机发声原理与激发准周期频率发动机的发声激发因素十分复杂，与发动机的结构、材料构成、辅助设备以及转速 载荷等密切相关，可以说，一种发动机就有一种激发特征，且随发动机工作状态而变化。这 方面的研究有一些工作，如直列四缸发动机的振源分析与仿真，汽车V型发动机振动激 励特性的研究，发动机曲轴系统动力学数值模拟研究，通过建立发动机运动学、动5力学模型，模拟分析发动机的震动激励源，预测曲轴系的振动、强度、疲劳及润滑特性等，研 究发动机表面振动特性；有研究认为，车内低频噪声在频域中的尖峰是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车发动机声学诊断仪器，其特征在于：包括前后依次连接的声音传感器（１）、模数转换器（２）和数据处理器（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗新宇，
申请(专利权)人：罗新宇，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]