本研究主要目的是利用分析引擎瞬時轉速動態特徵，開發車輛引擎預先故障診斷系統，整套系統包含引擎瞬時訊號的量測擷取、資料後製轉換、頻譜分析與各缸動力特徵分析比較功能。
此系統是以LabVIEW軟體為開發工具，PC電腦為硬體核心，建構預先故障診斷系統人機介面，並利用軍用悍馬車6.5L 8汽缸引擎，結合馬力機試驗台、角度解碼器進行實驗。設計開發教學、翻修兩用的引擎性能分析與故障診斷技術。
將訊號後製處理分析，調變初始訊號，以時域分析、數位濾波、取樣率、線性回歸、消除雜訊與特徵提取等方法，將難以解析的多缸重疊動力特徵，有效轉換為可判斷之量化數據。
藉由訊號頻譜程式分析引擎動力頻率，可判別故障是否產生；再由引擎各缸動態特徵分析程式，利用引擎瞬時角加速度，求出多缸引擎運轉周期內的各汽缸間的動力貢獻比及了解單缸區間內，燃燒的正功與運轉阻力的比值。綜合上述，確認引擎是否故障及故障缸位置。

The objective of this study is to develop a vehicle engine pre-fault diagnosis system by analyzing the dynamic characteristics of the engine transient augular speed. Major functions of the system thus consist of transient rotational speed measuring, data processing, spectrum analysis, and the engine dynamic characteristics analysis.
The Man-Machine interface of the pre-fault diagnosis system is programmed using PC-based Labview software. A military Humvee 6.5L 8-cylinder engine with high resolution rotary encoder. A tested by the dynamometer was used to develop the pre-fault diagnosis technique for both of technician training and engine overall practices.
By using time-domain analysis, noise filtering, sampling rate adjusting, linear regression, and engine dynamic analysis techniques, the difficulties of multi-cylinder engine inheriting power overlap problem can be resolved, and identifiable with quantifiable data.
The spectrum analysis of the engine angular speed can be used to judge whether the fault of the engine is generated, or not.
Which cylinder is misfired or malfunctioned can also be identified by analyzing the engine dynamic characteristics and comparing the ratio of positive , and uegative power contributions, according to the present thesis stacly.

誌謝 ii
摘要 iii
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
符號表 xiii
1. 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究方向 3
1.3 論文架構 3
2.文獻回顧 4
2.1 國外研究現狀 4
2.2 故障診斷方法 5
2.2.1 故障診斷模式 5
2.2.2 故障診斷原理 5
2.2.3 故障診斷手段 6
3.實驗理論與設備 10
3.1實驗理論 10
3.1.1 柴油引擎工作原理 10
3.1.2 柴油引擎的故障特性 10
3.1.3 引擎故障預測診斷所面臨的挑戰 11
3.1.4 引擎預先故障診斷的必要性 12
3.1.5 引擎瞬時轉速的測量 12
3.1.6 瞬時轉速的影響因素 12
3.1.7 訊號取樣 15
3.1.8 瞬時轉速計算 17
3.1.9 瞬時轉速測量誤差分析 19
3.1.10. 快速傅立葉轉換 20
3.2 實驗設備與器材 20
3.2.1 引擎實驗室 20
3.2.2 電腦及其相關設備 21
3.2.3 虛擬儀器與LabVIEW軟體 22
3.2.4 資料獲取卡的配置 23
3.2.5 DAQ設備的安裝 24
3.2.6 DAQ系統的選擇重點 24
3.2.7 感測器與資料擷取系統 25
4. 引擎故障診斷軟體介面 26
4.1 瞬時轉速訊號擷取 26
4.1.1 架設量測儀器 26
4.1.2 上死點定位 26
4.1.3前段擷取程式功能介紹 26
4.2 訊號後製處理分析 28
4.2.1 原始訊號前級濾波處理 28
4.2.2 採樣間隔對瞬時轉速計算的影響 28
4.2.3 瞬時轉速訊號濾波處理 29
4.2.4 瞬時轉速訊號低通濾波截止頻率設定 29
4.2.5 濾波器選擇 30
4.2.6 瞬時轉速移動平均線 31
4.3. 訊號頻譜分析 31
4.3.1 快速傅立葉轉換程式 31
4.3.2 頻譜解析度 31
4.3.3 原始訊號FFT轉換 32
4.3.4 引擎瞬時轉速FFT分析 32
4.4 引擎各缸動態特徵分析程式 33
4.4.1 波形重疊分析比較功能 33
4.4.2故障缸自動判別分析 33
5. 引擎動力輸出變異性與故障特徵提取與分析 37
5.1 平均轉速對瞬時轉速波形的影響 37
5.2 負荷對瞬時轉速波形的影響 37
5.3. 瞬時轉速分離往復慣性力、轉動慣量及運轉阻力 37
5.4 汽缸壓力喪失對瞬時轉速的影響 38
5.5 供油噴射正時對瞬時轉速的影響 38
5.6 引擎故障診斷流程 38
5.6.1 冷磨合測試 39
5.6.2 瞬時轉速訊號擷取 39
5.6.3 FFT頻譜分析 39
5.6.4 瞬時轉速波形分析 40
5.6.5 各缸動態特徵分析 40
5.7 瞬時轉速判斷引擎故障所面臨的挑戰 40
6. 結論與展望 42
6.1 結論 42
6.2 展望 42
參考文獻 43

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