波形分析在发动机故障诊断中的应用研究
目 录1 绪论 .11.1 电控发动机的发展现状 .11.2 电控发动机的组成 .11.3 电控发动机故障检测现状 .11.3.1 国外电控发动机故障诊断现状 .21.3.2 国内电控发动机故障诊断现状 .32 波形分析法诊断电控发动机故障的原理 .53 电控发动机的波形测试与波形分析 .73.1 电控发动机的传感器波形测试与波形分析 .73.1.1 氧传感器波形测试与波形分析 .73.1.2 节气门位置传感器的波形测试与波形分析 .133.1.3 冷却液温度传感器波形测试与波形分析 .153.2 电控发动机的执行器波形测试与波形分析 .163.3 电控发动机的点火系波形测试与波形分析 .203.3.1 点火系次级电压信号波形的测试方法 .203.3.2 点火系次级电压信号的波形分析 .214 电控发动机故障诊断案例分析 .284.1 发动机怠速不稳 .284.2 加速不良 .294.3 启动困难 .29结论 .32致谢 .33参考文献 .3411 绪论1.1 电控发动机的发展现状汽车从 1886 年诞生到今天，己有 100 多年的历史，作为一个国家工业化水平的重要标志，汽车已逐渐成为高技术的集成物。上世纪 70 年代初，随着世界电子技术的飞速发展，电脑技术的日益完善，电子技术逐渐进入了汽车制造领域，并且以惊人的速度向汽车结构内部扩展，使汽车的性能和质量都得到了迅速提高。德国奔驰公司首先采用 KE 型机械电子控制燃油喷射系统，揭开了汽车燃油控制电子化的序幕，随后，升级到了 L 型、LH 型的全面电子控制系统。从上世纪 80 年代起，汽车技术形成了智能化的初级阶段，到了 90 年代，就进入到了智能化的高级阶段。例如，1994 年美国、德国、日本等国家生产的排量在2L 以上的发动机几乎 100%采用了电控汽油喷射装置，轿车的电子化程度已成为其档次高低和现代化程度的重要标志之一。电子技术、电脑控制技术与汽车的完美结合，产生了发动机电子控制系统、防抱死制动系统、自动变速系统、防碰撞系统、导航系统和全球定位系统等。这些新技术的应用，使汽车结构发生了巨大变化，现代化电子部件数量与日俱增，到现在，已有人把汽车戏称为“架在四个轮子上的大规模集成电路”。在我国，自 1956 年诞生第一辆 CAlOB 解放牌汽车到现在不过 50 多年时间，在这 50 多年时间内，我国的汽车工业得到了飞速的发展。2000 年我国汽车年产量达到 200 万辆(其中轿车 60.5 万辆)，2005 年我国汽车年产量就超过了 600万辆(其中轿车 350 万辆)。在汽车技术方面，我国自 80 年代开始进口装有电子控制汽油喷射系统的小轿车。进入 90 年代后，特别是 1992 年以后，我国进口的各种新型小轿车基本上都采用电子控制汽油喷射系统。我国政府已把开发汽车发动机电子汽油控制系统列为“八五”期间的重点研发项目。经过十几年的发展，我国汽车发动机的电子化程度越来越高。到目前为止，我国生产的桑塔纳、奥迪、捷达、切诺基、红旗等轿车都实现了电子控制燃油喷射化，逐步向世界先进技术靠拢。1.2 电控发动机的组成电控汽油发动机主要由传感器、执行器、电控单元(ECU）三部分组成。1.3 电控发动机故障检测现状21.3.1 国外电控发动机故障诊断现状随着科学技术的不断进步，国外汽车维修企业正日益摆脱以往传统的手工作坊式的作业方式，越来越多地采用机械化、自动化、电子化检修仪器设备。到目前为止，国外对电控发动机的故障诊断大致经历了 4 个阶段。1) 利用数字式万用表诊断故障电控发动机故障如果持续发生，称之为持续性故障;如果故障时有时无，称之为间歇性故障。检测持续性故障，可用万用表来进行诊断。应用万用表诊断的优点是，可根据操作者所知道的经验数据，快速而又准确地诊断出故障，特别是在技术资料缺乏的情况卜，用万用表检测诊断故障是最有效的方法。使用万用表诊断故障对维修人员的技术要求较高。操作者不仅要对所测系统的各元件作用比较熟悉，而且还要具备丰富的判断经验，因此存在很大的局限性。2) 利用故障码诊断故障电控发动机的电控单元(ECU)一般都具有故障自诊断功能。当电控发动机工作时，如果某个传感器或执行器出现了故障，电控单元就将该故障信息以故障码的形式存储起来，以方便维修人员检修。汽车维修人员检修时，可将专用的汽车解码器与发动机的电控单元连接，按照仪器的操作程序，读出故障码，并根据汽车制造厂提供的维修手册来确定故障码的含义，从而进行针对性的修理。需要说明的是，故障码只能表明系统工作不正常的范围，并不能表明故障点，还需要利用其它方法进一步诊断。3) 利用数据流分析诊断故障所谓数据流，就是将电控发动机工作时的传感器和执行器状态参数按照不同的要求进行组合，形成多种数据组，即数据流。这些数据流能监测发动机在各种状态下的工作情况，可通过故障检测仪来分析判断发动机产生故障的原因。用数据流分析诊断故障，可准确地发现故障部位，提高故障的诊断效率，特别是因传感器特性发生变化而引起的故障。4) 利用波形分析法诊断故障电控发动机上间歇性故障的特点是时有时无，用数据流分析有时很难判断，但用示波器显示的波形却能捕捉到故障发生时的细小轻微变化，这也是利用波形分析法诊断故障的优点。用波形分析法诊断故障可以解决汽车上出现的疑难杂症，但它需要强大的理论知识作后盾。 当前，由于电子技术、智能传感器技3术、集成电路技术和计算机技术的进一步发展，特别是人工智能技术和专家系统技术的日益成熟，汽车检测诊断设备与诊断方式进入了新的发展阶段。目前，各种新型设备不断出现，并向多功能、小型化、数字化、智能化和综合化方向发展。1.3.2 国内电控发动机故障诊断现状在我国，自 80 年代初开始进口电喷汽车以来，我国汽车维修企业才逐渐接触到了电控发动机的故障诊断问题。到目前为止，我国汽车维修企业对电控发动机的故障诊断水平虽然有了较大提高，但仍存在不少问题，主要表现在以下几方面。1) 汽车维修人员综合素质普遍偏低据调查，从事汽车维修一线工作的，绝大部分是农村打工者。由于他们的文化素质较低，对汽车新技术、新知识的接受能力较差。在从业人员中，高校正规机械类专业毕业的技术人员，仅占 3%左右，而这类人群目前也多数留于管理层，没有真正从事一线维修工作。现代汽车维修诊断迫切需要一批懂原理、会仪器、会电脑、英文、有实践经验的机电一体化人才加入进来，充实汽车维修人员队伍。2) 缺少必要的现代化汽车维修诊断设备现代汽车实现了机电一体化，对维修设备的要求与传统汽车已有很大区别。现代汽车维修设备包括修理设备、诊断设备和检测仪器。这些设备从原理到结构都具有高科技含量，实现了智能化和机电一体化，是保证“工艺规范化修车”的重要手段。目前，仅有少数的一、二类汽车维修企业拥有这些设备，大部分维修企业仍然采用传统的“手艺修车”模式。即使那些拥有现代维修设备的一、二类维修企业，由于缺乏高素质的维修技术人员操作这些仪器、设备，也没能充分发挥这些高科技产品所应起的作用。3) 缺乏相应的汽车维修资料现代汽车由于种类繁多、车型复杂，在进行具体维修时，必须了解该车型的零部件拆装工艺、技术数据以及全车电路分布图等。汽车维修资料的获取一般有 4 个途径。一是书店出售的中文汽车维修书籍。这类图书讲原理、结构多，讲维修少，原因之一是编者并非从事一线汽车维修的技术人员。二是美国米切尔公司(Mitchell)和奥帝达公司(Alldata)出品的汽车维修资料，号称包括世界4各国生产的 2500 种车型。这两种资料都有成套的图书形式，也有光盘形式，但都是英文版本，价格昂贵。在我国，绝大多数维修企业没有这些资料。三是汽车生产厂家提供的“维修手册”。这类资料能具体指导修车，但往往只有某一车型的特约维修站才有，小型企业或维修个体户一般没有这些资料。四是Internet 网上提供的维修资料。目前有一些专门的汽车维修资料网站，专业从事收集、整理汽车维修数据、电路图等，汽车维修企业需要时可以登录这些网站，查阅相关信息，但需要交纳一定的费用。一些小型企业或维修个体户往往不具备上网获取资料的条件。4) 缺乏先进的故障诊断方法随着汽车结构的不断变化，电控发动机的故障诊断也在不断推陈出新，特别是电子技术在现代汽车上的广泛应用，原来简单、直观的传统检查方法己不能适应电控发动机的故障诊断，取而代之的应是数据流分析、波形分析等现代维修方式。发动机点火示波器在汽车维修行业已经应用了 30 多年，它的出现开创了运用波形分析法诊断发动机故障的先河，也为使用电子测量技术分析汽车故障打下了良好的基础。90 年代数字存储示波器在汽车诊断领域应用，使得汽车示波器脱颖而出，它集点火示波器、数字存储示波器、数字式万用表、汽车电子系统测试仪于一体，为电控发动机的故障诊断提供了优良的分析仪器。应用汽车示波器诊断电控发动机故障的关键是对故障元件的测试波形进行准确地分析，从而做出正确地判断。由于我国汽车维修行业 20 世纪 90 年代以前基本上属于机械维修的领域，因此对电子测量技术比较陌生，尽管国外维修企业早在 20 世纪 60 年代就己经开始使用点火示波器，且国内少数汽车维修企业也在20 世纪 70 年代初就装备了点火示波器，但在实际维修工作中真正应用的却很少，国内许多汽车维修企业的技术人员直到现在还从未使用过点火示波器及汽车示波器。52 波形分析法诊断电控发动机故障的原理1) 汽车电子信号的类型当今汽车系统中存在 5 种基本类型的电子信号，我们把这 5 种基本的汽车电子信号称为“5 要素”。“5 要素”可以看成是控制系统中各个传感器、控制电脑和其它设备之间相互通信的基本语言，它们有各自不同的特点，构成用于不同通信的目的。(1)直流(DC)信号直流电压信号主要有蓄电池电压或控制电脑输出
