波形分析在發(fā)動機故障診斷中應用研究

1、目 錄1 緒論11.1 電控發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 電控發(fā)動機的組成11.3 電控發(fā)動機故障檢測現(xiàn)狀11.3.1國外電控發(fā)動機故障診斷現(xiàn)狀21.3.2國內電控發(fā)動機故障診斷現(xiàn)狀32波形分析法診斷電控發(fā)動機故障的原理53 電控發(fā)動機的波形測試與波形分析73.1 電控發(fā)動機的傳感器波形測試與波形分析73.1.1氧傳感器波形測試與波形分析73.1.2節(jié)氣門位置傳感器的波形測試與波形分析133.1.3冷卻液溫度傳感器波形測試與波形分析153.2 電控發(fā)動機的執(zhí)行器波形測試與波形分析163.3 電控發(fā)動機的點火系波形測試與波形分析203.3.1點火系次級電壓信號波形的測試方法203.3.2點火系次級電

2、壓信號的波形分析214 電控發(fā)動機故障診斷案例分析284.1 發(fā)動機怠速不穩(wěn)284.2 加速不良294.3 啟動困難29結論32致謝33參考文獻341 緒論1.1 電控發(fā)動機的發(fā)展現(xiàn)狀汽車從1886年誕生到今天，己有100多年的歷史，作為一個國家工業(yè)化水平的重要標志，汽車已逐漸成為高技術的集成物。上世紀70年代初，隨著世界電子技術的飛速發(fā)展，電腦技術的日益完善，電子技術逐漸進入了汽車制造領域，并且以驚人的速度向汽車結構內部擴展，使汽車的性能和質量都得到了迅速提高。德國奔馳公司首先采用KE型機械電子控制燃油噴射系統(tǒng)，揭開了汽車燃油控制電子化的序幕，隨后，升級到了L型、LH型的全面電子控制系統(tǒng)。從

3、上世紀80年代起，汽車技術形成了智能化的初級階段，到了90年代，就進入到了智能化的高級階段。例如，1994年美國、德國、日本等國家生產的排量在2L以上的發(fā)動機幾乎100%采用了電控汽油噴射裝置，轎車的電子化程度已成為其檔次高低和現(xiàn)代化程度的重要標志之一。電子技術、電腦控制技術與汽車的完美結合，產生了發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、自動變速系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)、導航系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等。這些新技術的應用，使汽車結構發(fā)生了巨大變化，現(xiàn)代化電子部件數(shù)量與日俱增，到現(xiàn)在，已有人把汽車戲稱為“架在四個輪子上的大規(guī)模集成電路”。在我國，自1956年誕生第一輛CAlOB解放牌汽車到現(xiàn)在不過50多年時間，在這

4、50多年時間內，我國的汽車工業(yè)得到了飛速的發(fā)展。2000年我國汽車年產量達到200萬輛(其中轎車60.5萬輛)，2005年我國汽車年產量就超過了600萬輛(其中轎車350萬輛)。在汽車技術方面，我國自80年代開始進口裝有電子控制汽油噴射系統(tǒng)的小轎車。進入90年代后，特別是1992年以后，我國進口的各種新型小轎車基本上都采用電子控制汽油噴射系統(tǒng)。我國政府已把開發(fā)汽車發(fā)動機電子汽油控制系統(tǒng)列為“八五”期間的重點研發(fā)項目。經過十幾年的發(fā)展，我國汽車發(fā)動機的電子化程度越來越高。到目前為止，我國生產的桑塔納、奧迪、捷達、切諾基、紅旗等轎車都實現(xiàn)了電子控制燃油噴射化，逐步向世界先進技術靠攏。1.2 電控發(fā)

5、動機的組成電控汽油發(fā)動機主要由傳感器、執(zhí)行器、電控單元(ECU）三部分組成。1.3 電控發(fā)動機故障檢測現(xiàn)狀1.3.1國外電控發(fā)動機故障診斷現(xiàn)狀 隨著科學技術的不斷進步，國外汽車維修企業(yè)正日益擺脫以往傳統(tǒng)的手工作坊式的作業(yè)方式，越來越多地采用機械化、自動化、電子化檢修儀器設備。到目前為止，國外對電控發(fā)動機的故障診斷大致經歷了4個階段。1) 利用數(shù)字式萬用表診斷故障電控發(fā)動機故障如果持續(xù)發(fā)生，稱之為持續(xù)性故障;如果故障時有時無，稱之為間歇性故障。檢測持續(xù)性故障，可用萬用表來進行診斷。應用萬用表診斷的優(yōu)點是，可根據(jù)操作者所知道的經驗數(shù)據(jù)，快速而又準確地診斷出故障，特別是在技術資料缺乏的情況卜，用萬用

6、表檢測診斷故障是最有效的方法。使用萬用表診斷故障對維修人員的技術要求較高。操作者不僅要對所測系統(tǒng)的各元件作用比較熟悉，而且還要具備豐富的判斷經驗，因此存在很大的局限性。2) 利用故障碼診斷故障電控發(fā)動機的電控單元(ECU)一般都具有故障自診斷功能。當電控發(fā)動機工作時，如果某個傳感器或執(zhí)行器出現(xiàn)了故障，電控單元就將該故障信息以故障碼的形式存儲起來，以方便維修人員檢修。汽車維修人員檢修時，可將專用的汽車解碼器與發(fā)動機的電控單元連接，按照儀器的操作程序，讀出故障碼，并根據(jù)汽車制造廠提供的維修手冊來確定故障碼的含義，從而進行針對性的修理。需要說明的是，故障碼只能表明系統(tǒng)工作不正常的范圍，并不能表明故障

7、點，還需要利用其它方法進一步診斷。3) 利用數(shù)據(jù)流分析診斷故障所謂數(shù)據(jù)流，就是將電控發(fā)動機工作時的傳感器和執(zhí)行器狀態(tài)參數(shù)按照不同的要求進行組合，形成多種數(shù)據(jù)組，即數(shù)據(jù)流。這些數(shù)據(jù)流能監(jiān)測發(fā)動機在各種狀態(tài)下的工作情況，可通過故障檢測儀來分析判斷發(fā)動機產生故障的原因。用數(shù)據(jù)流分析診斷故障，可準確地發(fā)現(xiàn)故障部位，提高故障的診斷效率，特別是因傳感器特性發(fā)生變化而引起的故障。4) 利用波形分析法診斷故障電控發(fā)動機上間歇性故障的特點是時有時無，用數(shù)據(jù)流分析有時很難判斷，但用示波器顯示的波形卻能捕捉到故障發(fā)生時的細小輕微變化，這也是利用波形分析法診斷故障的優(yōu)點。用波形分析法診斷故障可以解決汽車上出現(xiàn)的疑難雜

8、癥，但它需要強大的理論知識作后盾。 當前，由于電子技術、智能傳感器技術、集成電路技術和計算機技術的進一步發(fā)展，特別是人工智能技術和專家系統(tǒng)技術的日益成熟，汽車檢測診斷設備與診斷方式進入了新的發(fā)展階段。目前，各種新型設備不斷出現(xiàn)，并向多功能、小型化、數(shù)字化、智能化和綜合化方向發(fā)展。1.3.2國內電控發(fā)動機故障診斷現(xiàn)狀在我國，自80年代初開始進口電噴汽車以來，我國汽車維修企業(yè)才逐漸接觸到了電控發(fā)動機的故障診斷問題。到目前為止，我國汽車維修企業(yè)對電控發(fā)動機的故障診斷水平雖然有了較大提高，但仍存在不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面。1) 汽車維修人員綜合素質普遍偏低據(jù)調查，從事汽車維修一線工作的，絕大部分

9、是農村打工者。由于他們的文化素質較低，對汽車新技術、新知識的接受能力較差。在從業(yè)人員中，高校正規(guī)機械類專業(yè)畢業(yè)的技術人員，僅占3%左右，而這類人群目前也多數(shù)留于管理層，沒有真正從事一線維修工作?，F(xiàn)代汽車維修診斷迫切需要一批懂原理、會儀器、會電腦、英文、有實踐經驗的機電一體化人才加入進來，充實汽車維修人員隊伍。2) 缺少必要的現(xiàn)代化汽車維修診斷設備現(xiàn)代汽車實現(xiàn)了機電一體化，對維修設備的要求與傳統(tǒng)汽車已有很大區(qū)別?，F(xiàn)代汽車維修設備包括修理設備、診斷設備和檢測儀器。這些設備從原理到結構都具有高科技含量，實現(xiàn)了智能化和機電一體化，是保證“工藝規(guī)范化修車”的重要手段。目前，僅有少數(shù)的一、二類汽車維修企業(yè)

10、擁有這些設備，大部分維修企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的“手藝修車”模式。即使那些擁有現(xiàn)代維修設備的一、二類維修企業(yè)，由于缺乏高素質的維修技術人員操作這些儀器、設備，也沒能充分發(fā)揮這些高科技產品所應起的作用。3) 缺乏相應的汽車維修資料 現(xiàn)代汽車由于種類繁多、車型復雜，在進行具體維修時，必須了解該車型的零部件拆裝工藝、技術數(shù)據(jù)以及全車電路分布圖等。汽車維修資料的獲取一般有4個途徑。一是書店出售的中文汽車維修書籍。這類圖書講原理、結構多，講維修少，原因之一是編者并非從事一線汽車維修的技術人員。二是美國米切爾公司(Mitchell)和奧帝達公司(Alldata)出品的汽車維修資料，號稱包括世界各國生產的2500

11、種車型。這兩種資料都有成套的圖書形式，也有光盤形式，但都是英文版本，價格昂貴。在我國，絕大多數(shù)維修企業(yè)沒有這些資料。三是汽車生產廠家提供的“維修手冊”。這類資料能具體指導修車，但往往只有某一車型的特約維修站才有，小型企業(yè)或維修個體戶一般沒有這些資料。四是Internet網上提供的維修資料。目前有一些專門的汽車維修資料網站，專業(yè)從事收集、整理汽車維修數(shù)據(jù)、電路圖等，汽車維修企業(yè)需要時可以登錄這些網站，查閱相關信息，但需要交納一定的費用。一些小型企業(yè)或維修個體戶往往不具備上網獲取資料的條件。 4) 缺乏先進的故障診斷方法 隨著汽車結構的不斷變化，電控發(fā)動機的故障診斷也在不斷推陳出新，特別是電子技術

12、在現(xiàn)代汽車上的廣泛應用，原來簡單、直觀的傳統(tǒng)檢查方法己不能適應電控發(fā)動機的故障診斷，取而代之的應是數(shù)據(jù)流分析、波形分析等現(xiàn)代維修方式。發(fā)動機點火示波器在汽車維修行業(yè)已經應用了30多年，它的出現(xiàn)開創(chuàng)了運用波形分析法診斷發(fā)動機故障的先河，也為使用電子測量技術分析汽車故障打下了良好的基礎。90年代數(shù)字存儲示波器在汽車診斷領域應用，使得汽車示波器脫穎而出，它集點火示波器、數(shù)字存儲示波器、數(shù)字式萬用表、汽車電子系統(tǒng)測試儀于一體，為電控發(fā)動機的故障診斷提供了優(yōu)良的分析儀器。應用汽車示波器診斷電控發(fā)動機故障的關鍵是對故障元件的測試波形進行準確地分析，從而做出正確地判斷。由于我國汽車維修行業(yè)20世紀90年代以

13、前基本上屬于機械維修的領域，因此對電子測量技術比較陌生，盡管國外維修企業(yè)早在20世紀60年代就己經開始使用點火示波器，且國內少數(shù)汽車維修企業(yè)也在20世紀70年代初就裝備了點火示波器，但在實際維修工作中真正應用的卻很少，國內許多汽車維修企業(yè)的技術人員直到現(xiàn)在還從未使用過點火示波器及汽車示波器。2波形分析法診斷電控發(fā)動機故障的原理 1) 汽車電子信號的類型當今汽車系統(tǒng)中存在5種基本類型的電子信號，我們把這5種基本的汽車電子信號稱為“5要素”?！?要素”可以看成是控制系統(tǒng)中各個傳感器、控制電腦和其它設備之間相互通信的基本語言，它們有各自不同的特點，構成用于不同通信的目的。(1)直流(DC)信號直流電

14、壓信號主要有蓄電池電壓或控制電腦輸出的傳感器參考電壓。傳感器參考電壓信號主要有發(fā)動機冷卻水溫度傳感器、燃油溫度傳感器、進氣溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、廢氣再循環(huán)控制閥位置傳感器、翼板式或熱線式空氣流量計、真空和節(jié)氣門開關，以及通用汽車、克萊斯勒汽車和亞洲汽車上的進氣壓力傳感器。 (2)交流(AC)信號在汽車中產生交流信號的傳感器和裝置有:車速傳感器(VSS),ABS輪速傳感器、爆震傳感器(KS )、磁電式曲軸轉角(CKP)和凸輪軸轉角(CMP)傳感器。 (3)頻率調制信號在汽車中產生可變頻率信號的傳感器和裝置有:數(shù)字式空氣流量計、福特數(shù)字式進氣壓力傳感器、光電式車速傳感器(VSS),霍爾式車

15、速傳感器、光電式凸輪軸和曲軸轉角(CKP)傳感器、霍爾式凸輪軸和曲軸轉角(CKP)傳感器。(4)脈寬調制信號在汽車中產生脈寬調制信號的電路或裝置有:初級點火線圈、電子點火正時電路、廢氣再循環(huán)控制電磁閥(EGR)、渦輪增壓控制電磁閥以及其它控制電磁閥等，此外還有電磁噴油器、怠速控制電機等執(zhí)行器。(5)串行數(shù)據(jù)信號串行數(shù)據(jù)信號是汽車中具備自診斷能力和其它串行數(shù)據(jù)傳送能力的控制模塊所發(fā)出的信號。串行數(shù)據(jù)一般由發(fā)動機控制模塊、車身控制模塊和制動防抱死控制模塊(ABS)產生。2)汽車電子信號的判定依據(jù)了解5種基本的汽車電子信號直流、交流、頻率調制、脈寬調制和串行數(shù)據(jù)信號后，再根據(jù)汽車電子信號的5種基本特

16、征幅度、頻率、脈沖寬度、形狀和陳列，即5個判定依據(jù)，來識別各個傳感器提供的各種信息，即可診斷出汽車的故障。(1)幅度電子信號在一定點上的瞬時電壓。(2)頻率信號的循環(huán)時間，即電子信號在兩個事件或循環(huán)之間的時間，一般指每秒的循環(huán)次數(shù)(Hz )。(3)脈沖寬度電子信號所占的時間或占空比。(4)形狀電子信號的外形特征，如它的曲線、輪廓、上升沿、下降沿等。(5)陳列組成專門信息信號的重復方式，如同步脈沖或串行數(shù)據(jù)等。3)波形分析法診斷故障原理汽車中的每個電子信號都可以用5種判定依據(jù)中的一個或多個特征組成。電子信號類型與判定依據(jù)之間的關系如表2-1所示。每個電子信號必然與一個或多個判定依據(jù)相對應，以幫助

17、計算機系統(tǒng)確認是什么類型的電子信號。表2-1 電子信號類型與判定依據(jù)的關系信號類型判斷依據(jù)幅度頻率形狀脈沖寬度陣列直流交流頻率調制脈寬調制串行數(shù)據(jù)為了使汽車的計算機系統(tǒng)功能正常，必須去測量用于通信的電子信號，換言之就是，必須能“讀”與“寫”計算機電子通信的通用語言。用汽車示波器可以“截聽”到汽車計算機中的電子對話，這就可以用來診斷汽車故障，也可以用來驗證修理工作完成后，系統(tǒng)或元件是否恢復正常。如果某一個傳感器、執(zhí)行器或控制電腦產生了錯誤判定依據(jù)的電子信號，該電路就可能產生“通信中斷”，它會表現(xiàn)為行駛能力及排放等方面的故障，在一些情況下還會產生故障碼。在汽車發(fā)動機控制電腦和其它電子智能設備中用來

18、通信的串行數(shù)字信號是最復雜的信號，它是汽車電子信號中的最復雜的“電子語句”，在實際中，要用專門的診斷儀器去讀取信息，即汽車示波器。3 電控發(fā)動機的波形測試與波形分析3.1 電控發(fā)動機的傳感器波形測試與波形分析傳感器是電控發(fā)動機的重要組成部分之一，電控發(fā)動機的控制精度高低很大程度上取決于傳感器向電控單元輸入的電子信號是否準確，因此傳感器波形測試是電控發(fā)動機波形分析故障診斷的重要內容。在傳感器波形測試模塊中，根據(jù)本課題的測試要求和現(xiàn)有的測試條件，一共測試了8種正常傳感器及其相應的故障傳感器，分別是空氣流量計(包括葉片式和熱線式空氣流量計)、進氣歧管壓力傳感器、溫度傳感器(包括進氣溫度傳感器、冷卻液

19、溫度傳感器和燃油溫度傳感器)、曲軸/凸輪軸位置傳感器(包括電磁感應式、霍爾效應式和光電效應式曲軸/凸輪軸位置傳感器)、節(jié)氣門位置傳感器(包括開關式和線性可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器)、爆震傳感器、速度傳感器(包括ABS輪速傳感器和車速傳感器)和氧傳感器。下面以氧傳感器為例說明傳感器波形測試與波形分析的具體方法，其它傳感器的波形測試與波形分析見與此配套的電控發(fā)動機波形分析光盤。3.1.1氧傳感器波形測試與波形分析1)氧傳感器波形測試方法氧傳感器按其工作原理不同分為氧化鋯型氧傳感器和氧化鈦型氧傳感器兩種類型。在進行波形測試時，雖然其零件類型不同，但其波形測試方法基本相同，常用的有丙烷加注法和急加速法

20、兩種，下面以氧化鋯型氧傳感器為例來說明氧傳感器信號波形的測試步驟。(1)丙烷加注法連接并安裝加注丙烷的工具，把丙烷連接到發(fā)動機的真空管入口處，并做好向真空管內充注丙烷的準備。 按照Pico汽車示波器操作規(guī)程連接儀器，然后將示波器的測試探針連接到氧傳感器的輸出信號線，另一探針搭鐵或連接于蓄電池負極接線柱，如圖3-1所示。起動發(fā)動機使其怠速運轉2-3min，然后加速至2500r/min運轉2-3min，最后讓發(fā)動機處于怠速運轉狀態(tài)。打開Pico汽車示波器，依次點擊“Automotive”、“Sensors”、“Lambda”、和“Zirconia”，進入測試狀態(tài)。打開丙烷加注開關，慢慢向發(fā)動機的真

21、空管內充注丙烷，直到氧傳感器的輸出電壓升高，說明加注的丙烷使發(fā)動機的混合氣變濃了。這時一個運行正常的發(fā)動機控制系統(tǒng)將試圖把氧傳感器信號電壓降低，繼續(xù)緩慢地加注丙烷直到系統(tǒng)失去反饋過濃混合氣的能力。然后繼續(xù)加注丙烷直至發(fā)動機轉速下降100-200r/min，這是由于混合氣過濃導致的。上述過程如果操作正確應該在20-25秒內完成。 迅速關閉丙烷加注開關，切斷丙烷向真空管內充注，以造成極大的真空泄露，使混合氣變稀。 觀察示波器屏幕上的顯示波形并鎖定波形，波形測試完成。接著就可以通過分析波形來判斷氧傳感器是否正常了。圖3-1 氧傳感器波形測試方法 (2)急加速法 按照Pico汽車示波器操作規(guī)程連接儀器

22、，然后將示波器的測試探針連接到氧傳感器的輸出信號線，另一探針搭鐵或連接于蓄電池負極接線柱，如圖3-1所示。 起動發(fā)動機使其怠速運轉2-3min，然后加速至2500r/min運轉2-3min，最后讓發(fā)動機處于怠速運轉狀態(tài)。 在兩秒內將發(fā)動機的油門踏板從怠速急加速到節(jié)氣門完全打開，進行5-6次。在加速時注意發(fā)動機的轉速不要超過4000r/min，以免損壞發(fā)動機。觀察示波器屏幕上的顯示波形并鎖定波形，波形測試完成，如圖3-2所示。接下來通過分析氧傳感器波形的最大、最小電壓以及響應時間來判斷氧傳感器是否正常。圖3-2 氧傳感器的具體測試波形2）氧傳感器的波形分析 （1）氧傳感器的正常波形分析對電控發(fā)動

23、機的氧傳感器信號電壓波形進行分析時，需要檢查其3個特征參數(shù)，一是信號的最高電壓，要求其大于850mv:二是信號的最低電壓，要求其小于175mv或更小:三是信號從濃到稀的最大允許響應時間(波形的中間部分)，要求其小于100ms，且波形在300mv-600mv之間的下降段應該是上下垂直的。典型的氧傳感器正常波形如圖3-3所示。圖3-3 氧傳感器的正常波形注釋 一般電控發(fā)動機上的氧傳感器信號波形的輸出電壓范圍，氧化鋯型為0-1v,氧化鈦型為0-1V或0-5V。例如，吉普公司4.0L轎車上的氧化鈦型氧傳感器的輸出信號電壓范圍就是0-5V，并且它還有一個與眾不同的特點，其傳感器的輸出信號電壓變化與其它車

24、型的氧傳感器相比剛好相反，其混合氣濃時輸出電壓低，混合氣稀時輸出電壓高。氧化鋯型與氧化鈦型氧傳感器的信號電壓變化頻率一般是一樣的，通常為0. 2Hz(怠速時)一5Hz (2500r/min時)。 （2）氧傳感器的故障波形分析氧傳感器的故障波形類型 a.增幅雜波:在氧傳感器信號波形中，經常出現(xiàn)在300mv到600mv之間的一些不重要雜波，稱為增幅雜波，如圖3-4所示。增幅雜波大多是因氧傳感器自身的化學特性變化所導致的，而不是發(fā)動機或其它系統(tǒng)的問題。這種類型的雜波通常對特定的診斷是不重要的，所以增幅雜波又稱為無關型雜波。由此可見，高于600mv和低于300mv的雜波才是明顯的雜波。圖3-4 氧傳感

25、器的增幅雜波b.中等雜波:指氧傳感器信號電壓波形的高電壓段部分向下沖的尖峰，如圖3-5所示。中等雜波尖峰振幅不大于150mv，當氧傳感器的波形穿過450mv時，中等雜波會達到200mv。中等雜波對特定的診斷也許有用，也許沒用，在診斷時還必須權衡一些其它因素。首先，產生雜波的燃油反饋控制系統(tǒng)的類型是重點考慮因素;其次，與雜波發(fā)生時發(fā)動機的運行方式也有關系，例如，多數(shù)汽車在怠速時氧傳感器波形上的雜波比較多;此外，在考慮氧傳感器波形上的中等雜波信號時，發(fā)動機的型號和氧傳感器的類型也是重要的考慮因素。圖3-5 氧傳感器的中等雜波 c.嚴重雜波:指振幅大于200mv的雜波，如圖3-6所示。嚴重雜波會在持

26、續(xù)的運行時段內覆蓋傳感器的整個電壓范圍，其表現(xiàn)為從傳感器運行范圍的頂部向下沖的尖峰，沖過200mv或達到傳感器運行范圍的底部。如果發(fā)動機處在穩(wěn)定的運行工況下，如轉速穩(wěn)定在2500r/min時，嚴重雜波能夠持續(xù)幾秒鐘，這對任何汽車發(fā)動機的故障診斷都是非常有意義的。這種特性的嚴重雜波決不是系統(tǒng)的正常設計造成的，而是由汽缸點火不良或混合氣不平衡等因素引起的，因此必須予以排除。圖3-6 氧傳感器的嚴重雜波 氧傳感器的故障波形原因分析引起氧傳感器出現(xiàn)故障波形的原因有很多，歸納起來主要有以下幾點: a.由于汽缸的點火不良所導致的，主要有點火系統(tǒng)造成的點火不良、混合氣過稀造成的點火不良、混合氣過濃造成的點火

27、不良、汽缸壓力造成的點火不良、真空泄漏或噴油器噴油不平衡造成的點火不良等。發(fā)動機的點火不良是如何引起雜波的呢?在點火不良狀態(tài)下，波形上的毛刺或雜波是由那些燃燒不完全或根本不燃燒的區(qū)域混合氣所引起的，這部分混合氣在燃燒后，剩下的多余氧就進入排氣管中，并經過氧傳感器。當氧傳感器發(fā)現(xiàn)排氣中氧成分變化時，它就非?？斓禺a生一個低壓或毛刺，一系列這些高頻毛刺就組成了“雜波”的現(xiàn)象。 點火系統(tǒng)造成的點火不良，原因可能為損壞的火花塞、高壓線、分電器蓋、分火頭、點火線圈或影響同時點火或單獨點火的電子點火控制器等。通常點火示波器可以用來確定這些問題或排除這些故障。送至汽缸內的混合氣過濃造成的點火不良(原因有多方面

28、)，并且其混合氣的過濃空燃比值超過了燃燒極限(約為l3:1)。送至汽缸內的混合氣過稀造成的點火不良(原因有多方面)，并且其混合氣的過稀空燃比值超過了燃燒極限(約為l7:1)。由汽缸壓力造成的點火不良，通常是由機械問題造成的(例如，氣門燒損，活塞環(huán)斷裂或磨損，凸輪磨損，氣門卡住等)，它使得在點火前汽缸內的混合氣壓力降低，不能產生足夠的熱量，從而妨礙了燃燒，增加了排氣中的氧含量。一個汽缸或幾個汽缸有真空泄漏造成的點火不良，可以通過對所懷疑的真空泄漏區(qū)域(如進氣歧管墊、真空管等)加入丙烷來進行確定，觀察氧傳感器的波形什么時候因加入丙烷使信號變多，尖峰消失。當一個汽缸或幾個汽缸有真空泄漏造成進入汽缸內

29、的混合氣空燃比值超過17:1時，真空泄漏造成的點火不良就發(fā)生了。噴油器噴油不平衡造成的點火不良僅發(fā)生在多點噴射發(fā)動機中，一個汽缸由于混合氣過濃或過稀造成的點火不良，通常是因為噴油時噴油器的實際噴射油量太多或太少所造成的。當汽缸中的混合氣空燃比值超過了危險的17:1時，就產生了稀點火不良;低于危險的13:1時，也會產生濃點火不良，這就造成了因噴油器噴油不平衡產生的點火不良。 b.由于系統(tǒng)的設計不良所引起的，如不同的進氣管通道長度等。c.由于發(fā)動機的性能下降或零部件的老化所造成的，如發(fā)動機長時間使用后，系統(tǒng)密封性能下降，造成汽缸壓力不平衡等。d.由于系統(tǒng)的各種故障所導致的，如進氣管堵塞、氣門卡住等

30、。3.1.2節(jié)氣門位置傳感器的波形測試與波形分析 1)波形測試 連接好波形測試設備，探針接傳感器信號輸出端子，鱷魚夾搭鐵。 打開點火開關，發(fā)動機不運轉，慢慢地讓節(jié)氣門從關閉位置到全開位置，并重新返回至節(jié)氣門關閉位置。慢慢地反復這個過程幾次。這時波形應如圖3-7所示鋪開在顯示屏上。圖3-7 2)波形分析 線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器信號波形分析如圖3-8所示。圖3-8查閱車型規(guī)范手冊，以得到精確的電壓范圍，通常傳感器的電壓應從怠速時的低于1V到節(jié)氣門全開時的低于5V。波形上不應有任何斷裂、對地尖峰或大跌落。應特別注意在前1/4節(jié)氣門開度中的波形，這是在駕駛中最常用到傳感器碳膜的部分。傳感器的前1/

31、8至1/3的碳膜通常首先磨損。有些車輛有兩個節(jié)氣門位置傳感器。一個用于發(fā)動機控制，另一個用于變速器控制。發(fā)動機節(jié)氣門位置傳感器傳來的信號與變速器節(jié)氣門位置傳感器操作相對應。變速器節(jié)氣門位置傳感器在怠速運轉時產生低于5V電壓，在節(jié)氣門全開時變到低于1V。特別應注意達到2.8V處的波形，這是傳感器的碳膜容易損壞或斷裂的部分。在傳感器中磨損或斷裂的碳膜不能向發(fā)動機ECU提供正確的節(jié)氣門位置信息，所以發(fā)動機ECU不能為發(fā)動機計算正確的混合氣命令，從而引起汽車駕駛性能問題。如果波形異常，則更換線性輸出型節(jié)氣門位置傳感器。3.1.3冷卻液溫度傳感器波形測試與波形分析1)波形測試冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳

32、感器的檢測方法和波形基本相同,下面以發(fā)動機冷卻液溫度傳感器為例介紹波形檢測方法和波形分析。連接好波形測試設備,起動發(fā)動機,然后在發(fā)動機暖機過程中觀察溫度傳感器信號電壓的下降情況。如果汽車故障與溫度無直接關系，可以從全冷態(tài)的發(fā)動開始試驗步驟；如果汽車的故障與溫度有直接的關系，則可以從懷疑的溫度范圍開始試驗步驟。2) 波形分析發(fā)動機冷卻液溫度傳感器信號波形的起動暖機過程檢測結果如圖3-9所示圖3-9檢查車型的規(guī)范手冊以得到精確的電壓范圍，通常冷車時傳感器的電壓應在3V5V(全冷態(tài))之間，然后隨著發(fā)動機運轉減少至運行正常溫度時的1V左右。直流信號的判定性度量是幅度。在任何給定溫度下，好的傳感器必須產

33、生穩(wěn)定的反饋信號。發(fā)動機冷卻液溫度傳感器電路的開路將使電壓波形出現(xiàn)向上的尖峰(到參考電壓值)，發(fā)動機冷卻液溫度傳感器電路的短路將產生向下尖峰（到接地值)?？s短時基軸掃描速度至200毫秒/分度(200ms/D)或更短，對捕獲在正常采集方式下快速和間歇性故障是有用的。 克萊斯勒和通用生產的轎車在125時(約1.25V)串了一個1k的電阻到電路中，可使得波形開始約1.25V處，形成一個向上的階梯。波形上跳至3.7V，然后繼續(xù)下降至完全升溫，電壓約2V,這是正常的。如果波形檢測出現(xiàn)任何異常，則應增加更換冷卻液溫度傳感器。3.2 電控發(fā)動機的執(zhí)行器波形測試與波形分析執(zhí)行器也是電控發(fā)動機的重要組成部分之一

34、，電控單元根據(jù)傳感器的輸入電子信號向執(zhí)行器發(fā)出命令，由執(zhí)行器去完成相應的動作，因此執(zhí)行器波形測試也是電控發(fā)動機波形分析故障診斷的重要內容。電控發(fā)動機的執(zhí)行器主要有噴油器、怠速控制電磁閥、廢氣再循環(huán)控制電磁閥、活性炭罐電磁閥、ABS控制電磁閥和渦輪增壓控制電磁閥等，但由于試驗條件有限，本課題測試了噴油器及其相應的故障執(zhí)行器。1）噴油器波形測試方法電控單元向噴油器發(fā)出執(zhí)行命令的方式，亦即電控單元對噴油器的驅動方式有三種類型，分別是飽和開關型、峰值保持型和脈沖調制型。不同類型的噴油器驅動方式，其噴油顯示波形也不相同，桑塔納時代超人AJR發(fā)動機的噴油器驅動方式屬于飽和開關型。（1）按照EA3000汽車

35、示波器操作規(guī)程連接儀器，然后將測試探針連接噴油器控制信號線，另一探針搭鐵或連接于噴油器接地線，如圖3-10所示。（2)起動發(fā)動機使其怠速運轉，然后加速至2500r/min運轉2-3min，直至發(fā)動機完全熱機，同時確認電控發(fā)動機的燃油反饋控制系統(tǒng)進入閉環(huán)狀態(tài)，這可通過觀察屏幕上氧傳感器的信號來確定。(3)關掉空調和所有附屬電器設備，讓變速桿置于停車檔或空檔，然后緩慢加速并觀察在加速時噴油驅動器噴油時間的相應增加。圖3-10 噴油器波形的測試方法 (4)從進氣管加入丙烷，使混合氣變濃，如果系統(tǒng)工作正常，噴油驅動器噴油時間將縮短，它試圖對濃的混合氣進行修正。(5)迅速移走丙烷并造成真空泄漏，使混合氣

36、變稀，如果系統(tǒng)工作正常，噴油驅動器噴油時間將延長，它試圖對稀的混合氣進行補償。(6）提高發(fā)動機轉速至2500r/min并保持穩(wěn)定，此時燃油噴射系統(tǒng)已進入空燃比閉環(huán)控制狀態(tài)，噴油驅動器的噴油時間將被調節(jié)的稍長或稍短，通常噴油驅動器的噴油時間在0.25ms至0.5ms的范圍內做相應修正。（7）觀察示波器屏幕上的顯示波形并鎖定波形，波形測試完成，如圖3-11所示。接著就可以通過分析波形來判斷噴油器是否正常了。2）噴油器的波形分析典型的噴油器正常波形如圖3-12所示，圖中各部分所代表的含義如下：A段電壓通常稱為開路電壓，其值相當于提供給噴油器的系統(tǒng)電壓。當發(fā)動機正常運轉時，系統(tǒng)電壓一般大于13.5V。

37、若該值偏低，噴油器將得不到足夠的電流使噴油器電磁線圈達到磁飽和，導致噴油器針閥開啟時間延長，性能變差。B段表示噴油驅動電路中的三極管導通，即噴油器搭鐵側線路搭鐵的瞬時，噴油器開始噴油。該段波形應該是干凈利落垂直向下的，就是在這期間，噴油器線圈將達到電流飽和，驅動電路承受最大負載，性能較差的驅動電路將會使B段的垂直線扭曲變形。C段表示電壓降加在噴油器線圈兩端.C段應該是非常接近參考搭鐵線電壓，但不可能到達參考搭鐵線電壓，這是因為驅動電路總有微小的固有的導通壓降。該段波形應保持平直，任何畸形或向上翹曲都表明有搭鐵不良、短路或驅動電路損壞的故障。D段表示從噴油器通電針閥打開到噴油器斷電針閥關閉時的整

38、個噴油時間，一般為幾毫秒至幾十毫秒。圖3-11 噴油器的具體測試波形 圖3-12 噴油器的正常波形注釋E段峰值電壓是由于電控單元斷開驅動電路時，噴油器線圈中的電流突變引起的。該峰值電壓與噴油器線圈的匝數(shù)和通電電流有關。噴油器線圈的匝數(shù)越多、電流越大，則可能產生的電壓峰值越大，反之，則可能產生的電壓峰值越小。正常情況下測試時，該峰值電壓一般為35V左右，具體值隨車型不同而異。在測試電壓波形時，如果電壓峰值近似35V，這說明飽和開關型驅動電路內的穩(wěn)壓二極管對電壓產生了鉗位作用。觀察峰值電壓波形頂端，若成直角，說明驅動電路內穩(wěn)壓二極管被反向擊穿，對峰值電壓起了鉗位作用;若不成直角，則表明峰值電壓不足

39、以反向擊穿驅動電路內的穩(wěn)壓二極管，這意味著噴油器電磁線圈不良。如果驅動電路內沒有設置穩(wěn)壓二極管，且噴油器性能良好，則峰值電壓的電壓峰值將達到60V以上。F點是指噴油驅動電路的三極管斷電截止，噴油器停止噴油，電壓從峰值回落到開路電壓的過程。該過程中出現(xiàn)的“駝峰”波形實際上對應于噴油器關閉、針閥落座的瞬時。如果在電壓回落的曲線上出現(xiàn)了多個“駝峰”波形，則說明噴油器針閥或閥座己磨損變形。圖3-13所示為一故障的噴油器顯示波形，故障特征表現(xiàn)為無噴油脈沖信號，其故障原因可能為噴油驅動電路斷路、電控單元控制電路斷路等。圖3-13 噴油器的故障波形 3.3 電控發(fā)動機的點火系波形測試與波形分析利用波形分析方

40、法診斷電控發(fā)動機點火系故障，在汽車維修行業(yè)已經應用了30多年，它的出現(xiàn)開創(chuàng)了運用波形分析的方式診斷發(fā)動機故障的先河，也為使用電子測量技術分析汽車故障打下了良好的基礎。隨著電子技術、計算機技術的發(fā)展，運用波形分析方式診斷發(fā)動機故障的范圍也逐漸由點火系擴展到了傳感器、執(zhí)行器等諸多領域，使汽車故障診斷方式有了飛速發(fā)展。電控發(fā)動機的點火系波形分析主要是通過對點火系初級電壓信號、次級電壓信號、初級電流信號等波形的測試，來診斷點火系各零部件的工作性能和故障部位，從而為快速、準確地維修提供良好的技術支持。下面以點火系次級電壓信號波形為例來說明點火系波形測試與波形分析的具體方法，點火初級電壓波形測試與分析、初

41、級點火電流波形測試與分析以及點火波形雙通道測試與分析見與此配套的電控發(fā)動機波形分析光盤。3.3.1點火系次級電壓信號波形的測試方法電控發(fā)動機的點火系從結構上分為有觸點電子點火系和無觸點電子點火系兩種類型，其中無觸點電子點火系又細分為有分電器和無分電器兩種形式。不同類型的點火系，其波形測試方法也不盡相同。桑塔納時代超人AJR發(fā)動機的點火系屬于無觸點、無分電器的雙缸同時點火類型，其點火信號拾取部位選在火花塞高壓線上，具體測試方法如下。1）按照EA3000汽車示波器操作規(guī)程連接儀器，然后將第一缸信號夾夾住第一缸火花塞高壓線，次級信號拾取夾子分別夾住各缸的火花塞高壓線，如圖3-14所示。圖3-14 點

42、火系次級電壓信號波形的測試方法 2）起動發(fā)動機并使其怠速運轉，觀察次級點火波形信號，然后改變發(fā)動機運轉狀況，盡可能使點火故障現(xiàn)象重現(xiàn)，以便抓住故障波形。 3）有時為了使點火故障現(xiàn)象重現(xiàn)，需要駕駛汽車路試，即汽車邊行使邊測試，以便及時抓住故障波形。4)觀察示波器屏幕上的顯示波形并鎖定波形，波形測試完成，如圖3-15所示。接著就可以通過分析波形來判斷點火次級電壓波形信號是否正常了。圖3-15 點火次級電壓信號的實測波形 3.3.2點火系次級電壓信號的波形分析 1)點火系次級電壓信號的標準波形分析典型的點火系次級電壓信號的標準波形如圖3-16所示，圖中各部分所代表的含義如下:圖3-16 點火次級電壓

43、信號的標準波形注釋A:晶體管導通。AB:晶體管導通后，點火初級電路有電流通過，次級電路感應出一個負電壓。 BDE:次級線圈中的負電壓產生少許振蕩，即閉合振蕩，爾后電壓由負值逐漸變化到零。 E:低壓線圈繼續(xù)導通通電，高壓線圈被低壓線圈磁力線所感應，此時高壓線圈完全克服磁阻完成充磁，并有限流作用。F:晶體管截止，點火線圈初級回路被切斷，次級線圈被感應而急劇產生高電壓。G:點火電壓或擊穿電壓，該高電壓克服高壓阻尼線、分火頭間隙(有分電器型)和火花塞間隙而釋放能量，產生火花。GH:電容放電過程，火花塞間隙被擊穿后，儲存在電容器內的能量迅速釋放。該階段的放電特征是放電電流很大，但放電時間很短。HIJ:電

44、感放電過程，即火花線。儲存在點火線圈內的磁場能繼續(xù)釋放，使火花維持產生。該階段的放電特征是放電電壓低，放電電流小，但放電時間很長，可達千分之幾秒。J:火花消失。JK:點火線圈內的能量不足以克服火花塞間隙，火花消失，剩余的能量在點火線圈和電容器內以低頻振蕩的形式消耗完。該階段的電壓變化為一連續(xù)的減幅振蕩，波峰一般在4-5個左右。 2)點火系次級電壓信號的波形分析關鍵關鍵1一看閉合部分，如圖3-17所示。觀察點火線圈在開始充電時是否保持相對一致的波形下降沿。若下降沿一致，表明各汽缸的閉合角一致，點火正時正確。圖3-17 點火次級電壓信號波形的閉合部分分析 關鍵2一看點火線，如圖3-18所示。觀察各

45、缸的點火電壓峰值是否一致，是否符合該車的技術參數(shù);點火線的中、后段是否有雜訊等。怠速時，次級點火電壓通常為10-15kV。若點火電壓太高，說明在點火次級電路中存在著高電阻，如火花塞、高壓線開路或損壞，火花塞電極間隙過大等;若點火電壓太低，說明點火次級電壓電路的電阻值低于正常值，如火花塞污濁或破損，火花塞、高壓線漏電等。點火線的中段或后段線條特別粗，稱之為雜訊。若點火線的中段或后段有雜訊，表明噴油器或進氣門上的積炭嚴重。圖3-18 點火次級電壓信號波形的點火線分析 關鍵3一看火花線，如圖3-19所示。觀察點火部分的火花線是否近似水平，火花線的起點是否和燃燒電壓一致、穩(wěn)定，火花線上是否有雜波等。若

46、火花線近似水平，火花線的起點和燃燒電壓一致且穩(wěn)定，就表明各缸的空燃比是一致的，火花塞是正常的。如果混合氣的空燃比太稀，燃燒電壓就會比正常值低一些。如果火花塞有污蝕或積炭，火花塞的起點就會上下跳動，火花線會出現(xiàn)明顯的傾斜。若火花線上有過多的雜波，就表明汽缸點火不良，原因可能是點火過早、噴油器損壞、火花塞污蝕等。關鍵4一看燃燒時間，如圖3-20所示。觀察點火部分的燃燒時間是否符合該車的技術參數(shù)。燃燒時間的長短可以反映汽缸內的混合氣濃稀，燃燒時間過長(通常超過2ms)表示混合氣過濃，燃燒時間過短(通常小于0.75ms)表示混合氣過稀。圖3-19 點火次級電壓信號波形的火花線分析 圖3-20點火次級電

47、壓信號波形的燃燒時間分析 關鍵5一看線圈振蕩情況，如圖3-21所示。觀察火花消失后的點火線圈的振蕩波個數(shù)，通常為4-5個，這表明點火線圈和電容器(在普通點火系統(tǒng)中)是好的。圖3-21點火次級電壓信號波形的線圈振蕩情況分析 3）點火系次級電壓信號的典型故障波形點火系在工作過程中，出現(xiàn)故障的類別及故障原因都是多種多樣的，反映到其信號波形上，故障波形也不盡相同，下面僅列舉一些典型的故障波形，以供參考。故障波形1：第四缸的點火擊穿電壓過低，如圖3-22所示。故障波形2：第二缸無點火電壓信號，如圖3-23所示。故障波形3：第四缸點火不良，如圖3-24所示。故障波形4：第四缸無點火電壓信號，如圖3-25所

48、示圖3-22 點火次級電壓信號的典型故障波形之一 圖3-23 點火次級電壓信號的典型故障波形之二圖3-24點火次級電壓信號的典型故障波形之三 圖3-25 點火次級電壓信號的典型故障波形之四 4 電控發(fā)動機故障診斷案例分析4.1 發(fā)動機怠速不穩(wěn)案例1:奧迪v62.6e怠速開關損壞引起怠速不穩(wěn)故障現(xiàn)象：一汽轎車公司制造的奧迪v62.6L轎車，怠速在500至1000r/min范圍內上下抖動。 故障檢測：查詢故障碼1個，00523進氣溫度傳感器g42正極斷路/短路，偶發(fā)故障。清除故障碼后對節(jié)氣門進行基本調整，怠速能穩(wěn)定在700r/min運轉；將轉速提高到2000r/min時，診斷儀與控制單元的通訊中斷

49、。再將油門松開，怠速又在500至1000r/min范圍內上下波動。重新進入發(fā)動機地址，閱讀數(shù)據(jù)塊010組的第2區(qū)，該區(qū)顯示的是節(jié)氣門怠速開關位置，觸點閉合應顯示“1”，觸點打開應顯示“0”；而該車節(jié)氣門無論在關閉或打開位置都顯示“0”。故障分析：進氣溫度傳感器故障不會引起怠速大范圍波動。該車控制單元是早期版本，當發(fā)動機轉速超過2000r/min，由于數(shù)據(jù)流大量堆積，診斷儀與控制單元通訊中斷也屬于正常。造成怠速抖動的真正原因是節(jié)氣門怠速開關不能閉合，控制單元由于接收不到怠速開關閉合信號，所以不能進入怠速穩(wěn)定程序。 故障排除：檢查油門拉線正常，松開節(jié)氣門位置傳感器的兩條緊固螺栓，該傳感器的兩個安裝

50、孔是橢圓的，轉動節(jié)氣門位置傳感器，閱讀數(shù)據(jù)塊可以出現(xiàn)“1”。進行節(jié)氣門基本調整，怠速恢復正常。用戶將車取走使用三天沒問題，第四天故障重現(xiàn)，開回修理廠。閱讀數(shù)據(jù)塊看到節(jié)氣門位置又總是“0”，說明怠速開關接觸不良，更換一個新的節(jié)氣門位置傳感器，經使用數(shù)周后怠速抖動現(xiàn)象再也沒有出現(xiàn)。案例2故障現(xiàn)象：一輛福特福克斯怠速不穩(wěn)。故障檢測：用IDS故障診斷儀檢測，發(fā)現(xiàn)怠速控制閥異常，用萬用表檢測，阻值正常。故障分析：怠速控制閥是ECU的執(zhí)行元件。當?shù)∷俎D速高于設定轉速值時，電腦便指令怠速控制閥關小進氣旁通氣道，使進氣量減小，降低發(fā)動機轉速。當?shù)∷俎D速低于設定轉速值時，電腦便指令怠速控制閥打開進氣旁通氣道或直

51、接加大節(jié)氣門的開度，使進氣量增加，以提高發(fā)動機轉速。節(jié)氣門和周圍進氣道的積炭、污垢過多，空氣通道截面積發(fā)生變化，使得控制單元無法精確控制怠速進氣量，造成混合氣過濃或過稀，使燃燒不正常。由于油污、積炭造成怠速控制閥動作卡滯或卡死，節(jié)氣門關閉不到位等原因，使ECU無法對發(fā)動機進行正確的怠速調節(jié)，造成怠速轉速不穩(wěn)。常見原因有：節(jié)氣門有油污或積炭；節(jié)氣門周圍的進氣道有油污、積炭；怠速步進電機、占空比電磁閥、旋轉電磁閥有油污、積炭。 故障排除：對怠速控制閥進行清洗或更換，對進氣系統(tǒng)打吊瓶后故障消除。系統(tǒng)恢復正常。4.2 加速不良案例：奧迪A4加速不良故障現(xiàn)象：一輛行駛里程約為6.3萬km的奧迪A4 1.

52、8T轎車（裝備AWL發(fā)動機和01J自動變速器），加速不良，且發(fā)動機有時會熄火。 故障診斷： 用VAS5051進行故障查詢，發(fā)動機控制單元中存儲有故障代碼1686，其故障含義是空氣流量傳感器信號過??；讀取測量數(shù)據(jù)塊002組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為680r/min，15%，2.7ms，0g/s。根據(jù)數(shù)據(jù)可以看出該車空氣流量傳感器損壞，更換空氣流量傳感器后試車故障排出。但是在將車交給車主時，發(fā)現(xiàn)轉向時發(fā)動機熄火，再次讀取故障存儲，故障代碼16486依然存在。把新、舊空氣流量傳感器撞到其它同型號車上進行對比試驗，發(fā)現(xiàn)舊的空氣流量傳感器失效，但新的空氣流量傳感器正常，具體分析該車拆除了空氣空氣流量傳感器損壞處，空氣

53、流量傳感器的線路也存在問題。經過對空氣流量傳感器的線束進行仔細檢查，發(fā)現(xiàn)空氣流量傳感器的信號線內的銅線已經斷開，只是中間接觸，從而造成信號中斷引發(fā)故障。故障排查：對空氣流量傳感器信號線進行處理并更換空氣流量傳感器后試車，故障排除。4.3 啟動困難案例:捷達冷啟動困難捷達Cix行駛里程為13萬km。車主反映近來該車常出現(xiàn)冷車不易啟動，每天早上需要啟動多次才能著車，而在以前沒有這種現(xiàn)象；熱車時啟動正常。出現(xiàn)該故障現(xiàn)象后，車主在郊縣的幾個修理廠進行過檢修，更換了點火線圈、缸線、火花塞、發(fā)動機控制單元（電腦）、水溫傳感器，但故障依舊。故障診斷分析：因該車在其它修理廠修過未果才來我站再次維修，考慮到該車問題的特殊性，我站立即委派技術支持小組對該車進行全面檢修。我們先對該車進行常規(guī)的經驗分析，對油路和電路進行仔細的診斷分析。首先，檢測該車的燃油供給系統(tǒng)，檢查其汽油壓力，釋放系統(tǒng)壓力，連接汽油壓力表，啟動車輛，其壓