電控發(fā)動機故障診斷中數(shù)據(jù)流分析

謝東升

（烏魯木齊鐵路運輸學校，新疆烏魯木齊 ，830011）

自我國進入WTO后，汽車制造業(yè)發(fā)展迅速，新車型層出不窮，現(xiàn)代汽車普遍采用電控系統(tǒng)。隨著電控燃油噴射技術(shù)的發(fā)展和維修認識水平的不斷提高，當電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，使用故障診斷儀根據(jù)ECU存儲的故障代碼進行診斷，給維修人員的工作帶來很大的方便。然而，在對汽車維修時，若僅僅靠故障代碼尋找故障，往往會出現(xiàn)判斷上的失誤（例如氧傳感器故障碼）。故障代碼僅僅是ECU認可的一個是或否的界定結(jié)論，不一定是汽車真正的故障部位，并且有很多故障是不被ECU所記錄的，也沒有故障代碼輸出，因此使用故障診斷儀進行數(shù)據(jù)流的檢測，研究發(fā)動機靜態(tài)或動態(tài)數(shù)據(jù)狀況，從而找出故障所在成為較為可行的方法。

數(shù)據(jù)流又稱保持幀，把電控系統(tǒng)的傳感器和執(zhí)行器正常工作時的參數(shù)值(如轉(zhuǎn)速、蓄電池電壓、空氣流量、噴油時間、節(jié)氣門開度、點火提前角、冷卻液溫度等)提供給維修者，然后按不同的要求進行組合，形成數(shù)據(jù)組，就稱之為數(shù)據(jù)流。目前生產(chǎn)的汽車ECU中都有豐富的數(shù)據(jù)流存儲調(diào)用功能，這些標準數(shù)據(jù)流是廠方提供的，或者是在正常行駛的汽車上提取的數(shù)據(jù)，它能監(jiān)測發(fā)動機在各種狀態(tài)下的工作情況。而故障自診斷系統(tǒng)能把汽車行駛過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)資料記錄下來。利用故障診斷儀的動態(tài)數(shù)據(jù)流功能，可以讀出各種動態(tài)數(shù)據(jù)。這樣可以根據(jù)汽車工作過程中各種數(shù)據(jù)的變化 (有故障時的數(shù)據(jù))與正常行駛時的數(shù)據(jù)或標準數(shù)據(jù)流對比分析，可以更容易地判斷故障的類型和發(fā)生部位。因此，利用數(shù)據(jù)流診斷電控汽車故障，對于提高電控汽車的故障診斷準確率具有重要意義。

1 故障代碼功能的局限性：

電控汽車正常運行時，微機控制系統(tǒng)的輸入、輸出信號的電壓值都有一定的變化范圍。當某一個電路信號的電壓值超出了規(guī)定范圍或送入微機不能識別，且這一現(xiàn)象能維持一段時間，微機便判斷這一部分信號電路有故障，并將這一故障以代碼的形式存入存儲器，同時點亮儀表板上的故障指示燈，這就是微機故障自診斷系統(tǒng)的基本原理。

由此可知，自診斷系統(tǒng)一般只能監(jiān)測電控系統(tǒng)的電路信號，并且只能監(jiān)測信號的范圍，并不能監(jiān)測傳感器特性的變化。線性節(jié)氣門位置傳感器要輸出與節(jié)氣門開度成比例的電壓信號，控制系統(tǒng)根據(jù)其輸入電壓信號來判斷節(jié)氣門的開度，即負荷的大小，從而決定噴油量等控制。如果傳感器的特性發(fā)生了變化，傳感器輸出的電壓信號雖然在規(guī)定的范圍內(nèi)，但并不與節(jié)氣門的開度成規(guī)定的比例變化，就會出現(xiàn)發(fā)動機工作不良，而故障指示燈卻并不會亮，當然也不會有故障代碼。事實上，各種傳感器出現(xiàn)的模擬性故障，例如工作不正常、偏差嚴重等是無法靠故障代碼功能檢測出來的。因此，在診斷故障時不能完全依賴此項功能，而只能把它作為分析故障時的參考。

一個實例：

故障現(xiàn)象：一輛捷達王轎車，在入冬后早晨無法起動。

據(jù)車主反映：前幾天早晨起動很困難，有時經(jīng)很長時間也能起動起來，起動后再起動就一切正常。

對發(fā)動機的燃油壓力和氣缸壓力、噴油嘴、配氣相位、點火正時以及火花塞的跳火情況都做了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)動機有油、有火，就是不能起動，到底是什么原因呢?

后來發(fā)現(xiàn)，雖經(jīng)多次起動，可火花塞卻沒有被“淹”的跡象，這說明故障原因是冷起動加濃不夠，是什么原因造成的呢？冷卻液溫度傳感器是否正常呢？

用故障診斷儀檢測發(fā)動機ECU，無故障碼輸出。通過讀取該車發(fā)動機靜態(tài)數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機ECU輸出的冷卻液溫度為105℃，而此時發(fā)動機的實際溫度只有2-3℃，很明顯，發(fā)動機ECU所收到的水溫信號是錯誤的，用萬用表測量冷卻液溫度傳感器與電腦之間線束，既沒有斷路，也沒有短路，電腦給冷卻液溫度傳感器的5V參考電壓也正常，于是將冷卻液溫度傳感器更換，再起動正常，故障排除。這起故障案例實際并不復(fù)雜，但它說明一個問題，那就是電控燃油噴射發(fā)動機系統(tǒng)的ECU對于某些故障是不進行記憶存儲的，比如該車的冷卻液溫度傳感器。再比如有氧傳感器反饋信號失真，空氣流量計電壓信號漂移造成空氣流量計所檢測到的進氣量與實際進氣量出現(xiàn)差異等，都不能被ECU認可為故障。在這種情況下，閱讀控制單元數(shù)據(jù)成為解決問題的關(guān)鍵。

2 利用“動態(tài)數(shù)據(jù)流”分析故障

許多電控汽車的故障診斷系統(tǒng)具有行車記錄功能，能記錄車輛行駛過程中的有關(guān)動態(tài)數(shù)據(jù)資料。這些數(shù)據(jù)隨發(fā)動機工況的變化而不斷變化，如氧傳感器的信號應(yīng)在0.1V-0.9V之間不斷變化等。通過故障診斷儀閱讀控制單元動態(tài)數(shù)據(jù)，能夠了解各傳感器輸送到ECU的信號值，通過與標準值的比較，能快速找出確切的故障部位。例如，動態(tài)測試中點火提前角應(yīng)該隨著節(jié)氣門的開度或發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而增大或縮小，否則與之相關(guān)的方面可能有問題。

2.1 有故障碼時的方法

可重點針對與故障碼相關(guān)的傳感器的數(shù)據(jù)進行分析，以找出故障原因所在。

故障現(xiàn)象 一輛桑塔納1.6轎車，百公里油耗增加1L檢查與判斷車主反映：前幾天換了火花塞，調(diào)整了點火正時，油耗還是高，通過與車主交流確認不是油品的問題。于是連接故障診斷儀，進入“發(fā)動機系統(tǒng)”，讀取故障碼為“氧傳感器信號超差”，是氧傳感器壞了嗎？進入“讀測數(shù)據(jù)塊”，讀取16通道“氧傳感器”的數(shù)據(jù)，顯示為0.01V不變。

氧傳感器長時間顯示低于0.45V的數(shù)值，說明兩點：一是說明混合氣稀，二是說明氧傳感器自身信號錯誤。通過發(fā)動機的動力表現(xiàn)來看，不應(yīng)是混合氣稀，那就重點檢查氧傳感器，方法是人為給混合氣加濃，在連加幾腳油的情況下，氧傳感器的數(shù)據(jù)由“0.01V”微變?yōu)椤?.03V”，幾乎不變，進一步檢查氧傳感器的加熱線電壓正常，說明氧傳感器損壞。更換氧傳感器，再用診斷儀讀其數(shù)據(jù)顯示0.1V-0.9V變化正常，至此維修過程結(jié)束。第二天，車主反映油耗恢復(fù)正常，故障排除。這是一起典型的由氧傳感器損壞引起的油耗高的故障。

2.2 無故障碼時的方法

通過對基本傳感器信號數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析和定量對應(yīng)分析來確定故障部位。

實例：一輛桑塔納2000時代超人轎車行駛14萬km，出現(xiàn)怠速不穩(wěn)，加速無力并有“聳”車現(xiàn)象。先后清洗了噴油器及節(jié)氣門體，更換了火花塞和高壓線，燃油壓力也在標準范圍內(nèi)，而故障依舊存在。

試車發(fā)現(xiàn)怠速時略有抖動，踩油門踏板急加速，進氣歧管回火，發(fā)動機在滯后一小段時間后才提升到3000r/min以上；緩慢加速則基本正常。用故障診斷儀讀故障碼，無故障碼顯示，進入數(shù)據(jù)流功能，怠速主要數(shù)據(jù)：

發(fā)動機轉(zhuǎn)速730-850r/min；進氣量3.2-3.6g/s；噴油脈寬 2.87ms，點火提前角 7-12°，節(jié)氣門角度7°，氧傳感器電壓0.635±0.1V

通過數(shù)據(jù)流可以看到節(jié)氣門開度達到7°，超過正常值。實際上，性能良好的發(fā)動機在清洗完節(jié)氣門體后，即使不做基本設(shè)定，其角度也能很快自適應(yīng)達到正常值范圍，因此角度過大是ECU進行怠速穩(wěn)定調(diào)整的結(jié)果而不是故障的原因。噴油脈寬達到2.87ms，超過正常值；氧傳感器信號長時間滯留在0.455～1.0V，說明混合氣過濃。進氣量也超過正常值。通過對各數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)只有進氣量是單項的輸入信號。有理由認為該信號與實際存在偏差，造成其他數(shù)據(jù)的相應(yīng)變化。做急加速試驗，同時觀察數(shù)據(jù)流的變化。節(jié)氣門角度響應(yīng)良好；點火提前角在轉(zhuǎn)速未能提升起來的2s內(nèi)，只能處在20°以內(nèi)，然后才提升到30°以上。同樣，噴油脈寬也難以達到10ms以上，氧傳感器信號響應(yīng)性的躍變不明顯。再看進氣量，急加速的2s內(nèi)，只能提升至15g/s，正常時可以達到20g/s。綜上所述，該故障極有可能是因空氣流量計性能下降、信號值失準造成的。怠速工況時的信號大于正常值，使混合氣過濃。急加速工況響應(yīng)性差，信號不能與實際進氣量同步，使ECU計算出的噴油量偏少，造成混合氣過稀，因而發(fā)動機回火，動力不足，轉(zhuǎn)速提升困難。這一點從點火提前角的變化也可以看出來，因為它表征為發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升的一種趨勢，且是同步的。更換空氣流量計、故障消失。讀取相關(guān)數(shù)據(jù)流，做急加速，點火提前角可迅速升至40°以上，噴油脈寬達到10ms以上，進氣量升至25g/s以上，氧傳感器信號恢復(fù)正常。

可見，有些情況故障代碼并不一定能反映出來，但可利用數(shù)據(jù)流功能較為準確地判斷故障的類型和發(fā)生部位。所以，運用“數(shù)據(jù)流”進行故障分析，便于維修人員了解汽車的綜合運行參數(shù)，可以定量分析電控發(fā)動機的故障，有目的地去檢測更換有關(guān)元件，在實際維修工作中可以少走很多彎路，減少診斷時間，極大地提高工作效率。

[1]尹力會.最新汽車數(shù)據(jù)流手冊.

[2]郭彬.數(shù)據(jù)流分析及在汽車故障檢測診斷中的應(yīng)用.