基于AVL檢測設(shè)備的電控發(fā)動機故障診斷研究

孫 遜，陳 劭

Sun Xun，Chen Shao

（北京林業(yè)大學工學院，北京100083）

0 研究背景

維修站的實際運營中，一般在無法判斷故障問題時或者只是清除ECU的故障碼的情況下，才使用多功能診斷儀，無法較好地發(fā)揮其作用；在許多汽車維修企業(yè)中，僅將尾氣分析儀作為車輛年檢前調(diào)整尾氣、測試簡單參數(shù)的普通設(shè)備，并不能發(fā)揮出它在汽車故障診斷中的作用。大多數(shù)情況下單一地使用一種類型的檢測設(shè)備，檢測結(jié)果可能無法準確反映故障問題，更導致檢測儀器的閑置。文中根據(jù)實驗室現(xiàn)有儀器，充分利用所選儀器的診斷特點，提出了綜合利用一系列檢測儀從多角度診斷汽車發(fā)動機故障的方法。形成了集隨車診斷、車外診斷和集成診斷于一體的全方位診斷方法。

1 故障診斷方法

圖1所示為文中提出的故障診斷方法，具體的故障診斷方案如下：

第一步，利用 AVL8000隨車診斷設(shè)備檢測ECU中儲存的故障代碼及故障名稱；同時利用K81故障解碼器進行相同操作，證明AVL檢測儀器專家系統(tǒng)的先進程度。

第二步，利用AVL8000檢測實時的數(shù)據(jù)流，定量掌握汽車運行數(shù)據(jù)，結(jié)合第一步進一步鎖定故障點。

第三步，利用AVL4000尾氣分析儀檢測尾氣各成分含量情況，根據(jù)結(jié)果結(jié)合第一、二步推測結(jié)果進行驗證。

第四步，利用AVL990專項診斷儀對懷疑的診斷點進行專門的檢查。

2 故障診斷平臺

結(jié)合上面的故障診斷方法，利用實驗室的設(shè)備搭建故障診斷平臺，如圖2和表1所示。

表1 所用儀器介紹

AVL8000是種易于使用、便攜式、為車輛診斷軟件應用而設(shè)計的儀器，它運用內(nèi)部操作系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)部存儲的軟件程序進行工作。發(fā)動機控制器傳送從不同傳感器（發(fā)動機轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等）測量得到的信息并發(fā)送命令給電子系統(tǒng)（噴油嘴、繼電器、電磁閥），所有數(shù)據(jù)取決于通訊速度和控制器性能，實時更新。

AVL4000具有多燃料測量功能（汽油天然氣液化氣酒精），擁有發(fā)動機轉(zhuǎn)速、機油溫度測量接口，并集成于五氣體排放測量系統(tǒng)。其 R232通訊接口具有后處理數(shù)據(jù)軟件。內(nèi)置符合GB18285—2005的雙怠速測量軟件。具有尾氣專家診斷功能，通過尾氣測量分析發(fā)動機故障，并可判斷排氣管是否有泄漏。

AVL Discope 990發(fā)動機綜合分析儀提供了可供選擇的測量范圍自動設(shè)置的測量程序，用戶通過AVL DITEST診斷系統(tǒng)獲取所需的各個功能和檢測程序的詳細描述，這些描述可以顯示在用戶的電腦顯示屏上。

3 驗證試驗

在實驗臺設(shè)置05號故障具體內(nèi)容。

故障名稱：節(jié)氣門控制器怠速接點開關(guān)信號故障；

故障現(xiàn)象：加速遲滯、動力不足；

故障點：ECU至節(jié)氣門控制器怠速接點開關(guān)斷路；

試驗現(xiàn)象：設(shè)置故障后，發(fā)動機怠速的聲音明顯有變化，變得低沉，有沉重感。

3.1 K81顯示的故障碼

讀取故障碼，顯示故障：00668為車輛電壓端子30信號太弱；01165為節(jié)氣門控制單元-J338 基本設(shè)置錯誤；00525為氧傳感器-G39無信號/SP偶發(fā)故障。記下故障碼后清碼，重新讀碼，只有“01165節(jié)氣門控制單元-J338基本設(shè)置錯誤”。故障只能大概定位為節(jié)氣門體部分問題。

3.2 AVL8000故障檢測

（1）節(jié)氣門單元錯誤代碼1165

類型：基本設(shè)置錯誤。

異常部位像節(jié)氣門單元包括節(jié)氣門電位計、怠速執(zhí)行器和怠速位置開關(guān)。原因可能來自：

①某些內(nèi)部元件；

②某些需要檢測的線路；

③沒有正確調(diào)整的控制線路；

④某些可能要替換的 ECU或者節(jié)流閥單元。

在最后一種情況下，可以通過相關(guān)的功能得到基本的值。

（2）怠速位置錯誤代碼516

類型：典型的正極開路或短路。

ECU沒有正確地得到有關(guān)加速器閑置位置的信息。原因可能是：

①傳感器到 ECU的線路出現(xiàn)開路或者短路；

②錯誤的切換；

③節(jié)氣門的機械調(diào)整，粘在一起的連線或者加速器的電纜等等。

基于這個系統(tǒng)，切換可能產(chǎn)生在節(jié)氣門電位計、怠速執(zhí)行器或者怠速的節(jié)氣門（電氣）控制的速度制動器、節(jié)氣門（或電氣）控制的油門單元或者加速器踏板位置傳感器。

某些特定的系統(tǒng)沒有物理切換器，但是從怠速位置信號（虛擬怠速開關(guān)）中可得知怠速位置。

試驗結(jié)果1分析

AVL8000具有一定的專家系統(tǒng)技術(shù)，它由知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、學習系統(tǒng)、上下文、癥兆提取器和解釋器構(gòu)成。當故障碼被診斷出時，反饋到知識庫和數(shù)據(jù)庫中，尋找相關(guān)參數(shù)；根據(jù)這些參數(shù)，進入到推理機中進行推理，所以不僅能檢測輸出與K81相同的節(jié)氣門部位的故障碼，而且更深一步推測故障的問題。最重要的是由于其具有學習系統(tǒng)、解釋器等，根據(jù)檢測到的故障，分析可能出現(xiàn)的故障原因，輔助維修人員確定檢測范圍及檢修的方法，更具有針對性和準確性，便于快速排查故障。

經(jīng)過上面的詳細故障原因分析，可以確定故障的原因可能為節(jié)氣門體部位的故障以及怠速控制部位的故障。需要檢測節(jié)氣門體部件完好程度以及重要部件的角度位置，另外檢測相關(guān)的電路。

3.3 AVL8000檢測的數(shù)據(jù)流

超出正常值的指標

（1）發(fā)動機怠速若超出規(guī)定值，檢查怠速。

（2）節(jié)氣門角度若大于 5°，可能：a. 節(jié)氣門控制部件 J338沒有基本設(shè)定；b. 油門拉線過緊，需調(diào)整；c. 節(jié)氣門控制部件損壞。

（3）發(fā)動機每循環(huán)噴油時間若大于5 ms，發(fā)動機負荷過大。

表2 試驗數(shù)據(jù)流表

試驗結(jié)果2分析

表 2所示為試驗獲得的所有數(shù)據(jù)流，但是只需要分析其中幾組就可以進行判斷。根據(jù)上面第一步檢測結(jié)果，故障問題大致為節(jié)氣門部位及怠速控制部分的問題，所以重點分析與此相關(guān)的數(shù)據(jù)即可。其中超標的項目已經(jīng)整理出來，數(shù)據(jù)流顯示的故障問題也十分明顯。通過幾次實驗，怠速轉(zhuǎn)速值不穩(wěn)定，有些在正常值范圍內(nèi)，有些卻達到了1200 r/min。多項指標說明發(fā)動機負荷過大，以及節(jié)氣門開度過大。根據(jù)理論分析可能是由于怠速節(jié)氣門信號丟失的原因，很有可能是因為怠速節(jié)氣門電位計不起作用，ECU無法接收到該信號，節(jié)流閥體的節(jié)氣門將通過應急彈簧進入機械應急運轉(zhuǎn)狀態(tài)，怠速轉(zhuǎn)速將有所提高，以致達到了 1200 r/min。根據(jù)上述的分析可以進一步推斷，故障可能是怠速節(jié)氣門信號問題。

3.4 AVL4000尾氣分析儀的故障前后以及怠速加速的實驗結(jié)果

表3 檢測尾氣結(jié)果

試驗結(jié)果3分析

對于正常怠速和故障怠速的各項數(shù)值比較可知，CO偏高、CO2偏低、HC偏高、O2偏低、NOx適中，說明混合氣濃。開始的時候發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油耗上升不少，是由于發(fā)動機起動時，為了能夠順利起動，發(fā)動機節(jié)氣門開度達到最大，并且ECU對發(fā)動機進行了加濃噴油。節(jié)氣門單元應急彈簧處于應急狀態(tài)，節(jié)氣門開度處于一定的開度不變，發(fā)動機進氣量增大，噴油量很大，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油耗上升，與此同時，由于油耗量沒有減少，致使排放中CO和HC變大；由于轉(zhuǎn)速比較高，發(fā)動機氣缸燃燒溫度相對于正常怠速要高，從而帶來了NOX的增大。

從尾氣分析來看，進一步驗證了怠速節(jié)氣門電位計的故障問題。

3.5 AVL990實驗波形對比

前述的AVL8000、AVL4000檢測的結(jié)果都是節(jié)氣門部位存在問題，因此在AVL990的專項測試中重點進行傳感器測試中的節(jié)氣門電壓測試。

試驗結(jié)果4分析

AVL990的測試原理：節(jié)氣門電壓計提供給汽車電腦控制單元信息，在怠速期間提速或速度改變時，節(jié)流氣門位置也隨之而改變。通常電壓計由控制單元提供+5V工作電壓和接地信號。節(jié)氣門開度增加，輸出電壓增加，控制單元能測知節(jié)氣門的開度。電壓由滑動電阻的滑邊上提取。當接觸點氧化或滑片磨損（多數(shù)開度位置約為1/4+1/4節(jié)流閥開度），則輸出電壓信號出現(xiàn)跳動。

波形圖不光滑，伴有很多的抖動，說明存在很多的信號干擾。進入專家系統(tǒng)，根據(jù)其推理，鑒定結(jié)果為節(jié)氣門電壓計或傳感器失效，或者接線不良或失效（見圖3、圖4）。

4 結(jié)束語

首先通過試驗對專家系統(tǒng)的先進性進行驗證。對于同一故障使用K81和AVL8000進行對比測試。兩者均測到故障碼，但是AVL8000所測得的故障碼更為精準、全面，并且列出了造成故障的原因。劃定了故障可能發(fā)生的范圍，可以節(jié)省大量的時間和精力，使檢測更為便捷，體現(xiàn)出AVL系統(tǒng)的優(yōu)越性。

進而驗證故障檢測方法的可行性。通過上述對有故障的發(fā)動機進行檢測的試驗過程，使用 AVL8000大概得知故障部位；再通過觀測數(shù)據(jù)流，找出數(shù)據(jù)異常的指標，判斷出大概的故障是怠速節(jié)氣門信號丟失問題；另外，通過觀測尾氣指標，更進一步印證節(jié)氣門控制器怠速接點開關(guān)信號可能存在故障，最后經(jīng)過AVL990專門波形的分析，證明推理判斷的正確性。這與在故障實驗臺上設(shè)置的 05號故障相應的故障點（ECU至節(jié)氣門控制器怠速接點開關(guān)斷路）完全相同，說明文中所提出的故障檢測方法具有可行性以及有效性。并且此方法思路清晰，排查簡便、高效。

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