汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)故障診斷策略研究

王仁群

摘要：本文以邁騰B8L國五版CUGA發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)作為研究對象，分別從控制邏輯、故障現(xiàn)象出發(fā)，研究汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)故障。通過故障類型總結(jié)、切分，分析檢測、診斷的過程及方法，獲得了發(fā)動機(jī)故障類型，故障診斷策略和測量工具的選用依據(jù)，測量方式對檢測結(jié)果的影響，并進(jìn)行了故障案例分析。

Abstract： This article takes the Magotan B8L National V CUGA engine electronic control system as the research object， starting from the control logic and failure phenomena， to study the failure of the automobile engine electronic control system. Through the summary and segmentation of fault types， analysis of the process and methods of detection and diagnosis， the selection basis of engine fault types， fault diagnosis strategies and measurement tools， the influence of measurement methods on detection results are obtained， and fault case analysis is carried out.

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī);電控系統(tǒng);故障診斷

Key words： automobile engine;electronic control system;fault diagnosis

中圖分類號：U471.14 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0120-03

0 ?引言

隨著汽車電控技術(shù)的快速發(fā)展，汽車電氣化程度越來越高，整車控制策略越發(fā)復(fù)雜。汽車電控系統(tǒng)故障診斷難度不斷增加，對維修人員的知識和技能要求不斷提高[1-3]。在進(jìn)行汽車故障診斷時，如何快速找到測量點(diǎn)，除利用解碼器等檢測設(shè)備，更重要的是要了解各系統(tǒng)的組成及工作原理，結(jié)合整車控制策略，理清信號傳遞流程及典型工作現(xiàn)象，通過對故障現(xiàn)象總結(jié)、分類、合理切分，快速準(zhǔn)確的找到診斷切入點(diǎn)，進(jìn)行故障檢測與維修。本文以邁騰B8L國五版CUGA發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)作為研究對象，研究發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)故障類型及檢測與診斷方法。

1 ?整車上電邏輯及故障分類

1.1 整車上電邏輯

目前汽車發(fā)動機(jī)都是由發(fā)動機(jī)控制單元根據(jù)傳感器等輸入信號，經(jīng)過計(jì)算控制相應(yīng)的執(zhí)行器動作來控制發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂茊卧M(jìn)入正常工作狀態(tài)需要防盜解除，整車上電成功，喚醒控制單元。車輛防盜體系有很多，各車系也有多代防盜體系，從故障診斷層面分析，總體控制策略基本相似，以一鍵起動車輛為例，如圖1所示。按下點(diǎn)火開關(guān)，信號傳遞給控制單元（并不特指某一具體控制單元，不同車輛防盜體系組成有差異，虛線方框泛指一個體系，有些車輛點(diǎn)火開關(guān)信號直接給到BCM，有些車輛信號給到無鑰匙控制單元，由幾個控制單元共同參與信息的傳遞，完成防盜認(rèn)證，通過電路圖可具體確定），控制單元通過低頻天線搜索鑰匙，鑰匙被喚醒后發(fā)送高頻信號（ID信息等），由車內(nèi)高頻天線接受，并將信息傳遞給控制單元進(jìn)入防盜認(rèn)證匹配認(rèn)證流程。防盜認(rèn)證通過后，BCM控制ON檔電繼電器動作，整車上電成功，儀表點(diǎn)亮（儀表點(diǎn)亮有兩種方式，一種直接由ON檔電喚醒點(diǎn)亮，另一種整車上電成功后通過CAN總線喚醒點(diǎn)亮）。

當(dāng)儀表無法點(diǎn)亮?xí)r故障點(diǎn)包括：點(diǎn)火開關(guān)輸入信號、控制單元本體及供電搭鐵、低頻天線、ON檔繼電器、儀表單元本體及供電搭鐵。在做故障排查時，可以通過各種現(xiàn)象幫助縮小故障范圍，如打開車門儀表能夠正常顯示車門狀態(tài)，說明儀表單元本體、供電搭鐵、通訊無故障。

1.2 發(fā)動機(jī)電控故障分類

發(fā)動機(jī)由靜止到自行運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要外力輔助帶動活塞動作，完成進(jìn)氣、壓縮沖程，然后點(diǎn)火做工，在曲軸飛輪存儲能量，進(jìn)入自行工作狀態(tài)。目前汽車都采用起動機(jī)輔助起動，發(fā)動機(jī)能夠正常起動運(yùn)轉(zhuǎn)，首先需要整車上電成功，喚醒控制單元進(jìn)入工作狀態(tài)，控制起動繼電器動作，使得起動機(jī)工作帶動發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)工作邏輯及發(fā)動機(jī)故障類型，可將發(fā)動機(jī)故障分為三大類：起動機(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)無法起動;起動機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)無法起動;發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定。

2 ?起動機(jī)不轉(zhuǎn)

各車系起動系統(tǒng)組成、控制策略基本類似，如圖2所示。車身防盜解除，ON檔上電成功，喚醒控制單元，起動條件（動力防盜認(rèn)證通過信息、起動信號、P/N檔位信號、制動開關(guān)F信號等）滿足后，發(fā)動機(jī)控制單元控制起動繼電器動作，起動機(jī)得電后立即運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動發(fā)動機(jī)起動。根據(jù)起動控制策略起動機(jī)不轉(zhuǎn)電控系統(tǒng)故障可切分為：第一類起動條件不滿足;第二類模塊通訊故障（包括模塊本體、常電、總線）;第三類起動機(jī)控制電路故障。

以起動機(jī)控制電路故障為例分析起動機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)故障。

ON檔電建立，控制單元通訊正常，起動條件具備后，控制單元控制起動繼電器動作，為起動機(jī)提供50電，起動機(jī)起動。起動機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)電控系統(tǒng)故障主要涉及起動機(jī)繼電器本體及相關(guān)線路，具體故障見表1所示。

控制單元內(nèi)部通過監(jiān)測電路監(jiān)測繼電器線圈端，有些系統(tǒng)也會對繼電器輸出端進(jìn)行檢測，當(dāng)出現(xiàn)故障，會報(bào)相應(yīng)故障碼，可以根據(jù)故障碼進(jìn)行排查。對于繼電器測量，應(yīng)按照輸出端、供電端，控制端順序測量，分析測量結(jié)果，明確下一步測量點(diǎn)。以繼電器至控制單元線路虛接110Ω為例，測試條件：按下起動按鈕，測試設(shè)備萬用表，測量結(jié)果見表2。

通過測量發(fā)現(xiàn)繼電器的85#對地電壓有5.8V壓降，說明繼電器的85#至控制單元線路有虛接，經(jīng)測量，虛接電阻為110Ω。

3 ?起動機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)無法起動

起動機(jī)轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)無法起動故障可以從工作原理進(jìn)行分析，只要發(fā)動機(jī)正時信號正確，缸壓、混合氣濃度合適，能夠正常點(diǎn)火，發(fā)動機(jī)就可以啟動。這些運(yùn)行條件基本涵蓋了發(fā)動機(jī)的各系統(tǒng)，包括機(jī)械和電控部分，故障點(diǎn)也可以按照此進(jìn)行切分。根據(jù)發(fā)動機(jī)工作原理將電控系統(tǒng)故障分為三類：第一類轉(zhuǎn)速信號異常;第二類燃油系統(tǒng)故障;第三類點(diǎn)火系統(tǒng)故障。

3.1 轉(zhuǎn)速信號異常

轉(zhuǎn)速信號是發(fā)動機(jī)正常工作最重要的參數(shù)之一，包括曲軸位置信號和凸輪軸位置信號，發(fā)動機(jī)需要根據(jù)其轉(zhuǎn)速信號來確定噴油量及噴油和點(diǎn)火正時。轉(zhuǎn)速信號異常，每款車故障現(xiàn)象會有不同，有些會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法起動，有些會導(dǎo)致起動時間延長。轉(zhuǎn)速信號排查可通過解碼器讀故障碼和數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，曲軸位置傳感器也可通過儀表上發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速表快速進(jìn)行判斷。常用轉(zhuǎn)速信號傳感器有磁電式和霍爾式，磁電式傳感器本身電阻值為1kΩ左右，線路測量可以通過電阻，電壓或示波器測量。霍爾傳感器常用三線式，分別為供電線、搭鐵線，信號線（方波）。

3.2 燃油系統(tǒng)故障

汽油機(jī)通過燃油在進(jìn)氣道及汽缸內(nèi)霧化、混合、壓縮后點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生能量，汽缸內(nèi)是否噴入足夠的燃油及燃油霧化效果直接影響發(fā)動機(jī)工作性能，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法起動。所以燃油系統(tǒng)要在油路中建立足夠的油壓，且定時定量的噴入到汽缸內(nèi)。邁騰B8L國五發(fā)動機(jī)采用雙噴射，即同時設(shè)計(jì)有低壓和高壓噴射，起動時采用高壓噴射。根據(jù)發(fā)動機(jī)工作原理及控制邏輯，在起動機(jī)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速信號正常條件下，燃油系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法起動的故障有：第一類燃油壓無法建立;第二類是噴油器不工作。以邁騰B8L燃油壓力無法建立故障為例分析，燃油泵控制電路如圖3所示，燃油泵控制單元J538通過發(fā)動機(jī)控制單元J623提供的PWM信號控制燃油泵工作。

油路系統(tǒng)要建立足夠的油壓，需要J538、J623控制信號及燃油泵正常工作，如果油路中無法建立足夠油壓，即油路中沒有燃油或油壓太低，會造成發(fā)動機(jī)無法起動故障，具體故障點(diǎn)見表3。

3.3 點(diǎn)火系統(tǒng)故障

汽油機(jī)混合氣經(jīng)壓縮后點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生能量，點(diǎn)火能量是否正常直接影響發(fā)動機(jī)工作性能，嚴(yán)重時甚至造成發(fā)動機(jī)無法起動。根據(jù)發(fā)動機(jī)工作原理及控制邏輯，在起動機(jī)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速信號正常、燃油系統(tǒng)正常條件下，一兩缸火花塞不跳火不會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法啟動，而所有點(diǎn)火線圈及火花塞同時出現(xiàn)故障的概率也很小。所以點(diǎn)火系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動機(jī)無法起動的故障應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注可以導(dǎo)致所有火花塞不能工作的部件和線路，主要為點(diǎn)火線圈供電供電繼電器相關(guān)故障。

4 ?發(fā)動機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定

發(fā)動機(jī)起動后穩(wěn)定運(yùn)行需要所有系統(tǒng)都正常工作，否則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，按照典型現(xiàn)象可將發(fā)動機(jī)工作不穩(wěn)定故障分為：啟動困難、怠速抖動、功率受限、加速熄火、EPC燈點(diǎn)亮。

4.1 起動困難

導(dǎo)致發(fā)動機(jī)啟動困難的因素有很多，包括蓄電池電壓低、積碳、混合氣過濃或過稀、油壓低、點(diǎn)火能量弱、發(fā)動機(jī)正時不匹配、排氣管堵塞等。從發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程分析，造成發(fā)動機(jī)抖動的本質(zhì)原因是各缸功率不平衡，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)因反倒力矩不平衡而發(fā)生抖動?；旌蠚膺^稀、缸壓不足、正時錯誤、缺缸等造成了發(fā)動機(jī)怠速抖動。發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，由于故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)速、扭矩受限，加速無力、動力不足現(xiàn)象，這一類故障也非常多，如節(jié)氣門體故障（翻板卡死、電機(jī)損壞、節(jié)氣門位置傳感器故障等）、油門踏板位置傳感器故障等。

4.2 怠速抖動

從發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程分析，造成發(fā)動機(jī)抖動的本質(zhì)原因是各缸功率不平衡，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)因反倒力矩不平衡而發(fā)生抖動。機(jī)械結(jié)構(gòu)、正時調(diào)節(jié)、進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)造成的混合氣過稀、缸壓不足、正時錯誤、缺缸等是引起各缸功率不平衡，造成了發(fā)動機(jī)怠速抖動的根本原因。常見為火系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)故障，首先通過數(shù)據(jù)流讀取失火數(shù)據(jù)判斷具體是那一缸故障。分別對相應(yīng)缸的噴油器及點(diǎn)火線圈及火花塞及線路進(jìn)行排查，可以采用對調(diào)法，將三者分別調(diào)換至其他缸，如故障轉(zhuǎn)移至相應(yīng)缸，說明就是此件出現(xiàn)故障。

4.3 功率限制

發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中，由于故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)速、扭矩受限，加速無力、動力不足現(xiàn)象，這一類故障也非常多，如節(jié)氣門體故障（翻板卡死、電機(jī)損壞、節(jié)氣門位置傳感器故障等）、油門踏板位置傳感器故障等。以邁騰B8L節(jié)氣門電機(jī)線路斷路故障為例，節(jié)氣門電機(jī)控制電路如圖4所示，傳感器信號及電機(jī)控制都是由發(fā)動機(jī)控制單元J623處理。

故障現(xiàn)象描述：ON檔，方向盤解鎖，儀表點(diǎn)亮，但未見節(jié)氣門自檢聲且多功能顯示器上定速巡航故障燈點(diǎn)亮，起動檔，EPC燈亮，文本提示“發(fā)動機(jī)動啟停系統(tǒng)故障”，怠速1000轉(zhuǎn)，踩下油門踏板，轉(zhuǎn)速限制在1500轉(zhuǎn)。運(yùn)行片刻后排放燈亮。故障現(xiàn)象分析：打開點(diǎn)火開關(guān)未見節(jié)氣門自檢聲，啟動后EPC燈常亮，結(jié)合高怠速且發(fā)動機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制在2500。初步推斷節(jié)氣門體或其相關(guān)線路故障，或623局部故障。讀取故障代碼：J623中P210000-節(jié)氣門執(zhí)行器控制電機(jī)電路開路。故障測量過程：測試條件為ON檔，測試數(shù)據(jù)見表4。

測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)電機(jī)供電線路兩端存在2V電壓差，推斷該線斷路。經(jīng)測量該線電阻無窮大，確認(rèn)為線路斷路。故障機(jī)理為節(jié)氣門電機(jī)的供電線路T105/91-T6e/5斷路，使節(jié)氣門電機(jī)不工作，導(dǎo)致怠速偏高，加速異常。

5 ?結(jié)語

在汽車故障檢測與診斷時，需充分掌握汽車各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及控制邏輯，了解數(shù)據(jù)流意義及故障碼產(chǎn)生機(jī)理。故障診斷過程中仔細(xì)觀察，根據(jù)整車的狀態(tài)、故障現(xiàn)象，分析導(dǎo)致故障產(chǎn)生本質(zhì)原因，按照系統(tǒng)控制策略及工作條件等將故障合理切分。通過故障現(xiàn)象分類，將故障范圍縮小，確定診斷思路及測量切入點(diǎn)。在故障診斷過程中，同時需仔細(xì)觀察，分析車輛工作狀態(tài)及故障現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁婷.淺論信息化背景下的汽車維修技術(shù)[J].時代汽車，2019（07）：178-179.

[2]韓紹靖.現(xiàn)代汽車故障診斷方法及其應(yīng)用研究[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2019（05）：50.

[3]祝勇.關(guān)于汽車維修技術(shù)特征與改善措施的研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（18）：134-135.