張錢斌，馬 玲

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，安徽蕪湖241000）

基于波形分析的電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷應(yīng)用研究

張錢斌，馬 玲

（安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，安徽蕪湖241000）

在汽車電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷和維修過程中，為了提高維修效率，汽車維修人員除了運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)修車法、故障碼診斷法和數(shù)據(jù)流分析法診斷分析故障外，還應(yīng)該掌握波形分析方法對(duì)故障進(jìn)行診斷。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬故障實(shí)驗(yàn)，對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的氧傳感器和點(diǎn)火系統(tǒng)的波形進(jìn)行了分析介紹，結(jié)合實(shí)例分析波形分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用。

波形分析；電控發(fā)動(dòng)機(jī)；故障診斷

隨著電子技術(shù)在汽車各電控系統(tǒng)的普及及應(yīng)用，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速器、制動(dòng)、懸架、空調(diào)、防盜及電氣系統(tǒng)均采用電子模塊進(jìn)行控制，并通過CAN-BUS數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)進(jìn)行連接。如果汽車出現(xiàn)故障，導(dǎo)致汽車出現(xiàn)個(gè)別或者全部功能喪失，單憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)、故障碼診斷法和數(shù)據(jù)流分析方法已經(jīng)不足以解決所有問題。因此，掌握運(yùn)用另一種波形分析診斷法，可以幫助我們解決個(gè)別“疑難雜癥”。本文闡述利用波形分析診斷法，借助博世FSA740綜合發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀和金德KT600波形分析儀等實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過對(duì)桑塔納AJR發(fā)動(dòng)機(jī)氧傳感器和點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行模擬故障實(shí)驗(yàn)，對(duì)比正常與問題波形，并通過真實(shí)案例分析，從而快速找出故障的原因、排除故障。

1 氧傳感器波形

氧傳感器根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中氧的含量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出，反應(yīng)混合氣的濃與稀，從而對(duì)空氣和燃油的比值進(jìn)行修正。輸出信號(hào)有兩個(gè)極值點(diǎn)：如桑塔納2000AJR發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)后，通過故障診斷儀檢測(cè)到氧傳感器輸出電壓在0.1～0.9V范圍內(nèi)上下不斷變化，變化次數(shù)＞8次∕10秒?；旌蠚庠綕鉁y(cè)量的電壓越低、反之電壓越高。桑塔納AJR發(fā)動(dòng)機(jī)氧化鋯型氧傳感器在中速時(shí)的波形如圖1所示。

電控發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，氧傳感器工作特性發(fā)生改變，但ECU監(jiān)測(cè)的電壓信號(hào)沒有超出正常值時(shí)，EUC不能判定故障存在，因此不會(huì)存儲(chǔ)故障代碼，通過數(shù)據(jù)流進(jìn)行診斷很難發(fā)現(xiàn)異常，如果能通過波形分析儀測(cè)得實(shí)時(shí)的波形信息，通過對(duì)波形的觀察分析，將會(huì)幫助診斷人員提高故障判斷的準(zhǔn)確性。

圖1 氧傳感器正常波形（氧化鋯型）

通過對(duì)桑塔納2000AJR發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，連接FSA740綜合發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀診斷端子與氧傳感器端子。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，使冷卻液溫度達(dá)到80～90℃，開啟FSA740，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高至1500～2000轉(zhuǎn)∕分鐘，停留5～10秒，觀察現(xiàn)象并記錄氧傳感器波形，反復(fù)測(cè)量四次。隨后拆下氧傳感器，將傳感器上的透氣孔涂上密封膠，再裝回，以此模擬傳感器有堵塞的故障，按照正常程序測(cè)試，觀察現(xiàn)象并記錄波形。

氧傳感器正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加速有力，輸出的波形正常；經(jīng)過模擬設(shè)置故障后，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后出現(xiàn)加速不良的現(xiàn)象，通過KT600故障診斷儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)無故障代碼，進(jìn)氣、點(diǎn)火和噴油均有異常。通過綜合發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀查看設(shè)置故障后的波形如圖2所示。

通過波形可以看出，氧傳感器的靈敏性受到影響，出現(xiàn)延遲，波峰和波底的波形圖出現(xiàn)部分滯留的狀況。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)，需要更濃的混合氣，而氧傳感器確不能立即反饋信號(hào)給ECU，造成供油不暢，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)加速不良的故障現(xiàn)象。

隨后將氧傳感器拆卸，將密封膠清理干凈裝復(fù)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，加速有力，實(shí)測(cè)波形正常。

圖2 氧傳感器故障波形

2 次級(jí)點(diǎn)火波形

點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，該系統(tǒng)如果出現(xiàn)了問題，將會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、動(dòng)力不足、加速遲緩無力、尾氣排放超標(biāo)等故障現(xiàn)象。利用點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)測(cè)的次級(jí)點(diǎn)火波形可以快速對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的故障進(jìn)行分析診斷。利用FSA740綜合發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀實(shí)測(cè)桑塔納AJR發(fā)動(dòng)機(jī)的1缸點(diǎn)火波形如圖3所示。

圖3 單杠標(biāo)準(zhǔn)次級(jí)點(diǎn)火波形

通過對(duì)桑塔納2000AJR發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，在利用事先準(zhǔn)備的帶有積碳和燒蝕故障的火花塞（如圖4所示），替換原車正?；鸹ㄈ^察發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)象，并記錄各缸點(diǎn)火波形。實(shí)驗(yàn)前起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱，使冷卻液溫度達(dá)到80～90℃，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)其他系統(tǒng)進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常。隨后將有積碳的火花塞替換1缸和3缸正?；鸹ㄈ瑢⒂休p微燒蝕的火花塞替換2缸火花塞。再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。連接FSA740檢查點(diǎn)火系統(tǒng)次級(jí)波形，如圖5所示。

圖4 帶有積碳故障的火花塞

從波形上可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的點(diǎn)火擊穿電壓不相同，4個(gè)氣缸只有第四缸的波形比較正常，其它各缸的擊穿電壓都偏低，且第三缸的擊穿電壓只有2kV，點(diǎn)火衰減振蕩部分波動(dòng)幅度較大，無法完成正常點(diǎn)火。因此，由于個(gè)別缸不能正常點(diǎn)火，導(dǎo)致氣缸不工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作時(shí)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)，出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、抖動(dòng)現(xiàn)象。

圖5 實(shí)測(cè)各缸點(diǎn)火次級(jí)電壓波形

后將原火花塞裝復(fù)，故障消失，測(cè)得波形正常（如圖6所示）。

圖6 正常點(diǎn)火波形

3 波形分析故障應(yīng)用實(shí)例

3.1 氧傳感器波形案例分析

故障現(xiàn)象：一輛一汽大眾新捷達(dá)轎車，駕駛員反映汽車行駛過程中緩慢加速時(shí)有輕微挫車現(xiàn)象，急加速時(shí)挫車現(xiàn)象明顯，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)有輕微抖動(dòng)。

故障診斷：

根據(jù)該車出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，引起該現(xiàn)象的原因包括：空氣流量計(jì)電壓異常；噴油脈寬異常；配氣相位異常；氧傳感器信號(hào)異常等。首先起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱到正常值，通過KT600故障診斷儀查看發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流，根據(jù)查看的數(shù)據(jù)流顯示點(diǎn)火提前角、燃油噴射脈寬、節(jié)氣門開度和進(jìn)氣量都正常，但發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)流模塊007組2區(qū)顯示的氧傳感器輸出電壓有問題，數(shù)值始終在0.2～0.5V范圍內(nèi)變化，且該信號(hào)在發(fā)動(dòng)機(jī)加速時(shí)變化次數(shù)太少，數(shù)值也偏低。隨后利用FSA740檢測(cè)氧傳感器的波形，如圖7所示。

圖7 實(shí)測(cè)氧傳感器信號(hào)電壓波形

觀察該傳感器輸出波形可以看到，氧傳感器在單位時(shí)間內(nèi)變化的次數(shù)明顯少于8次∕10秒，信號(hào)變化次數(shù)較低。關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)，將氧傳感器從排氣管上拆下，檢查發(fā)現(xiàn)氧傳感器的內(nèi)表面有一層厚厚的積碳。隨機(jī)更換了一只好的氧傳感器將其重新裝回。再次起動(dòng)車輛，故障診斷儀和綜合發(fā)動(dòng)機(jī)分析儀檢測(cè)的數(shù)值和波形都正常，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加速強(qiáng)勁，故障解除。

3.2 點(diǎn)火系統(tǒng)波形案例分析

故障現(xiàn)象：一輛桑塔納3000型轎車，行駛里程為75 000km，發(fā)動(dòng)機(jī)能順利啟動(dòng)，但5分鐘內(nèi)自動(dòng)熄火，再次起動(dòng)車輛，怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)抖，7～8分鐘內(nèi)再次自動(dòng)熄火。

故障診斷：

連接故障診斷儀對(duì)自診斷系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)故障碼。由于沒有故障代碼，根據(jù)電控發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究得知，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難的原因可能是空氣流量傳感器輸出信號(hào)偏低或噴油周期信號(hào)偏低、點(diǎn)火電壓異常、配氣相位紊亂等。

再次起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，利用故障診斷儀查看發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)下的“數(shù)據(jù)流”，通過讀取節(jié)氣門開度、點(diǎn)火提前角、噴射周期、進(jìn)氣量和冷卻液溫度等參數(shù)的數(shù)值情況，均未發(fā)現(xiàn)異常。

然后利用示波器對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)次級(jí)點(diǎn)火電壓平列波形進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)2缸的點(diǎn)火擊穿電壓與其他3個(gè)缸相比明顯偏低（如圖8所示）。根據(jù)波形分析，影響擊穿電壓過低的主要因素有火花塞積碳、電極間隙過小、高壓線局部短路的。然后拆下2缸火花塞對(duì)其進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該火花塞表面附著有一定量的積碳。利用清洗劑對(duì)火花塞進(jìn)行清洗后裝復(fù)重新試車，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，再次測(cè)試各缸點(diǎn)火波形，各缸的點(diǎn)火擊穿電壓一致，故障排除。

圖8 第2缸擊穿電壓偏低故障波形

5 結(jié)束語

隨著汽車電控技術(shù)的發(fā)展和加工制造及裝配工藝水平的提高，汽車的故障率越來越低，但車輛出現(xiàn)疑難雜癥卻越來越多，我們?cè)诶靡酝慕?jīng)驗(yàn)診斷、儀器設(shè)備診斷及其他故障診斷方法診斷分析故障的同時(shí)，還需要借助發(fā)動(dòng)機(jī)綜合診斷儀和波形分析儀等儀器分析傳感器或執(zhí)行元件的波形，從而幫助我們快速、準(zhǔn)確、方便地對(duì)故障部位進(jìn)行定位，找出故障原因，以便順利地排除故障。

[1]周志賓，王季峰，辛明華.汽車氧傳感器電壓輸出特性研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2007（5）:30-32.

[2]汪立極.氧傳感器的波形研究與發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷[J].汽車維修，2003（11）:11-13.

[3]王向東.電控發(fā)動(dòng)機(jī)模擬試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)分析[D].西安：長安大學(xué)，2003.

[4]劉業(yè)副，楊芳華.連載現(xiàn)代汽車電子點(diǎn)火系統(tǒng)及其應(yīng)用（二）[J].實(shí)用汽車技術(shù)，2007（03）:44-46.

[5]楊洪慶.傳感器波形在電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用研究[D].西安：長安大學(xué)，2007.

Electronically Controlled Engine Fault Diagnosis Applied Research Based on Waveform Analysis

ZHANG Qianbin,MA Ling
(Department of Automotive Engineering,Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China)

In the automotive electronic control engine fault diagnosis and repair process,vehicle maintenance and repair experience in addition to the use of method,fault code diagnosis and data flow analysis method for analysis of fault diagnosis,should also obtain the waveform analysis method to fault diagnosis.In this paper,through the experiment for aeroengine fault simulation platform,oxygen sensor for electronic control of engine ignition system and the wave form is introduced,with examples of the application of waveform analysis in fault diagnosis of electronic control engine.

waveform analysis;electronic controlled engine;fault diagnosis

郝安林）

U472

A

1673-2928（2018）02-0026-03

D01:10.19329/j.cnki.1673-2928.2018.02.007

2016-12-25

張錢斌（1980-），男，安徽安慶人，安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師、汽車維修技師，主要從事汽車故障診斷應(yīng)用研究。