基于AVL檢測設備的電控發動機故障診斷研究

孫 遜，陳 劭

Sun Xun，Chen Shao

（北京林業大學工學院，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，無法較好地發揮其作用；在許多汽車維修企業中，僅將尾氣分析儀作為車輛年檢前調整尾氣、測試簡單參數的普通設備，并不能發揮出它在汽車故障診斷中的作用。大多數情況下單一地使用一種類型的檢測設備，檢測結果可能無法準確反映故障問題，更導致檢測儀器的閑置。文中根據實驗室現有儀器，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檢測儀器專家系統的先進程度。

第二步，利用AVL8000檢測實時的數據流，定量掌握汽車運行數據，結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，根據結果結合第一、二步推測結果進行驗證。

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

結合上面的故障診斷方法，利用實驗室的設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計的儀器，它運用內部操作系統調用內部存儲的軟件程序進行工作。發動機控制器傳送從不同傳感器（發動機轉速、壓力、溫度等）測量得到的信息并發送命令給電子系統（噴油嘴、繼電器、電磁閥），所有數據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），擁有發動機轉速、機油溫度測量接口，并集成于五氣體排放測量系統。其 R232通訊接口具有后處理數據軟件。內置符合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動機故障，并可判斷排氣管是否有泄漏。

AVL Discope 990發動機綜合分析儀提供了可供選擇的測量范圍自動設置的測量程序，用戶通過AVL DITEST診斷系統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

在實驗臺設置05號故障具體內容。

故障名稱：節氣門控制器怠速接點開關信號故障；

故障現象：加速遲滯、動力不足；

故障點：ECU至節氣門控制器怠速接點開關斷路；

試驗現象：設置故障后，發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為節氣門控制單元-J338 基本設置錯誤；00525為氧傳感器-G39無信號/SP偶發故障。記下故障碼后清碼，重新讀碼，只有“01165節氣門控制單元-J338基本設置錯誤”。故障只能大概定位為節氣門體部分問題。

3.2 AVL8000故障檢測

（1）節氣門單元錯誤代碼1165

類型：基本設置錯誤。

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

①某些內部元件；

②某些需要檢測的線路；

③沒有正確調整的控制線路；

④某些可能要替換的 ECU或者節流閥單元。

在最后一種情況下，可以通過相關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的線路出現開路或者短路；

②錯誤的切換；

③節氣門的機械調整，粘在一起的連線或者加速器的電纜等等。

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

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

試驗結果1分析

AVL8000具有一定的專家系統技術，它由知識庫、數據庫、推理機、學習系統、上下文、癥兆提取器和解釋器構成。當故障碼被診斷出時，反饋到知識庫和數據庫中，尋找相關參數；根據這些參數，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、解釋器等，根據檢測到的故障，分析可能出現的故障原因，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氣門體部位的故障以及怠速控制部位的故障。需要檢測節氣門體部件完好程度以及重要部件的角度位置，另外檢測相關的電路。

3.3 AVL8000檢測的數據流

超出正常值的指標

（1）發動機怠速若超出規定值，檢查怠速。

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

（3）發動機每循環噴油時間若大于5 ms，發動機負荷過大。

表2 試驗數據流表

試驗結果2分析

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

3.4 AVL4000尾氣分析儀的故障前后以及怠速加速的實驗結果

表3 檢測尾氣結果

試驗結果3分析

對于正常怠速和故障怠速的各項數值比較可知，CO偏高、CO2偏低、HC偏高、O2偏低、NOx適中，說明混合氣濃。開始的時候發動機轉速和油耗上升不少，是由于發動機起動時，為了能夠順利起動，發動機節氣門開度達到最大，并且ECU對發動機進行了加濃噴油。節氣門單元應急彈簧處于應急狀態，節氣門開度處于一定的開度不變，發動機進氣量增大，噴油量很大，發動機轉速和油耗上升，與此同時，由于油耗量沒有減少，致使排放中CO和HC變大；由于轉速比較高，發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檢測的結果都是節氣門部位存在問題，因此在AVL990的專項測試中重點進行傳感器測試中的節氣門電壓測試。

試驗結果4分析

AVL990的測試原理：節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。節氣門開度增加，輸出電壓增加，控制單元能測知節氣門的開度。電壓由滑動電阻的滑邊上提取。當接觸點氧化或滑片磨損（多數開度位置約為1/4+1/4節流閥開度），則輸出電壓信號出現跳動。

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，根據其推理，鑒定結果為節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 結束語

首先通過試驗對專家系統的先進性進行驗證。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。劃定了故障可能發生的范圍，可以節省大量的時間和精力，使檢測更為便捷，體現出AVL系統的優越性。

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；再通過觀測數據流，找出數據異常的指標，判斷出大概的故障是怠速節氣門信號丟失問題；另外，通過觀測尾氣指標，更進一步印證節氣門控制器怠速接點開關信號可能存在故障，最后經過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置的 05號故障相應的故障點（ECU至節氣門控制器怠速接點開關斷路）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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