基于波形分析的電控發動機故障診斷應用研究

張錢斌，馬 玲

（安徽機電職業技術學院汽車工程系，安徽蕪湖241000）

基于波形分析的電控發動機故障診斷應用研究

張錢斌，馬 玲

（安徽機電職業技術學院汽車工程系，安徽蕪湖241000）

在汽車電控發動機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用經驗修車法、故障碼診斷法和數據流分析法診斷分析故障外，還應該掌握波形分析方法對故障進行診斷。通過對發動機實驗平臺模擬故障實驗，對電控發動機的氧傳感器和點火系統的波形進行了分析介紹，結合實例分析波形分析法在電控發動機故障診斷中的應用。

波形分析；電控發動機；故障診斷

隨著電子技術在汽車各電控系統的普及及應用，汽車的發動機、自動變速器、制動、懸架、空調、防盜及電氣系統均采用電子模塊進行控制，并通過CAN-BUS數據通訊系統進行連接。如果汽車出現故障，導致汽車出現個別或者全部功能喪失，單憑傳統經驗、故障碼診斷法和數據流分析方法已經不足以解決所有問題。因此，掌握運用另一種波形分析診斷法，可以幫助我們解決個別“疑難雜癥”。本文闡述利用波形分析診斷法，借助博世FSA740綜合發動機分析儀和金德KT600波形分析儀等實驗平臺，通過對桑塔納AJR發動機氧傳感器和點火系統進行模擬故障實驗，對比正常與問題波形，并通過真實案例分析，從而快速找出故障的原因、排除故障。

1 氧傳感器波形

氧傳感器根據發動機尾氣中氧的含量轉變為電壓信號輸出，反應混合氣的濃與稀，從而對空氣和燃油的比值進行修正。輸出信號有兩個極值點：如桑塔納2000AJR發動機暖機后，通過故障診斷儀檢測到氧傳感器輸出電壓在0.1～0.9V范圍內上下不斷變化，變化次數＞8次∕10秒?；旌蠚庠綕鉁y量的電壓越低、反之電壓越高。桑塔納AJR發動機氧化鋯型氧傳感器在中速時的波形如圖1所示。

電控發動機運轉過程中，氧傳感器工作特性發生改變，但ECU監測的電壓信號沒有超出正常值時，EUC不能判定故障存在，因此不會存儲故障代碼，通過數據流進行診斷很難發現異常，如果能通過波形分析儀測得實時的波形信息，通過對波形的觀察分析，將會幫助診斷人員提高故障判斷的準確性。

圖1 氧傳感器正常波形（氧化鋯型）

通過對桑塔納2000AJR發動機進行模擬實驗，連接FSA740綜合發動機分析儀診斷端子與氧傳感器端子。起動發動機預熱，使冷卻液溫度達到80～90℃，開啟FSA740，將發動機轉速提高至1500～2000轉∕分鐘，停留5～10秒，觀察現象并記錄氧傳感器波形，反復測量四次。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，按照正常程序測試，觀察現象并記錄波形。

氧傳感器正常情況下，發動機起動后運轉平穩，加速有力，輸出的波形正常；經過模擬設置故障后，發動機起動后出現加速不良的現象，通過KT600故障診斷儀檢測發現無故障代碼，進氣、點火和噴油均有異常。通過綜合發動機分析儀查看設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，出現延遲，波峰和波底的波形圖出現部分滯留的狀況。此時發動機加速運轉，需要更濃的混合氣，而氧傳感器確不能立即反饋信號給ECU，造成供油不暢，出現發動機加速不良的故障現象。

隨后將氧傳感器拆卸，將密封膠清理干凈裝復，發動機起動后運轉穩定，加速有力，實測波形正常。

圖2 氧傳感器故障波形

2 次級點火波形

點火系統是汽油發動機的重要組成部分，該系統如果出現了問題，將會引起發動機起動困難、動力不足、加速遲緩無力、尾氣排放超標等故障現象。利用點火系統實測的次級點火波形可以快速對發動機點火系統的故障進行分析診斷。利用FSA740綜合發動機分析儀實測桑塔納AJR發動機的1缸點火波形如圖3所示。

圖3 單杠標準次級點火波形

通過對桑塔納2000AJR發動機進行模擬實驗，在利用事先準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?，觀察發動機運行時的現象，并記錄各缸點火波形。實驗前起動發動機預熱，使冷卻液溫度達到80～90℃，并對發動機其他系統進行檢查未發現異常。隨后將有積碳的火花塞替換1缸和3缸正?；鸹ㄈ?，將有輕微燒蝕的火花塞替換2缸火花塞。再次起動發動機運行，發動機出現怠速運轉不穩定。連接FSA740檢查點火系統次級波形，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，發動機各缸的點火擊穿電壓不相同，4個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，點火衰減振蕩部分波動幅度較大，無法完成正常點火。因此，由于個別缸不能正常點火，導致氣缸不工作，使發動機各缸工作時出現不協調，出現怠速不穩、抖動現象。

圖5 實測各缸點火次級電壓波形

后將原火花塞裝復，故障消失，測得波形正常（如圖6所示）。

圖6 正常點火波形

3 波形分析故障應用實例

3.1 氧傳感器波形案例分析

故障現象：一輛一汽大眾新捷達轎車，駕駛員反映汽車行駛過程中緩慢加速時有輕微挫車現象，急加速時挫車現象明顯，發動機怠速時有輕微抖動。

故障診斷：

根據該車出現的問題進行分析，引起該現象的原因包括：空氣流量計電壓異常；噴油脈寬異常；配氣相位異常；氧傳感器信號異常等。首先起動發動機預熱到正常值，通過KT600故障診斷儀查看發動機數據流，根據查看的數據流顯示點火提前角、燃油噴射脈寬、節氣門開度和進氣量都正常，但發現數據流模塊007組2區顯示的氧傳感器輸出電壓有問題，數值始終在0.2～0.5V范圍內變化，且該信號在發動機加速時變化次數太少，數值也偏低。隨后利用FSA740檢測氧傳感器的波形，如圖7所示。

圖7 實測氧傳感器信號電壓波形

觀察該傳感器輸出波形可以看到，氧傳感器在單位時間內變化的次數明顯少于8次∕10秒，信號變化次數較低。關閉點火開關，將氧傳感器從排氣管上拆下，檢查發現氧傳感器的內表面有一層厚厚的積碳。隨機更換了一只好的氧傳感器將其重新裝回。再次起動車輛，故障診斷儀和綜合發動機分析儀檢測的數值和波形都正常，發動機運轉平穩，加速強勁，故障解除。

3.2 點火系統波形案例分析

故障現象：一輛桑塔納3000型轎車，行駛里程為75 000km，發動機能順利啟動，但5分鐘內自動熄火，再次起動車輛，怠速時發動機發抖，7～8分鐘內再次自動熄火。

故障診斷：

連接故障診斷儀對自診斷系統進行檢測，未發現故障碼。由于沒有故障代碼，根據電控發動機的實驗研究得知，發動機起動困難的原因可能是空氣流量傳感器輸出信號偏低或噴油周期信號偏低、點火電壓異常、配氣相位紊亂等。

再次起動發動機，利用故障診斷儀查看發動機動態下的“數據流”，通過讀取節氣門開度、點火提前角、噴射周期、進氣量和冷卻液溫度等參數的數值情況，均未發現異常。

然后利用示波器對點火系統次級點火電壓平列波形進行測試，發現2缸的點火擊穿電壓與其他3個缸相比明顯偏低（如圖8所示）。根據波形分析，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缸火花塞對其進行檢查，發現該火花塞表面附著有一定量的積碳。利用清洗劑對火花塞進行清洗后裝復重新試車，發動機運轉平穩，再次測試各缸點火波形，各缸的點火擊穿電壓一致，故障排除。

圖8 第2缸擊穿電壓偏低故障波形

5 結束語

隨著汽車電控技術的發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，但車輛出現疑難雜癥卻越來越多，我們在利用以往的經驗診斷、儀器設備診斷及其他故障診斷方法診斷分析故障的同時，還需要借助發動機綜合診斷儀和波形分析儀等儀器分析傳感器或執行元件的波形，從而幫助我們快速、準確、方便地對故障部位進行定位，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，2007（5）:30-32.

[2]汪立極.氧傳感器的波形研究與發動機故障診斷[J].汽車維修，2003（11）:11-13.

[3]王向東.電控發動機模擬試驗臺設計及試驗分析[D].西安：長安大學，2003.

[4]劉業副，楊芳華.連載現代汽車電子點火系統及其應用（二）[J].實用汽車技術，2007（03）:44-46.

[5]楊洪慶.傳感器波形在電控發動機故障診斷中的應用研究[D].西安：長安大學，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，安徽機電職業技術學院講師、汽車維修技師，主要從事汽車故障診斷應用研究。