汽车维修检测技术第二章汽车随车自诊断系统

电子工业出版社,汽车维修检测技术 电子教案,第二章 汽车随车自诊断系统,学习任务说明：本模块通过对随车自诊断系统的介绍和相关的项目训练，要求对现代汽车的随车自诊断系统有基本的了解，并能掌握自诊断系统在汽车维修检测中的应用，能利用自诊断系统快速判断故障原因，排除故障。,2.1 认识故障自诊断系统,任务：认识故障自诊断系统的发展过程。目标：认识故障自诊断系统的发展历史，认识 故障自诊断系统在汽车维修和环境保护中的作用。知识要点：,2.1 .1 OBD系统的发展历史概述,自80年代开始，国外各汽车制造厂开始在其生产的车辆上配备控制与诊断系统。这些系统在车辆发生故障时，可以警示驾驶员及维修工人在维修时可以经过由特定的方式读取故障码，以加快维修速度，汽车工业界称之为随车电脑诊断系统（OBD）。OBD的英文全称为ON-BOARD DIAGNOSTIC，翻译成中文为：随车电脑诊断。为了方便汽车监管和汽车维修，于是相继出现了OBD-系统、OBD-系统、OBD-系统，同时也推动汽车随车诊断技术的不断发展。,2.1 .2 OBD-系统,美国加州大气资源局（CARB）规定OBD-必须符合下列要求：（1）仪表板必须有“故障警示灯”（MIL），以提醒驾驶员注意特定的车辆系统已发生故障（通常是废气控制相关系统）。（2）系统必须有记录，传输相关废气控制系统故障码的功能。（3）电器元件监控至少必须包括：氧传感器O2S、废气再循环EGR、油汽蒸发控制系统（EVAP）。,当初加州大气资源局制定OBD-的用意是减少车辆废气排放，以及简化维修流程；但由于OBD-规格不够严谨，它遗漏了三元催化净化器的效益监测，以及油汽蒸发系统的泄漏侦测，再加上OBD-的监测线路敏感度不高，等到发觉车辆有故障再进厂维修时，事实上已排放了大量废气。,2.1.3 OBD-系统,OBD-系统是随车电脑诊断系统第二代的简称。1993年美国汽车工程师学会（SAE）制定了一套标准规范，代替在1993年以前的第一代诊断系统（OBD-系统）。经美国环保局（U.S.EPA）及美国加州大气资源局（CARB）认证通过这一标准，并要求各汽车制造厂依照OBD-系统的标准提供统一的诊断模式，可由统一的诊断座及一台仪器就可对各车种进行诊断检测。,2.1.4 OBD-系统,在OBD-控制系统中，每一个电脑都是相对独立的。在维修过程中诊断仪器要分别进入到发动机、变速箱、ABS、防盗等电脑中去读取故障码和读取有关数据。而在OBD-III系统中，所有的电脑都通过CAN-BUS线路连接。因此，OBD-III电脑也能利用CAN-BUS线路同时监控其他电脑的故障码和数据，检查车辆的技术状况是否符合环保要求。,图2-1-1 OBD-III系统示意图,项目训练:,要求：通过观察车上的随车自诊断系统，认识随车自诊断系统的作用。对象：各种车上随车自诊断系统。二人一组。工具：常用工具。步骤：在车上找出随车自诊断系统的接口。识别是属于哪一代的随车自诊断系统。画出随车自诊断系统的接口，并对接口端子标上号码。对比不同的车型随车自诊断系统的异同。讨论汽车随车自诊断系统在维修中的应用。,思考题,随车自诊断系统最早是为什么而设计的？现代汽车自诊断系统起什么作用？OBD的含义是什么？OBD系统是如何发展而来的，其作用是什么？OBD-与OBD-相比有什么进步？,2.2OBD-随车自诊断系统,任务：了解OBD-系统的特点；了解OBD-诊断座接脚的意义；掌握OBD-故障码的含义。目标：掌握OBD-随车自诊断系统基本常识。掌握OBD-诊断座接脚的意义，能根据故障码查找故障内容。知识要点：,2.2.1 OBD-的特点,统一各车种诊断座形状为16脚，如图2-2-1所示。并装置在驾驶室，驾驶侧仪表板下方。各接脚功用如表2-2-1：具有数值分析资料传输功能（Data Link Connector简称DLC）。资料传输线有两个标准：I.ISO标准（INTERNATION STANDARDS ORGANIZATION 1941-2）即为欧洲统一标准利用7#，15#脚。II.SAE标准（SAE-J1850）即为美国统一标准利用2#，10#脚。即为美国标准统一各车种相同故障代码及意义。具有行车记录器功能。具有重新显示记忆的故障码功能。具有可由仪器直接消除故障码功能。,图2-2-1 OBD-II诊断座,表2.2.1标准的OBD-诊断座接脚功用说明表,项目训练:,要求：1、识别OBD-诊断座接口的形状。能轻易地从车上识别OBD-诊断座接口； 2、用汽车专用表测试片脚，了解片脚的意义。对象：有OBD-标准诊断座接口的汽车。工具：汽车专用万能表、常用工具。步骤：在汽车上寻找OBD-诊断座接口。将点火开关转到ON。用汽车专用万能表寻找OBD-诊断座接口上的电源片脚。记录片脚号码。用汽车专用万能表寻找OBD-诊断座接口上的底盘搭铁片脚。记录片脚号码。用汽车专用万能表寻找OBD-诊断座接口上的信号搭铁片脚。记录片脚号码。对比记录和片脚号码与诊断座的标准设定是否一致。,2.2.2 OBD-统一故障代码标准,SAE定义OBD-II故障码5个数字组合而成，前一位是英文字母，后四位是数字。第一个字为英文代码代表测试系统，如B代表车身电脑（BODY），C代表底盘电脑（CHASSIS），P代表发动机变速箱电脑，即动力控制总成（POWERTRAIN），U代表车身网络。第2个到第5码为数字码，如图2-2-2。,表2-2-2 OBD-II故障码分类（一）,表2-2-2 OBD-II故障码分类（二）,2.2.3 OBD-II故障码的分类,故障码形式分为四种：A型故障码发生一次影响废气排放的故障后，执行器随即点亮故障指示灯（例：A型失火（MISFIRE）。B型故障码在连续二次发动行程中，都发生相同故障，此时电脑即点亮故障指示灯。在前面提到的发动机失火（MISFIRE）监测器会设定两种B型故障码。第一种在连续二次发动行程中都发生故障时设定，另一种则不限定“连续”两次发动行程；每次监测器侦测到失火（MISFIRE）时，监测器都会储存下发动机负荷、转速及水温数值。直到再发生失火（MISFIRE）后，比较两组数据，以判断两次失火（MISFIRE）是否发生在相同的发动机状况下；当状况相同时，执行器即设定故障码。,C型故障码在一次发动行程中，发生不影响废气排放的故障时，执行器即点亮故障指示灯并设定故障码。D型故障码连续两次发动行程中，发生不影响废气排放的故障时，执行器即点亮故障指示灯并设定故障。当设定A/B型的故障时，发动机要在连续40次“发动暖车失火（MISFIRE）”中都不再发生相同故障后，即自动清除记忆在车辆电脑中的故障码。而仪表板上的故障指示灯，则必须在连续三次“发动行程”中，都不再发生相同故障后，即自动熄灭。,2.2.3 OBD-II故障码的分类,OBD-自诊断系统故障代码表1（部分）,OBD-自诊断系统故障代码表2（部分）,OBD-自诊断系统故障代码表3（部分）,思考题,OBD-随车诊断系统有什么特点？OBD-随车诊断系统诊断座片脚各有什么作用？OBD-故障码五个符号各代表什么？OBD-故障码有哪几种？,2.3 OBD-II系统的系统监控功能,任务：学习OBD-系统的八项监测功能，进一步了解OBD-系统的功用。目标：掌握OBD-系统的各种监测功能知识要点：,诊断执行器的八项监测,在OBD-系统中，控制整个系统运作的中枢为PCM中的诊断程序称之为“诊断执行器”。诊断执行器有八项监测功能。八项监测功能分为二类：一类为废气系统的监测，另一类为综合元件监测器（CCM）。见图2-3-1。,诊断执行器,图2-3-1 诊断执行器的八项监测,2.3.1综合元件监测（CCM）,CCM监测的元件包含空气流量计（MAF）、进气温度传感器（IAT）、发动机水温传感器（ECT）、节气门位置传感器（TP）、凸轮轴位置传感器（CMP）、曲轴位置传感器（CKP）、汽油泵（FP）、怠速控制阀（IAC）、扭力变换器接合器（TCC）等元件。在进行监测时，CCM首先检查各元件线路电压是否过高（断路）、过低（短路）、信号超出范围（与其它线路短路），其次再检查信号的合理性，例如：在速度密度的系统上，CCM会将TP的信号与MAF信号做比较，当节气门开度变化时，歧管真空应随之变化。除了CCM以外，诊断执行器另有七项废气控制监测器。,2.3.2 触媒转换器监测,OBD-系统的触媒转换器效率监测，必须使用到触媒后方的第二个氧传感器。当触媒工作正常时，前方的氧传感器的变动次数应远高于后方的氧传感器，监测器比较前/后氧传感器的变动次数来判定触媒老化与否，如图2-3-2。,图2-3-2 双氧传感器的监测,2.3. 3 氧传感器监测,根据传感器的形式（触媒前/后），其测试方式也不尽相同。一般来说，监测器会监测前后传感器的加热线路及PCM参考信号是否短路/断路，触媒前的传感器会检查其电位高/低变化，以及切换频率。在测试切换频率时，车辆电脑（PCM）检查一段固定时间内，传感器信号电压超过中点电压（0.45V）的次数是否与程序内定值相符。另外，监测器会检查混合气浓/稀的转变时间，并与电脑内定值比较，如图2-3-3。触媒后的传感器监测方式一般是以击穿（pouch out）测试进行；电脑固定以浓/稀的方式供油，直到触媒无法进行氧化/还原反应时，触媒后方的传感器也应有浓/稀电压变化。在连续两次行驶行程中，氧传感器测试都无法通过时，故障指示灯即亮起并设定故障。,图2-3-3 混合气监测,2.3.4 发动机失火（MISFIRE）监测,工作较差的气缸燃烧时会导致引擎失火，如果压缩不够，油量控制不精确，或者是火花强度不够，都会导致排气管制HC含量上升，此外，HC的含量增加会使触媒工作负荷过度，加速触媒失效的过程，OBD-诊断系统必须能够监控和提示车主引擎失火，避免对触媒的破坏或引起引擎排放超标。汽车制造厂商通过几条途径来监控失火，最主要的是根据气缸在失火时会活塞运动速度减慢，曲轴的转动速度也会下降，那么曲轴位置传感器就能够用来侦测引擎失火，曲轴位置传感器CKP在运动时会产生平均的峰值。由于失火会导致引擎曲轴转速下降，因而CKP的波形循环就会出现中断。通过对比CKP与凸轮轴位置传感器CMP的信号，电脑就会能判断出哪一个气缸失火,如图2-3-4。系统通过比较曲轴位置传感器的周期来判断是否失火，再利用凸轮轴传感器信号找出失火的气缸,图2-3-4 凸轮轴信号与曲轴信号,凸轮信号曲轴信号,表2-3-1 失火（MISFIRE）发生次数,在OBD-系统的程序分类中，将失火（MISFIRE）分为两型，以不同的故障码显示方式表示。A型失火（MISFIRE）：在曲轴旋转200转内，其点火次数的15%发生失火（MISFIRE）时，车辆电脑立即设定故障码，故障指示灯会持续以“闪烁”方式显示（A型失火会造成废气排放超出标准的1.5倍）。B型失火（MISFIRE）：在曲轴旋转1000转内，其点火次数的2%发生失火，并在最近两次运行过程中皆有上述现象，车辆电脑会设定故障码，故障指示灯以“点亮”方式显示（表示发生轻微程度的失火）。将A/B型失火（MISFIRE）的判断如下表2-3-2：,表2-3-2 四缸四行程发动机范例,2.3.5 燃油修正监测,OBD-系统检查两项燃油修正数值是否超出上/下限：第一项为短效修正，它依据氧传感器的信号来快速地增加或减少喷油时间；第二项为长效修正，当短效修正值超出10%一段时间后，长效修正即以新的供油时间来取代电脑内定的供油时间（学习）。这两组修正值在电脑中分别设有修正的上/下限，以避免学习过度后，情况改变而造成车辆不顺的现象。OBD-设定的上/下限约在20%之间，当修正值超出限制时，即设定故障。,2.3.6 油气蒸发控制系统监测（EVAP）,即俗称的活性碳罐系统，它在平时吸收油箱内的蒸气，并在车辆巡行时将油气导入燃烧室燃烧。由于车辆生产的厂家的不同，因此EVAP控制的方式而不尽相同，图2-3-5为典型的系统图。OBD-系统增加了“油箱压力传感器”及“流量传感器”来监测系统状况。,在进行系统状况监测下，EVAP监测器在车辆运行时先关闭大气呼吸孔，打开碳罐电磁阀，此时以油箱压力传感器所测得的系统真空上升率，来决定油气流量。当进行系统漏气测试时，监测器会先关闭碳罐电磁阀，使得整个系统呈现封闭状态，接着再以油箱压力传感器来测量泄漏率；若在连续两次发动行程中，其泄漏率都超出电脑的内定值时，诊断执行器即点亮故障指示灯并设定故障码。,2.3.7 废气再循环（EGR）监测,如同油气蒸发控制系统（EVAP）一样，不同厂家所使用的监控方式也大不相同。一般来说，都是利用电脑在开/关EGR阀门时，以别的的传感器来侦测EGR动作是否正常，例如三菱车系利用MAP监控，FORD利用EGR温度传感器，CHRYSLER则以氧传感器监控。当连续两次发动行程中，EGR的效率都无法达到预测值时，电脑即设定故障码。,2.3.8 二次空气喷射（AIR）监测,由于在发动机冷起动阶段混合气过浓，因而废气中未燃烧的碳氢化合物比例升高，通过二次进气可改善催化净化器内的氧化过程（二次氧化）并减少废气中的有害物质，二次氧化所产生的热量可大大缩短催化净化器的起动时间，这样也就大大改善了冷起动阶段的废气质量。电脑内的监测器侦测系统内的各电器元件是否正常，并以氧传感器判定此系统是否工作正常，由于监测过程中会利用到氧传感器，因此诊断执行器会先保留二次空气喷射监测，待氧传感器监测完成后才进行；如同前面各监测项目，电脑必须连续两次运行过程都侦测到故障才设定故障。,项目训练:,要求：通过试验来验证OBD-系统的各项监控功能。对象：具有OBD-系统的车辆。五人一组。工具：解码器、常用工具。步骤：断开MAF、IAT、ECT、TP等传感器信号。启动发动机多次，观察是否有故障码出现，如出现说明OBD-系统的CCM功能已发挥监控。设法将前、后二个氧传感器放在同一废气环境下工作，观察是否有故障码出现，如出现，则说明触媒转换器效率监测有效。自已设计试验来验证OBD-系统的其它六项监控功能。,思考题,OBD-系统是如何达到监控废气排放的？对元件监测器，你是如何理解的？对汽车维修诊断有什么帮助？,2.4 电控系统与解码器的通讯,学习任务：了解汽车电控系统与解码器之间的通讯。学习目标：掌握电控系统与解码器之间数据流的获取、辨识。知识要点：,2.4.1 汽车电控系统的电脑,汽车电控系统的电脑（ECU或PCM）和普通的电脑一样，具备四个基本功能：输入、处理、存储和输出。电脑将汽车上传感器的电压信号转化为数字信号，经过电脑的存储的程序处理后，再输出数字信号，并转化为电压信号，指挥执行器工作。另外，电脑会存储处理过的信息和自身发出的操作指令，以及在操作过程中产生的故障码。图2-4-1以简化形式表示出电脑系统的四个基本功能。,图2-4-1 所有电脑都有四个功能：输入、处理、存储和输出,2.4.2 数据流,所谓数据流简单来说就是将电控系统的一些主要传感器和执行器的目前工作参数值(如目前转速、电池电压、空气流量、喷油时间、节气门开度、点火提前角、水温等)提供给维修者进行参考，维修实践当中是可以通过阅读数据流来分析发现故障所在，特别是当电控系统无故障码进行参考，此时数据分析更显得重要了。解码器和诊断数据接口（DLC）连接之后，解码器和汽车电脑（PCM）实现通讯，即可监测到二种信号：一种是传感器产生的输入信号，另一种是PCM产生的输出信号。监测到二种信号都以数据、参数形式出现，所有数据、参数都是以一系列传送，整个PCM的传送就称为数据流。,现在国产的通用解码器，数据流显示已经汉化，读取、分析比较方便，这有助提高生产效率。但由于进口汽车的大量存在，掌握非汉化的数据流分析同样重要。当你分析数据参数并试图找出不正常的读数或活动时，最重要的是先将数据进行排序。虽然大多数的数据看上去都与症状的无关，但有二个因素对汽车的行驶性能产生影响：燃油分配和点火控制。这二个因素主要由下面参数来决定：运转速度工作温度发动机负荷驾驶者的指令,DATA FRAME TRANSMISSIN,RPM900 O2（mv）267 INTEGRATR127OPEN/CLSD LOOP-CLSDEXHAUST OXYGEN-LEANTPS(V)-0.64BLOCK LEARN-128THROTTLE(%)-0BLM CELL-8IDEL AIR CONTRL-128BASE PW(ms)-0.5DESIRED IDLE-625O2 CROSSCOUNTS-80MAF(gm/sec)-7AIRFLOW(gm/sec)-97A/F LEARNED-NOSPARK ADV()-90KNOCK-NOKNOCK RETARD-45PROM ID-2181TIME-2:20COOLANT()-197MAT()-97MAP(kpa)-40MAP(V)-1.60BARO(kpa)-10BARO(V)-0.70O2 REARY-YESCAT CONV()-720EGR DUTY CYCLE-50EGR FDBACK(V)-1.00BATTERY(V)-13.8FUEL PUMP(V)- 13.7CRANKING RPM-603START CLNT()-67HI PS PRESSURE-NOIDLE AIR CONTRL-228FAN REOUEST-NOCOOLING FAN-OFFVEH SPEED(mph)-0P/N SWITCH-P-N-TCC COMMAND-P1TCC GROUNDED-YES3RD GEAR-P24TH GEAR-P1OVERDRIVE-YESA/C REQUEST-YES,图2-4-2,发动机速度（RPM）参数由分电盘或曲轴位置传感器（CKP）、凸轮轴位置传感器（CMP）提供；发动机工作温度由水温和进气温度传感器提供；负荷参数由进气压力或空气流量信号提供；驾驶者的指令是通过节气门位置传感器（TPS）来发出的。例如：一台日产风度V