基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究实验报告

黑龙江工程学院本科毕业论文本科学生毕业论文实 验 报 告 书 毕业论文实验报告一、实验目的：汽车数据流是指电子控制单元与传感器和执行器交流的数据参数，通过诊断接口， 由专用诊断仪读取的数据，且随时间和工况而变化。汽车电控单元中记忆的数据流真实的反应了各传感器和执行器的工作电压和状态，为汽车故障诊断提供依据，读取汽车数据流可以检测汽车各传感器的工作状态，并检测汽车的工作状态。运用“数据流”功能进行故障分析可准确发现故障部位，避免凭借经验法，盲目拆卸而造成损失，提高故障诊断的准确率。同时又是故障代码分析法的有力补充。一般来讲，若能读出故障码，可按故障码的内容诊断故障；若读不出故障码，则需借助动态数据流来进一步诊断故障。特别是由传感器特性发生变化而引起的故障，数据流功能更具有其特殊的优势。因此，在电控汽车的故障诊断中，凭借经验法和使用故障代码功能的同时，要充分利用数据流。汽车故障诊断与检测过程中数据流功能的重要性。虽然很多维修人员也清楚借助于汽车故障诊断仪，读取数据流对参数进行全面的观察和分析，可迅速诊断出故障点。本文中“数据流主要参数分析 就是为了让众多维修人员掌握数据流的主要参数分析知识。原厂规定的正常数值范围偏大，以及同时有很多数据参数超范围等很多问题，在掌握数据流分析与应用技巧的情况下，就能迎刃而解。二、实验器材： 1、丰田花冠实验用车1辆； 2、丰田汽车故障诊断仪OBD-1台、万用表1块； 3、丰田花冠汽车实验测控柜 1台三、实验时间： 2012年4月23日至5月4日四、实验地点： 丰田实训中心五、实验方法： 将采用切断传感器信号，观察数据流变化，并与“标准值”进行对比，从而完成对发动机数据流测定的方法，进行故障模拟，并对典型故障分析。六、实验内容：1、1ZZ 发动机数据流表在下表中，“正常状态”下列出的值为参考值。确定发动机故障时，不能仅仅依赖这些参考值。测试的步骤为：（1） 发动机暖机（2） 将点火开关置于OFF位置（3） 将智能检测仪连接到DLC3（4） 将点火开关置于ON位置（5） 打开智能检测仪（6） 选择以下菜单项：Powertrain/Engine and ECT/Data List（7） 参考下表检查结果表1.1 1ZZ发动机数据流标准值表智能监测仪显示 测试项目/范围 正常条件Injerctor1号气缸的喷油时间最小值：0ms，最大值：63.5ms怠速运转：1.92至3.37msIGN Advance1号气缸的点火正是提前/最小值：-64，最大值：63.5怠速运转：BTDC 10至18 （N位置）CALC LoadECU计算负载/最小值：0%，最大值100%怠速运转：27.5至46.4%无负荷运转（2500rpm）：19.7至40.5%AFMMAF仪表显示的空气流量/最小值：0g/s，最大值：665.35g/s怠速运转：3至7g/s（1500rpm）Engine SPD发动机转速/ 最小值：0rpm最大值:16.383rpm怠速运转：700至750rpm（N位置）Coolant Temp发动机冷却液温度/最小值：-40，最大值：215发动机暖机后：80至95Intake Air进气温度/最小值：-40，最大值：215等于环境温度Throttle POS绝对节气门位置传感器/最小值：0%，最大值100%节气门全关：8至20%节气门全开：64至96%Vehicle SPD车速/最小值：0km/h，最大值：255km/h实际车速02S B1 S1加热型氧传感器B1 S1的输出电压/最小值：0V，最大值：1.275V行驶（50km/h，31mph）0.1至0.9V02S B1 S2加热型氧传感器B1 S2的输出电压/最小值：0V，最大值：1.275V行驶（50km/h，31mph）0.1至0.9Vshort FT #1B1的短期燃油修正/最小值：-100%，最大值：100%0+-20%long FT #1B1的长期燃油修正/最小值：-100%，最大值：99.2%0+-20%TOTAL FT#1B1的总体燃油修正：B1燃油修正系统的平均值/最小值：-0.5，最大值：1.496怠速运转：0.5至1.402 FT B1 S1与B1S1相关联的短期燃油修正/最小值：-100%，最大值：100%0+-20%02 FT B1 S2与B1S1相关联的短期燃油修正/最小值：-100%，最大值：100%0+-20%FUEL SYS #1燃油系统状态（B1）/OL、CL、OL DRIVE、OL FAULT或CL FAULT暖机后怠速运转：CLFC IDL燃油切断怠速/ON或OFF燃油切断操作：ONMIL StatusMIL状态/ON或OFFMIL ON：ONStarter SIG起动机信号/ON或OFF发动机曲轴转动：ONA/C SIG空调信号/ON或OFFA/C ON：ONPNP SW驻车档/空挡位置开关信号/ON或OFFP或N位置：ONElect Load SIG电气负载信号/ON或OFF尾灯开关打开：ON除雾器开关ON：ONStop Light SW刹车灯开关/ON或OFF踩下制动器踏板：ON松开制动器踏板：OFFPS Oil Press SW动力转向油压开关信号/ON或OFF在转动方向盘时：ON在不转动方向盘时：OFFPS Signal动力转向信号/ON或OFF当转动方向盘时Fuel Pnmp燃油泵/转速状态/ON/H或OFF/M，L怠速运转：ONEVAP VSVEVAP VSV/ON或OFFVSV操作：ONVVT CTRL B1VVT控制状态（B1)/ON或OFF操作中的VVT系统：ONIGNITION点火计数器/最小值：0，最大值：4000至400Cylinder#1#2#3#4Misfire Rate气缸1至4的缺火率/最小值：0，最大值：2250%MISFIRE RPM发动机首次缺火时的RPM范围/最小值：0rpm，最大值：6.375rpm缺火0：0rpmMISFIRE LOAD发动机首次缺货时的负载范围/最小值：0g/rew，最大值：3.98g/rew缺火0：0rpmCheck Mode检测模式/ON或OFF检测模式ON：ON2、根据1ZZ发动机的控制策略和维修手册上的标准值，对本发动机数据流进行测试。首先切断单个主要传感器，所测数值如下表。表1.2 实验数据流表1智能监测仪显示单个断开各传感器信号的数值VG空气流量NE曲轴位置G2凸轮轴位置THW水温THA进气温度OX氧信号Injerctor 1.9ms2.9ms3.2ms2.8ms2.1ms2.5msIGN Advance 5.05.08.012.518.513CALC Load48.8%56.30%52.70%36.30%34.70%37.90%AFM0.37g/s0.48%4.70%2.56%2.25%2.56%Engine SPD0rpm0rpm987rpm658rpm697rpm690rpmCoolant Temp846555-408980Intake Air57383555-4042Throttle POS10%10%10%10%10%10%Vehicle SPD0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h02S B1 S10.000V0.020V0.715V0.130V0.495V0.000V02S B1 S20.000V0.035V0.440V0.000V0.785V0.925Vshort FT #1-0.04%-0.04%-0.82%1.53%2.31%19.49%long FT #1-15.66%-15.66%-15.66%-15.66%-15.66%-15.66%TOTAL FT#11.01%1.01%1.01%1.01%1.01%1.01%02 FT B1 S1-0.04%-0.04%1.53%3.09%1.53%19.19%02 FT B1 S299.15%99.15%99.15%99.15%99.15%99.15%FUEL SYS #1OLOLCLCLCLCLFC IDLOFFOFFOFFOFFOFFOFFMIL StatusONONONONONONStarter SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFA/C SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFPNP SWONONONONONONElect Load SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFStop Light SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS Oil Press SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS SignalONONONONONONFuel PnmpOFF/M,LOFF/M,LON/HON/HON/HON/HEVAP VSVOFFOFFOFFOFFOFFOFFVVT CTRL B1OFFOFFOFFONONONIGNITION035935907610-379Cylinder#1#2#3#4Misfire Rate0%,0%，0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%MISFIRE RPM0rpm0rpm0rpm0rpm0rpm0rpmMISFIRE LOAD0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rewCheck ModeOFFOFFOFFOFFOFFOFF实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。通过与标注值对比得，当发动机空气流量计出现故障时，发动机熄火，相关数据流也产生相应变化，点火提前角为5，ECU计算负载增加，进去温度较高，氧传感器输出电压为零，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。曲轴位置传感器故障时，发动机熄火，点火提前角为5，ECU计算负载增加，进去温度较高，氧传感器输出电压减小，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。凸轮轴位置传感器故障时，ECU计算负荷增加，转速增加，冷却液温度降低，与氧传感器相关的短期燃油修正增加，VVT控制系统关闭。水温传感器故障时，空气流量减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，短期燃油修正增加。进气温度传感器故障时，空气流量值减少，转速减小，进气温度达到最小值，短期燃油修正值增加。氧传感器故障时，空气流量减少，转速减小，氧传感器输出电压达到最小值超出正常范围，短期燃油修正值增加。表1.3 实验数据流表2智能监测仪显示单个断开各传感器信号的数值NSW空档开关RSO怠速阀KNK1爆震VTA节气门位置#40喷油器IGT4点火器+B电源Injerctor2.4ms2.8ms2.4ms2.5ms2.8ms3.0ms2.9msIGN Advance15.014.515.514.016.55.015.5CALC Load37.10%41.40%38.70%36.3%36.30%47.70%37.50%AFM2.40%4.07%2.57%2.45%2.82%0.48%2.56%Engine SPD643rpm990rpm622rpm672rpm660rpm0rpm686rpmCoolant Temp79707882849682Intake Air20374055205544Throttle POS10%10%10%0%10%10%10%Vehicle SPD0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h02S B1 S10.810V0.665V0.045V0.035V0.325V0.420V0.715V02S B1 S20.750V0.760V0.740V0.540V0.025V0.720V0.815Vshort FT #1-3.94%-0.04%0.74%-10.19%6.27%-0.04%-2.38%long FT #1-15.66%-15.66%-15.66%-0.04%-15.66%-15.66%-15.66%TOTAL FT#10.82%1.01%1.01%1.01%1.15%1.01%1.01%02 FT B1 S1-1.60%0.74%0.74%-9.41%-5.50%-0.04%-1.60%02 FT B1 S299.15%99.15%99.15%99.15%99.15%99.15%99.15%FUEL SYS #1CLCLCLCLCLOLCLFC IDLOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFMIL StatusONONONONONONONStarter SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFA/C SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFPNP SWOFFONONONONONONElect Load SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFStop Light SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS Oil Press SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS SignalONONONONONONONFuel PnmpON/HON/HON/HON/HON/HOFF/M,LON/HEVAP VSVOFFOFFOFFONOFFOFFOFFVVT CTRL B1ONONONONONOFFONIGNITION14942-39816-39507-38001-379Cylinder#1#2#3#4Misfire Rate0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，4-99%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%MISFIRE RPM0rpm0rpm0rpm0rpm0rpm0rpm0rpmMISFIRE LOAD0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rewCheck ModeOFFOFFOFFOFFOFFOFFOFF实验分析：发动机怠速状态，P档位时测得。通过与标注值对比得，当发动机空档开关出现故障时，转速减小，冷却液温度减小，空挡位置开关关闭。怠速控制阀故障时，转速增加，冷却液温度降低，进去温度较高，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。爆震传感器故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度降低，氧传感器输出电压减小，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。节气门位置传感器故障时，空气流量减少，转速减小，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压减小。喷油器故障时，空气流量值减少，转速减小，氧传感器输出电压减小，短期燃油修正值增加，气缸缺火率异常。点火器故障时，发动机熄火，点火提前角为5，ECU计算负载减小，冷却液温度升高，进去温度较高，VVT控制关闭。蓄电池电压故障时，空气流量值减少，转速减小，进汽温度较高。 表1.4 实验数据流表3智能监测仪显示 单个断开个传感器信号的数值FC燃油控制FP油泵IGSW点火开关EVP1蒸发控制VC 5V电源IGF点火反馈Injerctor6.9ms7.9ms2.0ms3.3ms2.4ms2.1msIGN Advance5.05.015.511.015.05.0CALC Load52.30%57.80%34.40%46.50%39.10%49.20%AFM0.48%0.46%2.10%3.70%2.76%0.48%Engine SPD0rpm0rpm700rpm846rpm703rpm0rpmCoolant Temp827992638685Intake Air252522374553Throttle POS10%10%10%10%0%10%Vehicle SPD0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h0km/h02S B1 S10.000V0.000V0.850V0.500V0.550V0.020V02S B1 S20.000V0.000V0.515V0.595V0.615V0.820Vshort FT #1-0.04%-0.04%-1.60%-1.60%-11.75%-0.04%long FT #1-0.04%-0.04%-15.66%-15.66%-0.04%-15.66%TOTAL FT#10.99%1.15%1.15%1.01%1.01%1.01%02 FT B1 S1-0.04%-0.04%-0.82%-0.82%-10.97%-0.04%02 FT B1 S299.15%99.15%99.15%99.15%99.15%99.15%FUEL SYS #1CLCLCLCLCLOLFC IDLOFFOFFOFFOFFOFFOFFMIL StatusONONONONONONStarter SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFA/C SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFPNP SWONONONONONONElect Load SIGOFFOFFOFFOFFOFFOFFStop Light SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS Oil Press SWOFFOFFOFFOFFOFFOFFPS SignalONONONONONONFuel PnmpON/M,LON/M，LON/HON/HON/HOFF/M,LEVAP VSVOFFOFFOFFOFFOFFOFFVVT CTRL B1OFFOFFONONONOFFIGNITION343318-3100-381076Cylinder#1#2#3#4Misfire Rate2%,4%,3%，3%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%MISFIRE RPM0rpm0rpm0rpm0rpm0rpm0rpmMISFIRE LOAD0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rewCheck ModeOFFOFFOFFOFFOFFOFF实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。通过与标注值对比得，当发动机FC燃油控制出现故障时，发动机熄火，相关数据流也产生相应变化，喷油时间数值很高，点火提前角为5，ECU计算负载增加，空气流量减少，氧传感器输出电压为零，VVT控制系统关闭，气缸缺火率增加。FP油泵故障时，发动机熄火，喷油时间数值很高，点火提前角为5，ECU计算负载增加，进去温度略小，氧传感器输出电压为零，VVT控制系统关闭。点火开关故障时，空气流量值减少。蒸发控制阀故障时，点火提前角略有减小，ECU计算负载增加，转速增加，冷却液温度减小。ECU5V电源故障时，空气流量值减少，节气门位置信号为零。点火反馈信号故障时，发动机熄火，点火提前角为5，ECU计算负载增加，空气流量减少，氧传感器输出电压超出正常范围，VVT控制系统关闭。4、断开多个传感器时，进行测定数据流值，如下表;表1.5 实验数据流表4智能监测仪显示 断开的传感器信号THW水温 VTA节气门位置THW水温VTA节气门位置THA进气温度THW水温VTA节气门位置THA进气温度OX氧信号THW水温VTA节气门位置THA进气温度OX氧信号G2凸轮轴位置Injerctor2.8ms2.6ms3.5ms3.4msIGN Advance14.013.514.014.0CALC Load37.50%37.50%37.50%37.50%AFM2.65%2.57%2.60%2.59%Engine SPD666rpm662rpm664rpm651rpmCoolant Temp-40-40-40-40Intake Air55-40-40-40Throttle POS0%0%0%0%Vehicle SPD0km/h0km/h0km/h0km/h02S B1 S10.760V0.755V0.000V0.000V02S B1 S20.740V0.730V0.935V0.935Vshort FT #1-10.97%-7.82%-19.49%-19.49%long FT #1-0.82%-0.82%-0.82%-0.82%TOTAL FT#11.01%1.01%1.01%1.01%02 FT B1 S1-7.07%-3.16%-19.49%-19.49%02 FT B1 S299.15%99.15%99.15%99.15%FUEL SYS #1CLCLCLCLFC IDLOFFOFFOFFOFFMIL StatusONONONONStarter SIGOFFOFFOFFOFFA/C SIGOFFOFFOFFOFFPNP SWONONONONElect Load SIGOFFOFFOFFOFFStop Light SWOFFOFFOFFOFFPS Oil Press SWOFFOFFOFFOFFPS SignalONONONONFuel PnmpON/HON/HON/HON/HEVAP VSVOFFOFFOFFOFFVVT CTRL B1ONONONOFFIGNITION0000Cylinder#1#2#3#4Misfire Rate0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%0%,0%,0%，0%MISFIRE RPM0rpm0rpm0rpm0rpmMISFIRE LOAD0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rew0.000g/rewCheck ModeOFFOFFOFFOFF实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。通过与标注值对比得，当发动机水温传感器和节气门位置传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度较高，节气门位置信号为零。水温传感器、节气门位置传感器和进气温度传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零。水温传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器和氧传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压异常。水温传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、氧传感器和凸轮轴位置传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压异常，VVT控制状态关闭。七、实验总结： 通过以上上实验数据我们可以知道当某些传感器或部件发上故障时，数据流都会发生变化，并且具有一定的规律，从而我们可以反向推出，当某些数据流发生变化时，可以判断出是哪些传感器或者部件发生了故障。发动机发生故障时，转速可能发生变化超出正常范围，转速升高或降低与凸轮轴位置传感器、水温传感器、进气温度传感器、氧传感器、空档开关、怠速控制阀、爆震传感器、节气门位置传感器、喷油器、蒸发控制器、蓄电池电压等发生故障有关。 通过以上上实验数据我们可以知道当某些传感器或部件发上故障时，数据流都会发生变化，并且具有一定的规律，我们也可以看到每个传感器故障时，汽车所反映的故障现象，根据喷油及点火的控制策略的分析，需要读取的数据主要传感器有 空气流量计冷却液温度传感器；节气门位置传感器；氧传感器；曲轴位置传感器；凸轮轴位置传感器等。下面通过流程图的形式表达出传感器和发动机故障现象的关系。 通过对实验数据的分析，观察到故障下数据流的变化，论证了发动机的电控策略，总结出诊断电控发动机的方法。八、典型故障分析故障案例一设置故障：断开冷却液温度传感器，观察汽车现象并按本文方法进行故障分析故障现象：一辆丰田花冠轿车，在冬天早晨无法起动。诊断与分析：通过与车主交流得知，汽车起动困难，进行故障模拟，汽车无法起动。按照本文方法我们采用相应仪器对发动机的燃油压力和气缸压力、喷油嘴、配气相位、点火正时以及火花。塞的跳火情况进行了检查，没有发现问题。发动机有油、有火，也就是说电路与油路正常，但是发动机就是不能起动。经多次起动后检查，火花塞没有被“淹”的迹象，说明故障原因是冷起动加浓不够。而影响冷起动加浓不够的主要原因可能是冷却液温度传感器工作不正常。众所周知，冷却液温度传感器的作用是在冷却水温较低的冷机状态下，加浓空燃比，使发动机稳定的起动与工作。如果当发动机在冷机状态下传感器不能发出冷机状态信号，则空燃比变得稀薄，发动机处于不正常状态。用故障诊断仪检测发动机ECU，无故障码输出。通过读取该车发动机静态数据流发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105，而此时发动机的实际温度只有23。很明显，发动机ECU所接收到的水温信号是错误的，从而导致ECU没有接收到正确信号而发出加浓空燃比指令，使得发动机在冷机时不能正常起动。这说明冷却液温度传感器可能失准，造成了空燃比失准。为了确认，用万用表测量冷却液温度传感器与电脑之间线束的电阻与电压情况，发现既没有断路，也没有短路，电脑给冷却液温度传感器的5V参考电压也正常。于是拔下冷却液温度传感器进行电阻检查，阻值也正常，说明它没有失效。通过观察，冷却液温度传感器表面水垢较厚，于是清除水垢后，重新装好冷却液温度传感器并起动发动机，一切正常，故障排除。障案例二 设置故障：断开空气流量计传感器，观察汽车现象并按本文方法进行故障分析故障现象： 一辆丰田花冠轿车，发动机怠速不稳，排气管冒黑烟，油耗超标。诊断与分析： 向客户了解情况，根据故障现象，初步判定为混合气太浓的故障。根据本文造成混合气太浓的故障原因主要有：冷却液温度传感器工作失常、空气流量计工作失常、节气门位置传感器工作失常、燃油压力过高、喷油器漏油等。读取故障码，无故障码存储。可能原因较多，在没有故障码的情况下，如果只是按照经验法逐个查找或更换很可能走弯路。合理运用数据流结果就不一样了。根据故障原因分析，首先对冷却液温度传感器、空气流量计、节气门位置传感器和氧传感器进行动态数据流分析。冷却液温度传感器数据正常，但氧传感器信号在0609V之间连续变化，拔下一根真空管，数据能够下降，并数据跳动迅速，说明