基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究

1、本科学生毕业论文基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 汽车服务工程 b08-3班 学生姓名： 宋金良 指导教师： 张 毅 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院二0一二年六月the graduation design for bachelor's degreediagnostic studies based on data flow analysis of the electronically controlled engine failure candidate：song jinliangspecialty：automobile ser

2、vice engineering class：b08-3supervisor：lecturer . zhang yiheilongjiang institute of technology2012-06·harbin黑龙江工程学院本科生毕业论文摘 要随着科学技术水平的不断发展，电子控制系统在汽车中越来越得到广泛地应用，而以往凭借经验和故障码对汽车进行故障诊断的方法已远远不能满足要求。为了避免仅凭经验法，盲目拆卸而造成损失，提高故障诊断的准确率，我们应学会正确的分析和运用“数据流”。本文以1zz-fe发动机为研究对象，通过对发动机控制系统的组成和工作原理的分析，主要是各传感器、efi系

3、统、esa系统、isc系统和vvt-i系统的组成和工作原理总结出发动机控制策略。阐述了数据流的分析方法，并对汽车数据流基本参数、燃油控制参数、进气状态参数、供电器和点火参数进行分析。通过设置故障进行数据流的测定，验证发动机的控制策略，总结了基于数据流分析发动机故障的基本流程。在没有数据流超出范围、多个数据流超出范围和个别数据流超出范围多种情况下进行数据流应用方法的研究，并应用本文研究方法，进行典型故障诊断分析。关键词：1zz发动机；控制策略；数据流；故障诊断abstract with the continuous development of scientific and technologi

4、cal level, the electronic control systems in cars has been more widely applied, by virtue of experience and fault code on car fault diagnosis method can not meet the requirements. in order to avoid the empirical method alone, blind demolition, to improve the accuracy of fault diagnosis, we should le

5、arn how to correctly analyze and use the data stream. 1zz-fe engine, the object of study, by analysis of the composition and working principle of the engine control system, especially components and the principle of each sensor, efi system, the esa system, the isc system and vvt-i system components

6、and the principle summed up the engine control strategy. it shows the way of data flow analysis, and car data stream parameters, fuel control parameters, status parameters of the air intake, power supply and ignition parameters were analyzed. by setting the fault to decide the data flow , verify tha

7、t the engine control strategy, summed up the flow of data flow analysis engine failure. in the data stream out of range, multiple data stream beyond the scope and individual data streams to a variety of circumstances beyond the scope of the data stream applications, and application of research metho

8、ds in this article, the typical fault diagnosis analysis. keywords: 1zz engine; control strategy; data stream; fault diagnosis 目 录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 汽车发动机故障诊断技术的研究现状及发展趋势21.2.1 国外研究与应用现状31.2.2 国内研究与应用现状31.3 论文主要研究内容41.4 技术路线和研究方法5第2章 1zz-fe发动机电控系统的组成及其控制策略62.1 引言62.2 发动机控制系统62.2

9、.1 控制系统零部件组成62.2.2 efi控制系统92.2.3 esa系统132.2.4 isc系统152.2.5 vvt-i系统162.3 发动机控制策略172.4 本章小结19第3章 1zz发动机数据流的测定实验与分析203.1 数据流分析基础203.1.1 数据参数分类203.1.2 获得汽车数据流的方法203.1.3 数据流分析方法213.2 汽车数据流主要参数分析223.2.1 基本参数223.2.2 燃油控制参数243.2.3 进气状态参数253.2.4 供电器和点火参数273.3 数据流测定试验布置方案293.3.1 1zz 发动机数据流标准表293.3.2 数据流的测定实验与

10、分析313.3.3 数据流分析发动机故障353.4 本章小结36第4章 数据流应用方法研究374.1 数据流应用方法研究374.1.1 数据流正常范围的研究374.1.2 数据流异常范围的研究384.1.3 个别数据流异常范围的研究404.2 电控发动机故障诊断基本流程414.3 典型故障分析434.4 本章小结44结 论46参考文献47致 谢49附 录50iv第1章 绪 论汽车是一个复杂的机械系统，它由数千种的零件所构成，发动机是汽车的动力源，是汽车的心脏，汽车的一些基本技术性能都直接或间接地与发动机的相关性能相联系。它产生的故障占全车的比例最高(在全车中约占19.8)，单位里程的配件消耗(

11、在全车中约占75.6)、保修工时消耗(在全车中约占24.0)汽车发动机也占首位1，发动机的故障诊断和维修水平在汽车修理中最为重要，因此发动机综合性能的检测对整车性能的了解至关重要。汽车发动机其结构复杂，工作条件恶劣，长期处于各种环境中，承受着各种应力，将以不同规律和不同强度发生变化，性能参数劣化，最终将导致故障。发动机故障是指发动机部分或完全丧失工作能力的现象，通常表现为声响异常、流体泄漏、温度过高、动力下降、油耗过大、工况突变、外观异常、机身振动等。发动机故障诊断技术，是在汽车不解体或不完全解体的前提下，依靠先进的传感器技术与检测技术，采集发动机的各种具有某些特征的动态信息，并对这些信息进行

12、各种分析和处理、区分、识别并确认其异常表现，预测其发展趋势，查明其产生原因、发生部位和严重程度，提出针对性的维修措施和处理方法，并提供公正的、科学的数据。主要对汽车的动力性、经济性、安全性、可靠性以及噪声、污染排放等状况进行检测2。随着汽车用途的日益广泛，保有量的急剧增长，及其结构和技术的不断进步，使汽车检测与诊断技术必须改变比较原始的检测方法，以新的检测诊断技术和方法来保证汽车运行的安全、节能、降低车辆排放和噪声，减少运用、维修成本，以延长经济使用寿命。1.1 课题研究的目的和意义随着当今社会工业化水平的迅猛发展，作为主要生产工具的机械设备不断向大型化、高速化、高精密化的方向发展，结构越来越

13、复杂，工作性能不断改善，自动化程度和生产效率也越来越高。然而，其结构的大型化、复杂化也增加了其发生故障的潜在可能性和故障种类的复杂多样性，一旦设备某部分发生故障，就可能被迫停工停产，直接或间接造成巨大的经济损失，严重的还会毁损整台设备，甚至危及人身安全。因此，对运行中的设备进行状态监测和实时故障诊断，防止或减少故障的发生显得尤为重要3。机械设备故障诊断是识别机器或机组运行状态的科学，它研究的是机器或机组运行状态在诊断信息中的反映4，其本质是一个状态识别的过程。具体来说，它是利用测取机械设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对所测信号的分析和处理，并结合诊断对象的历史状况，来定量识别机械设

14、备及其零部件的实时技术状态，并预测异常故障的未来技术状态，从而确定必要的对策的一种技术5。其主要包括三个方面的内容：设备状态信号的采集和故障征兆的提取、故障分类和状态识别以及趋势预测与决策。由于机械设备的故障诊断过程非常复杂，一般情况下，仅仅依靠单一的方法无法有效地解决问题，因此必须从各种相关学科中广泛探求有利于故障诊断的原理、方法和手段，这就使得故障诊断技术呈现多学科交叉融合的鲜明特点。发动机是最常用的动力设备之一，在国民经济和正常生活中起着举足轻重的作用，广泛应用于工业、农业、军事、建筑、交通运输等各个行业，已成为某些行业中不可缺少的关键设备。它具有零部件多且相互关联、运动复杂、工作环境恶

15、劣等特点，因而发生故障的可能性也比较大，而且发生故障后，将会影响机械系统的正常运转，直接或间接地造成巨大的经济损失。目前各企业一般都采用有计划的预防性维修制度，即定时维修，它是根据设备运行的时间来决定是否进行检修。这种定时维修的方法存在一定的盲目性，只要到了规定的运行时间，无论是否有故障都要进行拆检，其中相当一部分属于过剩维修，造成无谓的材料消耗和维修工作量、停产时间及维修费用的浪费。而且，频繁的拆检会破坏各运动副之间原来已经具有的良好润滑条件的摩擦状态，加剧了磨损，并可能由于装配不当而引起新的故障。因此，采用故障诊断技术对发动机运行状况进行监测和诊断，提供其运行状态的信息，及早发现故障征兆，

16、不仅可以避免恶性事故的发生，降低故障率，而且可以根据其运行状态的信息制订相应的维修计划，做到“视情维修”。对发动机进行基于故障诊断技术的“视情维修”可以大大节省维修时间和维修工作量，提高设备开工率和运行可靠性，从而可提高生产效率并节约大笔的维修费用，具有重要的经济价值和长远的社会意义。1.2 汽车发动机故障诊断技术的研究现状及发展趋势汽车发动机检测与诊断技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理，即过去人们常讲的“望(眼看)”、“闻(耳昕)”、切(手摸)”方式。随着现代科学技术的进步，特别是智能传感器技术和计算机技术的进

17、步,汽车发动机检测与诊断技术得到了飞速发展6。1.2.1 国外研究与应用现状 早在20世纪40、50年代，国外一些发达国家就成功研制了一些功能单一的检测或诊断设备，它们通过检测电流、电压、温度等用简单仪表就可获得的参数，结合操作者的经验进行故障诊断，但这种方法依赖于操作者的经验，存在很大的局限性。60年代后期，国外汽车发动机检测诊断技术发展很快，出现了示波器、转速表、真空表、功率表以及co测定器等检测仪器7。它们是发动机检测与诊断设备的雏形，但由于它们依靠操作者来逐项进行，而且是边诊断、边记录，因此效率较低。进入70年代后，随着微型计算机的问世，传感器技术飞速发展，从而为发动机性能检测、故障诊

18、断技术的发展提供有利的条件。这段时间，不仅单个检测、诊断设备实现了微机控制，而且出现了检测控制自动化、数据采集自动化、数据处理自动化、检测诊断结果自动储存并可打印的现代综合检测技术，检测效率较高8。进入80年代后，一些发达国家的现代检测与诊断技术己达到广泛应用的阶段。不仅在专职的汽车检测站，而且在一般的维修企业都使用了先进的检测与诊断设备，从而给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本等方面，带来了明显的社会效益和经济效益。当前，由于电子技术、智能传感器技术、集成电路技术和计算机技术的进一步发展，特别是人工智能技术和专家系统技术的日益成熟，发动机检测与诊断技术进入了新的发展阶段。诊断仪器有了

19、飞速发展，对了数据流分析比较成熟，有较为完整的诊断流程。目前国外的汽车发动机检测与诊断技术正在向智能化、自动化、精密化和综合化方向发展，应用新技术，开拓新领域，研制新的检测与诊断设备已成为国外发动机检测与诊断技术发展的标志9。1.2.2 国内研究与应用现状我国从60年代开始研究汽车发动机检测技术，为满足汽车维修需要，当时交通部主持进行了发动机气缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究、开发。70年代， 我国大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列为国家科委的开发应用项目，由交通部主持研制开发了发动机综合检测仪、汽车性能综合检验台等检测设备10。进入80年代，随着国民经济的发展，科

20、学技术在各个领域都有了较快的发展，汽车检测与诊断技术也随之得到快速发展，加之我国的汽车制造业和公路交通运输业发展迅猛，对汽车检测与诊断技术和设备的需求也与日俱增。同时我国机动车辆保有量迅速增加，随之而来的是交通安全和环境保护等社会问题，如何保证车辆快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部门的议事日程，因而促进了汽车发动机检测和诊断技术的发展。目前全国各类汽车发动机综合性能检测设备生产厂家已达20多个，除交通部门外， 机械、电子、高等院校等部门也进入汽车发动机检测与诊断设备的研发、生产及销售领域，并取得了一定成绩。但是由于我国汽车工业发展较晚，特别是汽车电子技术远远

21、落后于发达国家，因此到目前为止，发动机检测与诊断技术仍然比较落后。目前的汽车发动机检测与诊断设备在测试精度、操作便捷性、界面友好性以及采用专家系统、智能化诊断等方面与国外相比还存在较大差距，电喷发动机综合检测与诊断设备还主要依靠进口。汽车故障主要由车载诊断系统，它能自动检测系统故障并以故障码的形式显示出来。和车外诊断系统依靠诊断仪器其中故障码，数据流应用比较广泛，尤其是对于数据流变化的研究更是比较重视，得到了进一步的发展。1.3 论文主要研究内容本文以丰田花冠1zz-fe发动机为特定研究对象，对发动机故障诊断方面的研究与开发，主要进行以下几方面的工作：图1.1 技术路线 (1)掌握该电控发动机

22、电控系统：包括电控系统的组成，控制系统中的传感器和执行器的组成和工作原理，控制系统的工作原理。总结发动机控制策略，主要包括喷油、点火、怠速的控制策略 (2)电控发动机正常状态下数据流信息的测试与标定；了解发动机的数据流标准值，通过测控柜实验测定当某一传感器或者多个传感器断开，汽车出现故障时数据流的变化。(3)电控发动机故障诊断的基本流程；首先要询问客户了解车辆的基本信息及故障位置，然后观察做些基本检查，看、听、摸排出非电控故障：查阅，掌握该车的有关数据，索要检查部件的准确位置、接线和检测方法；读取故障码，观察数据流进行故障分析：进行检测最终判断故障位置和找到产生的原因：进行修理后还要进行试验，

23、做好后备工作。利用数据流对电控发动机典型故障进行故障诊断。本文主要对发动机不能启动或启动困难，怠速不良和加速不良，油耗增加等方面进行研究。1.4 技术路线和研究方法本文首先对发动的电控策略做研究，说明原理，然后通过实验断开一个或多个传感器，观察现象并找出故障证明控制策略，观察数据流变化。对实验数据流进行分析总结数据流应用方法，对发动机进行诊断，从而确定故障诊断的基本流程，并做典型的故障分析。技术路线如图1.1。第2章 1zz-fe发动机电控系统的组成及其控制策略2.1 引言 1zz-fe发动机是内燃机的一种，它是将燃料在汽缸内部燃烧得到的热能转变为机械功的热力发动机。发动机要实现这种转变，它应

24、该具备七个基本组成部分：燃料系统、曲柄连杆机构、配气机构、启动系统、润滑系统、点火系统和冷却系统。一般发动机总体构造都包括以上几大系统。但由于气缸数、气缸排列方式和冷却方式不同，其构造有些差异。1.8升1zz-fe发动机具有智能型可变配气相位系统（vvt-i）、直接点火系统（dis）、无回油管供油系统、双氧传感器等个性化配置。2.2 发动机控制系统发动机控制系统主要由ecu、各种传感器、执行元件、发动机线束等组成。发动机ecu可以分为efi（电子控制汽油喷射）控制、esa（电子点火提前）控制、isc（怠速）控制、诊断功能、备份功能和失效保护功能以及其它功能11。控制系统的功能是根据发动机运转工

25、况和车辆运行状况确定最佳喷油量，并控制喷油器以控制喷油量，以及其他执行元件，以达到预期目的。传感器是装在发动机各个部位的信号转换装置，用来测量或检测反映发动机运行状态的各种参量，并将它转化成计算机能够接受的信号后送给ecu。ecu对各种传感器送来的信号进行处理、运算、分析和判断后、发出喷油控制命令，控制喷油器喷出与进气量相匹配的燃油，使当时工况的空燃比最佳。控制系统的工作原理如图2.1所示。1zz发动机采用博世l行汽油喷射系统。l型汽油喷射系统是电子控制的多点、间歇式汽油喷射系统，它以发动机的进气量和发动机转速作为基本控制参数，从而提高了喷油量的控制精度12。该系统主要由空气供给装置、燃油供给

26、装置、电子控制装置组成。2.2.1 控制系统零部件组成(1)发动机控制单元 控制单元是以一个单片机为核心的微处理器。它的功能就是处理来自整车不同部位的传感器数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机迸行准确的控制。(2)空气流量计(afs) 热阻空气流量计由铂热电阻丝、热敏电阻和状语塑料壳内的控制电路组成。热阻图2.1 电控发动机工作控制系统图空气流量计工作原理是位于近期旁路中的铂热电阻丝和热敏电阻检测进气温度的变化。热电阻丝由控制通过它的当前流量而保持在一定的温度。当前流量由空气流量计的输出电压测出。电路的构成是铂热电阻丝和热敏电阻提供了由功率晶体管控制的一个电桥，以使a和b的电位相等

27、，从而保持设定温度。(3)节气门位置传感器(tps) 节气门开度传感器安装在节气门体内，它检测节气门开启的角度。当节气门关闭时，一个0.7v的电压施加在发动机的ecu的端子vta上，施加于发动机ecu的端子vta上的电压是随着节气门开启角度按比例增加的，当节气门全开时，此电压约为3.5-5.0v。发动机ecu根据从端子vta输入的这些信号判断车辆行驶状态，用这些状态可分别决定空燃比的修正、加浓修正和燃油切段控制等。(4)冷却液温传感器和进气温度传感器冷却液温传感器是用来检测发动机的运行过程中冷却液的温度，特别用于判别发动机的启动是热启动还是冷启动以及有关进气冷却水温的喷油量的修正值。进气温度传

28、感器装在空气流量计上并检测进气温度，进气温度越高热敏电阻阻值越高。进气温度传感器连接到发动机ecu上，发动机ecu中的5v电源电压由端子tha借助于电阻r施加到进气温度传感器上。电阻r与进气温度传感器串联，当进气温度传感器阻值随进气温度的变化而变化时，端子tha的电位也变化。根据这个信号发动机ecu增加燃油喷射量以改进冷机运行期间的驾驶性能。(5)曲轴位置传感器(igt/ne)与凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器（ne信号）由信号盘和检波线圈组成。ne信号盘有34个齿，安装在曲轴上，发动机每转一圈ne信号就产生34个信号发动机ecu根据g2信号检测曲轴角度，并根据ne信号检测曲轴实际角度和发动机转

29、速。凸轮轴位置传感器（g2信号）由信号盘和检波线圈组成。g2信号盘在其外圆上有一个齿，并安装在凸轮轴上。当凸轮轴转动的信号盘上的突出部分和检波线圈上的空隙就产生变化，致使磁场波动从而使检波线圈产生电动势。ne信号盘有34个齿，发动机每转一圈，ne信号传感器就产生34信号，发动机ecu根据g2信号检测标准曲轴实际角度和发动机转速。(6)氧传感器1zz发动机采用双氧传感器，既同时配备主氧传感器和副氧传感器，主氧传感器安装在三元催化器之前，用于电子燃油喷射的闭环控制，副氧传感器安装在三元催化器之后，用于监测三元催化器和主氧传感器的性能是否超出标准。这样设计非常科学合理，提高了发动机电脑控制的可靠性。

30、氧传感器的主要敏感材料的氧化锆。氧化锆被排气加热(300)激活后，氧离子穿过氧化锆元件到达其外部电极，氧化锆元件感应发动机排气中的氧的含量并改变其输出电压值13。当参与发动机燃烧的空燃比变稀时，排气中的氧的聚集含量增加，氧传感器的输出电压降低；反之是输出电压值增高。由此向ecu 反馈发动机实时的空燃比状态。(7)爆震传感器(ks)和车速传感器(vss)爆震传感器安装在发动机缸体上，检测发动机的爆燃状况。发动机发生爆燃时，发动机的震动传给传感器，压电晶体由于机械振动产生压力的变化，转换成电压信号输出，如果发动机出现爆震，则延长点火正时以抑制爆震。车速传感器用来测量汽车的行驶速度，此信号主要用于发

31、动机怠速及汽车加速、减速是的空燃比控制。它的齿盘装在变速器的输出轴上，转子轴每转动一圈，车速传感器输出一个脉冲信号，ecu根据这些脉冲信号的频率确定车辆速度。(8)怠速空气控制阀 怠速空气控制阀是由步进电机推动一锥形阀与节气门阀体加工成型的针阀阀座构成，固定于节流阀体上。控制阀的步进电机配置有两个电磁线圈，ecu通过这两个电磁线圈控制步进电机直线动作，进而驱动针阀进退和怠速空气阀的开度。2.2.2 efi控制系统 电子燃油喷射（efi）系统应用各种传感器来探测发动机工作状态和汽车行驶状态，发动机ecu计算出来最佳的燃油喷射量，并使喷油器喷射燃油。l-efi（空气流量计型），这种系统采用空气流量

32、计直接测量进气歧管中的空气量通过测量进气涡流，如图2.2所示。图2.2 电子燃油喷射系统控制图1、燃油泵 燃油泵安装于油箱中与燃油滤清器、压力调节器和燃油表等结合为一整体。马达带动油泵叶轮压缩燃油，燃油泵停止时单向阀关闭，以维持燃油管路的残余压力，这样更有助于使发动机重新启动。若没有残余压力，在高温时很容易出现气阻使发动机重新起动变得很困难，当出油口侧压力过高时，安全阀开启，防止燃油压力过高，如图2.3所示。2、喷油器 喷油器根据发动机ecu传来的信号，将燃油喷射进气缸的进气口。发动机ecu传来的信号使电流在电磁线圈中流动，拉动针阀，此时阀门开启，喷射燃油。由于针阀行程是固定的，燃油喷油量是由

33、流入电磁线圈的时间来控制，如图2.4所示。图2.3 燃油泵图2.4 喷油器3、燃油泵的控制 （1）基本原理燃油泵只在发动机运转时工作。若发动机不在运转，即使点火开关开启，燃油泵也不会运作。 （2）燃油泵的速度控制 这种控制能使燃油泵速度变慢，当燃油过多时，可以减少燃油泵的磨损，减少电能消耗。 （3）燃油泵关闭系统 汽车有这样的机械装置，当车辆发生碰撞或翻车,空气囊充气胀开时当驾驶员空气囊、前排乘客空气囊或座椅侧空气囊充气胀开时，燃油泵控制系统能使燃油泵停止运转，以保证安全。 4、燃油喷射方法和喷油正时燃油喷射方法有独立喷射燃油到每个气缸；或者同时喷射燃油进入所有气缸。也有各种不同的喷射正时比如

34、,按设定正时喷射根据进入空气量或发动机转速的变图2.5 两组喷射化喷射燃油。基本的燃油喷射方法和喷射正时。此外，喷油量越大，开始喷射的时间越早。本发动机是组群喷射式：进气管多点喷射，曲轴每转两圈燃油依次喷入每组气缸一次，如图2.5所示。 5、燃油喷射时间控制发动机ecu通过改变喷射时间来改变每次注入气缸内的燃油量。准确的燃油喷射时间取决于基本燃油喷射时间取决于空气的摄入量和发动机转速和各种校正喷射时间取决于各传感器的信号。发动机ecu最终反馈给喷油器的喷射时间需要加上各种基本时间的校正时间主要有以下几种校正控制 ：表2.1 校正控制传感器信号基本喷油时间各种修正起动加浓预热加浓空燃比反馈校正加

35、速加浓燃油切断功率加浓空气流量计vg/pim曲轴位置传感器ne凸轮轴位置传感器g水温传感器thw节气门位置传感器idlvta氧传感器ox1a ox1b（1）起动加浓 基本喷射时间不能根据进入的空气量来计算。因为在起动时发动机转速较低而进入的空气量的变化较大。而且，起动时的燃油喷射时间要由冷液却液温度来决定。冷却液温度由水温传感器来检测。水温越低，燃油的雾化性越差。因此，需增加喷射时间来得到较浓得空气-燃油混合气。发动机ecu设定有当发动机转速小于或等于 400 rpm时，才能起动发动机。另外，由于发动机负荷突然增加而导致发动机转速突然降至400 rpm以下时，还要应用滞后作用来阻止发动机 ec

36、u重新起动已经被起动的发动机，除非发动机转速降至200 rpm。（2）预热加浓 发动机ecu在冷机时，因为此时燃油不容易雾化，所以，燃油的喷油量就需增加。当温度较低时，需增加燃油喷射时间，来获得较浓得空气-燃油混合气，从而达到较好的行车性。最大校正量是常温下的两倍。（3）空燃比反馈校正当发动机负荷或发动机转速没有较大的波动，如发动机预热后的怠速或以恒定速度行驶时，是根据气缸内进入空气量的多少而供给燃油量（空燃比接近理论的空燃比值）。（4）加速加浓 突然加速时，空燃比变小，特别是在加速的开始步骤。因为当踩下加速器踏板时开始加速过程，这时会出现燃料供应滞后于进入气缸内的空气快速变化量。由于这个原因

37、，则需延长燃料喷射时间，根据进入的空气量而增加喷油量以防止空气和燃料混合气偏稀。加速加浓的大小取决节气门开启角度的变化速度。加速校正在加速开始步骤会大量增加，增加到上限值后又会逐渐减小。此外，加速越快，燃料喷油量的增加越大。 （5）燃油切断 在减速过程中，为了减少有害气体的排放和增强发动机的制动效果，根据减速的具体条件可停止燃料供应操作。停止燃料喷射的有效的方法是切断燃料供应控制。减速状态取决于节气门的开度和发动机转速。当节气门关闭和发动机转速高时，它就断定车辆在减速。燃料切断控制当发动机转速超过预定值并且节气门关闭时，燃料切断控制就会停止。当发动机转速低于预定值或者节气门开启时，燃料喷射将重

38、新开始。当冷却液温度低的时候发动机的燃料切断转速和燃料重新喷射的转速将会增加。此外，当打开空调开关为防止发动机转速下降和发动机失速时，燃油切断发动机转速和燃料重新喷射的发动机转速也会增加。在某些车型中的发动机在制动过程中发动机转速也会下降（也就是说当打开停车灯开关时）。 （6）功率加浓发动机在高负荷情况下，比如当爬陡峭的山路时，很难使吸进的空气和喷射的燃油充分混合。燃烧时，进气空气并非全部使用，一些进气空气被残留。因此，燃烧过程中就需要喷射比理论空燃比多的燃油以使空气充分燃烧而增加功率。高负荷是由节气门位置传感器的开启，发动机转速和进气质量（vg或pim）来确定的。进气质量（vg或pim）越高

39、或发动机转速越高，比率的增加量越大。此外，当节气门的开启角度等于或大于预定值时该量还会增加。增加量的校正从大约10%到 30%。 （7）进气温度校正空气密度随空气温度的变化而变化。因此，需要作一个校正：即根据进入气缸中的空气温度来增加或减少燃料的量，以优化发动机当前条件下所需的混合比例。进气温度由温度传感器探测。发动机ecu 将空气温度设定为标准值20(68)。当空气温度高于或低于标准值时，就会确定一个校正量。进气温度低，密度增加，因而校正量也增加。进气温度高，密度降低，因而校正量也减少。校正量增加或减少接近10%。（8）电压校正发动机ecu把喷射信号传给喷油器的时间和喷油器实际喷射燃料的时间

40、之间存在时间延迟。若蓄电池电压严重降低，延迟较长。也就是说，喷油器喷射燃料的时间较发动机 ecu计算的喷射时间短。因此，空气的比例较发动机必要的混合比要高这样，发动机 ecu将根据蓄电池电压的降低而延长喷射时间以进行调节。 2.2.3 esa系统 电子控制点火提前（esa）系统是一个根据各种传感器传来的信号，采用发动机ecu来确定点火正时的系统。发动机ecu根据记忆中存储的最佳点火正时与发动机工况相对应的情况下，计算出点火正时，并将点火信号传送给点火器。最佳点火正时图2.6 点火控制原理图主要由发动机转速和进气量决定。 esa系统由各种传感器、发动机 ecu、点火器、点火线圈和火花塞组成。发动

41、机ecu根据g信号、ne信号以及其他各种传感器传来的信号确定点火正时。点火正时一旦确定，发动机 ecu将igt信号传递给点火器。当传递给点火器的点火信号处于“开”的状态时，初级线圈电流流动至点火线圈。当点火信号 关闭时，流向点火线圈的初级线圈电流被切断。同时，点火确认信号igf被传递给发动机ecu。目前使用的主要点火电路是直接点火系统（ dis）。发动机ecu按照点火次序，把各个点火信号传递给点火器，从而将高压电流分配至各气缸。这样，提供高度精确的点火正时控制就成为可能，如图2.6所示。1、起动点火控制起动点火控制是在预定的曲轴转角进行点火而不考虑发动机的运作情况。该曲轴转角称为“初始点火正时

42、角”。当发动机起动时，由于其速度较低再加上进入的空气质量不稳定。因此 vg和pim信号不能被用作控制信号。所以，点火时间设置在初始点火时间角。初始点火时间角是由发动机 ecu的备份ic控制的。此外，ne信号用于确定发动机什么时候被起动，并且当发动机转速小于或等于500转/分时，表明发动机正在起动。2、起动后点火控制起动后点火控制就是当发动机起动后正常运转时的有效控制。这种控制是通过对初始点火正时角和基本点火提前角进行各种校正来完成的。点火正时=初始点火正时角+基本点火提前角+校正点火提前角。当起动后点火控制有效时，微处理器计算出 igt信号并通过支持备份ic输出。 3、基本点火提前角基本点火提

43、前角是由ne信号和vg信号或者pim信号来决定的。决定基本点火提前角的 ne信号和vg信号被贮存在发动机ecu的内存中。idl信号打开，根据发动机转速点火正时提前。点火正时按ne信号和vg或者pim信号来确定，而这些信号又以存贮在发动机ecu上的数据为依据。取决于车型,二个基本点火提前角被存入发动机 ecu。这些数据中的一个被用于确定基于燃油辛烷值的提前角，因此如何选择和所用燃油匹配的数据。此外，某些具有辛烷值调节能力的车辆使用 knk信号来自动改变确定点火正时的数据。 4、校正点火提前控制 （1）预热校正当冷却液温度太低而要改善发动机的行车性时，使用点火时间提前角某些机型的发动机为了适合进入

44、的空气质量而进行校正提前角在极冷的条件下，通过该校正功能可将点火时间角提前大约 15度。（2）过热校正当冷却液温度极高时，点火时间将被延迟以防止爆震或过热。这种校正使点火时间角度延迟最大5度。（3）稳定怠速校正如果发动机怠速时从目标怠速速度开始变化，那么发动机ecu将会调节点火时间以使发动机转速稳定。发动机ecu不断地计算出发动机的平均速度。因此如果发动机转速降至目标怠速装速以下，发动机 ecu将会使点火时间提前预设角度。如果发动机转速高于目标怠速转速，则发动机ecu将延迟预设角度。通过这种校正，点火时间角度变化值最大为 ±5度。（4）爆震修正如果发动机出现爆震，爆震传感器则会把爆震

45、产生的振动转化为一个电压信号（ knk信号）并把它传给发动机 ecu。发动机ecu根据knk信号的强度来判断爆震是强烈、中等强或弱。然后ecu通过延迟点火时间进行校正，以使点火时间和 knk信号的强度相一致换句话说，就是当爆震较强烈时，点火时间延迟较长；而当碰撞较弱时，点火时间仅稍有延迟。当发动机停止爆震，发动机 ecu便停止延迟点火时间，而且有时还会稍微地提前点火时间直到再次发生爆震。这种时间提前才会停止，然后，当爆震再次发生时，通过重新启动点火正时来重复该控制。通过这种修正，点火正时角度延迟最大为 10度。5、最大和最小提前角控制 实际点火正时等于初始点火正时角、基本点火提前角和校正点火提

46、前角之和，如果实际点火正时有误时，将影响发动机的性能。发动机ecu控制实际点火角（点火正时），可防止此发生，基本点火提前角和校正点火提前角之和大于或小于核定值。最大提前角35°45°最小提前角-10°0°。6、点火正时检查 点火正时调整或检查设定的点火正时角称为标准点火正时。初始点火正时和固定提前点火角。固定提前点火角的数值储存在发动机 ecu中，它在点火正时的调整时输出，它与正常驾驶中所常有的校正无关。2.2.4 isc系统isc（怠速控制）系统装配在节气门的旁通管路，由 iscv（怠速控制阀）来控制通过旁通管路空气吸入量。 iscv利用发动机ecu发

47、送出的信号，始终将发动机控制在最佳状态。 isc系统由怠速控制阀，发动机 ecu，多个传感器及开关组成，如图2.7。 1、起动时，旁通管路被打开，来改善发动机的起动性能。 2、发动机预热，如果发动机冷却液的温度较低，将提高发动机怠速的转速，以便发动机能平稳运转（快速怠速）。在发动机冷却液温度升高后，则怠速转速会降低。 3、反馈控制系统及故障预测系统，当使用空调时 ，当打开前大灯时 ，驻车时，将变速杆从n档换至d档或从d档换至n档。上述情况下，如果负荷增加或变化，则怠速速度也将升高或者使其避免变化。 图2.7 怠速控制原理图2.2.5 vvt-i系统 1zzfe发动机在进气凸轮轴上加装vvt-i

48、(智能型可变气门正时)空气流量传感图2.8 vvt-i系统控制原理框图器控制机构，用于在不同发动机转速范围内调整进气门的气门正时，提高充气效率，从而改善发动机的怠速稳定性和低速修正平稳性，提高发动机功率和转矩，扩大发动机转速范围，降低部分负荷燃油消耗，改善废气排放。丰田1zz发动机 vvti系统由传感器、ecu和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。发动机ecu依据曲轴位置传感器、空气流量传感器和节气门位置传感器的信号确定凸轮轴正时机油控制阀的占空比，对进气凸轮轴的正时进行控制。由于各种原因，vvt-i控制器对凸轮轴的控制不一定准确地把凸轮轴位置调整到与气门相应的理想位置，因此，凸轮轴位置传感器

49、的作用就是检测凸轮轴的实际位置，并把这一位置信号反馈给发动机ecu，对正时进行控制，使凸轮轴的位置精确地处于理想的相位。与此同时，发动机ecu还把发动机冷却液温度传感器和车速传感器信号作为修正信号，对正时进行修正，以根据发动机的工作状态实时地对正时进行调整，如图2.8所示。2.3 发动机控制策略1zz发动机的供油和怠速采用的是闭环控制。闭环控制系统能够消除系统及相关机械零部件的制造差异，提高整车的综合一致性，还可消除车辆在实际使用后由于磨损等原因造成的误差。主要功能：分组燃油喷射：直接点火控制：闭环怠速控制：空燃比闭环控制：蒸发排放污染控制；汽车附件控制(空调及电动风扇控制)；故障诊断功能和选

50、装的电子防盗功能等。喷油量控制主要是ecu根据各传感器测得的发动机进气量、转速、节气门开度、冷却液温度与进去温度等多项运行参数，按设定的程序进行计算，并按计算结果向喷油器发出电脉冲，通过改变每个脉冲的宽度来控制各喷油器每次喷油的持续时间，从而达到控制喷油量的目的。空燃比反馈控制是借助排气管中的氧传感器送来的反馈信号，对理论空燃比进行的反馈控制。点火提前角的控制首先是根据发动机的进气流量和转速在存储的数据表中查找对应的点火提前角，再根据其他工况参数对基本点火提前角进行修正，然后按照点火顺序和曲轴位置传感器信号确定点火时刻，最后通过控制点火模块中相应的功率放大级，是相应的点火线圈的初级绕组断电，向

51、相应气缸的火花塞供给高压电，是该气缸以合适的点火提前角点火。下面主要讲喷油量，点火提前角，空燃反馈控制的流程图（主要是各种控制以及所应的传感器）。 2.4 本章小结 本章对1zz发动机的电控系统进行研究，通过对各种传感器、efi系统、esa系统、isc系统以及vvt-i系统的介绍与分析，总结出发动机在喷油、点火。怠速时的电控策略，为下文数据流实验方案的布置提供依据。第3章 1zz发动机数据流的测定实验与分析3.1 数据流分析基础3.1.1 数据参数分类 根据各数据在检测仪上的显示方式的不同，数据参数可以分为两大类型：数值参数和状态参数。数值参数是有一定单位、一定变化范围的参数，它通常反映电控装

52、置工作中各部件的工作电压、压力、温度、时间、速度等。状态参数是那些只有两种工作状态的参数，如开或关、闭合或断开、高或低、是或否等，它通常表示电控装置中的开关和电磁阀等元件的工作状态14。根据ecu的控制原理，数据参数又分为输入参数和输出参数。输入参数是指各传感器或开关信号输入给ecu的各个参数。输入参数可以是数值参数，也可以是状态参数；输出参数是ecu送出给各执行器的输出指令。输出参数大多是状态参数，也有少部分是数值参数。数据流中的参数可以按汽车和发动机的各个系统进行分类，不同类型或不同系统的参数的分析方法各不相同。在进行电控装置故障诊断时，还应当将几种不同类型或不同系统的参数进行综合对照分析

53、。不同厂牌及不同车型的汽车，其电控装置的数据参数的名称和内容都不完全相同。3.1.2 获得汽车数据流的方法汽车电控系统测试方式可以分为：通信式电脑诊断和在线式电路测试两种。通信式电脑诊断是通过汽车上的电脑诊断座沟通汽车电脑和诊断仪之间的通信来完成测试工作。在线式电路测试则是将分析仪器的探头连接到传感器和执行器的电路上进行在线测试的。测试方式不相同，使用的设备也不同。通信式电脑诊断主要使用国内俗称“解码器"的汽车电脑诊断仪；在线式电路测试主要使用俗称“发动机分析仪"的汽车电路分析仪。通用诊断仪的主要功能有：控制模块版本的识别、故障码读取和清除、动态数据显示、部分传感器和执行器

54、的功能测试与调整、某些特殊参数的设定、维修资料及路试记录和具有传感器输入信号和执行器输出信号的参数修正实验、电脑控制系统参数调整、系统匹配和标定及防盗密码设定等功能。因此、它具有从电脑内部分析过程的诊断功能。它是进行数据分析的主要手段。本文主要介绍利用电脑诊断仪获得的数据的分析与应用。3.1.3 数据流分析方法用数据流分析诊断故障的方法主要有数值分析法、时间分析法、因果分析法、关联分析和比较分析法等15,16,17。1、数值分析法 数值分析是对数据的数值变化规律和数值变化范围的分析，即数值的变化，如转速、车速、电脑读值和实际值的差异等。在控制系统运行时，控制模块将以一定的时间间隔不断地接收各个

55、传感器传送的输入信号，并向各执行器发出控制指令，对某些执行器的工作状态还根据相应传感器的反馈信号再加以修正。通过诊断仪器读取这些信号参数的数值加以分析2、时间分析法电脑在分析某些数据参数时，不仅要考虑传感器的数值，而且要判断其工作时限是否超越范围，时限是指在一定单位时间内应发生的次数，或应达到的状态。3、因果分析法因果分析法是对相互联系的数据间响应情况和相应速度的分析。在各个系统的控制中，许多参数是有因果关系的。如电脑得到一个输入，肯定要根据此输入给出下一个输出，在认为某个过程有问题时可以将这些参数连贯起来观察，以判断故障出现在何处。许多车上都装有egr(废气再循环)系统，该排放装置的作用主要

56、是降低氮氧化物。通常电脑是根据反馈传感器(egr位置传感器、dfpe传感器或其他传感器)来判断egr 阀的工作状态。当有egr系统未工作的故障码出现时，应首先在相应工况下检查电脑控制电磁阀的输出指令和反馈传感器的值，若无控制输出，可能工况条件不满足或电脑有故障，若反馈值没有变化，则可能是传感器、线路或egr阀(包括废气通道)有问题。此时可直接在egr阀上施加一定的真空(发动机在怠速时)，若发动机出现明显抖动或熄火，则说明egr阀本身和废气通道无问题，故障可能在传感器、线路或电脑上，应检查电路。若无明显抖动，则可能是egr阀或废气通道有问题，属于常规机械故障。4、关联分析法 电脑对故障的判断是根据几个相关传感器信号的比较，当发现它们之间的关系不合理时，会给出一个或几个故障码，或指出某个信号不合理。此时不要轻易断定是该传感器不良，需要根据它们之间的相互关系做进一步的检测，以得到正确结论。5、比较分析法比较分析法是对相同车种及系统在相同条件下的相同数据组进行的分析。在很多时候，没有足够的详细技术资料和详尽的标准数据，无法很正确地断定某个器件好坏。此时可与同类车型或同类系