汽车检测与维修专业毕业论文-数据流分析及其在电控发动机故障诊断中的应用

1、论文题目：数据流分析及其在电控发 动机故障诊断中的应用 专业班级：汽车检测与维修技术学生姓名： 指导教师： 完成日期： 2011年10月28日 内蒙古交通职业技术学院毕业论文 陈文宇目 录摘 要1前 言2一 汽车数据流的认识31.1数据流的定义31.2测量数据流常采用的方法3二 数据流中数据参数的分类及分析62.1分析节气门开度62.2分析发动机转速72.3分析起动时冷却液温度72.4分析氧传感器的工作状态72.5分析炭罐指令82.6分析喷油脉宽信号9三 数据流故障分析案例113.1利用“静态数据流”分析故障113.2利用“动态数据流”分析故障11总 结13致 谢14参考文献15摘 要汽车数据

2、流是指电子控制单元（ECU）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。数据的传输就像队伍排队一样，一个一个通过数据线流向诊断仪。汽车电子控制单元（ECU）中所记忆的数据流真实的反映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了依据，数据流只能通过专用诊断仪器读取。汽车数据流可作为汽车ECU的输入输出数据，使维修人员随时可以了解汽车的工作状况，及时诊断汽车的故障。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，通过数据流还可以设定汽车的运行数据。汽车维修过程中，仅仅依靠读故障码就确定故障点，已经有严重的局限性，惟有熟悉

3、系统工作原理，善用数据流分析，方能准确找到故障根源。通过多年的工作经验，并参考大量国内外有关汽车维修技术资料，探讨了数据流技术在汽车维修中应用与发展。关键词：数据流 电控发动机数据流 动态数据流前 言汽车数据流是指电子控制单元（ECU）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。数据的传输就像队伍排队一样，一个一个通过数据线流向诊断仪。汽车电子控制单元（ECU）中所记忆的数据流真实的反映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了依据，数据流只能通过专用诊断仪器读取。汽车数据流可作为汽车ECU的输入输出数据，使维修人员随时可以了解汽车的

4、工作状况，及时诊断汽车的故障。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，通过数据流还可以设定汽车的运行数据。随着电控燃油喷射技术的发展和维修认识水平的不断提高，现代轿车中在对装有电控燃油喷射发动机的汽车进行维修时，使用故障诊断仪对发动机电控单元（ECU）进行检测，并根据ECU存储的故障代码进行检修，大多数都能判明故障可能发生的原因和部位，会给维修人员的工作带来很大的方便。发动机控制系统数据流是汽车所有数据中最全面、包含内容最多的部分，而在现代汽车的所有系统都与发动机系统有着千丝万缕的联系，同时，发动机控制系统也是最复杂、变化较频繁的系统，因此，搞清楚发动机控制系统的数

5、据流的定义是解决发动机故障的关键所在。一 汽车数据流的认识1.1数据流的定义汽车数据流是指电子控制单元（ECU）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。数据的传输就像队伍排队一样，一个一个通过数据线流向诊断仪。汽车电子控制单元（ECU）中所记忆的数据流真实的反映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了依据，数据流只能通过专用诊断仪器读取。汽车数据流可作为汽车ECU的输入输出数据，使维修人员随时可以了解汽车的工作状况，及时诊断汽车的故障。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，通过数据流还可以设定汽车的

6、运行数据。1.2测量数据流常采用的方法测量汽车数据流常采用以下三种方法：（1）电脑通信方式；（2）电路在线测量方式；（3）元器件模拟方式。1.2.1用电脑通信方式获得汽车数据流电脑通信方式是通过控制系统在诊断插座中的数据通信线将控制电脑的实时数据参数以串行的方式送给诊断仪。在数据流中包括故障的信息、控制电脑的实时运行参数、控制电脑与诊断之间的相互控制指令。诊断仪在接收到这些信号数据以后，按照预定的通信协议将其显示为相应的文字和数码，以使维修人员观察系统的运行状态并分析这些内容，发现其中不合理或不正确的信息，进行故障的诊断。电脑诊断有两种：一种称为通用诊断仪；另一种称为专用诊断仪。通用诊断仪的主

7、要功能有：控制电脑版本的识别、故障码读取和清除、动态数据参数显示、传感器和部分执行器的功能测试与调整、某些特殊参数的设定、维修资料及故障诊断提示、路试记录等。通用诊断仪可测试的车型较多，适应范围也较宽，因此被称为通用型仪器，但它与专用诊断仪相比，无法完成某些特殊功能，这也是大多数通用仪器的不足之处。 专用诊断仪是汽车生产厂家的专业测试仪，它除了具备通用诊断仪的各种功能外，还有参数修改、数据设定、防盗密码设定更改等各种特殊功能。专用诊断仪是汽车厂家自行或委托设计的专业测试仪器，它只适用于本厂家生产的车型。 通用诊断仪和专用诊断仪的动态数据显示功能不仅可以对控制系统的运行参数（最多可达上百个）进行

8、数据分析，还可以观察电脑的动态控制过程。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。1.2.2用电路在线检测方式获得汽车数据流 电路在线测量方式是通过对控制电脑电路的在线检测（主要指电脑的外部连接电路），将控制电脑各输入、输出端的电信号直接传送给电路分析仪的测量方式。电路分析仪一般有两种：一种是汽车万用表；一种是汽车示波器。汽车万用表也是一种数字多用仪表，其外形和工作原理与袖珍数字万用表几乎没有区别，只增加了几个汽车专用功能档（如DWELL档、TACHO档）。汽车万用表除具备有袖珍数字万用表功能外，还具有汽车专用项目测试功能。可测量交流电压与电流、直流电压与电流、电阻

9、、频率、电容、占空比、温度、闭合角、转速；也有一些新颖功能，如自动断电、自动变换量程、模拟条图显示、峰值保持、读数保持（数据锁定）、电池测试（低电压提示）等。为实现某些功能（例如测量温度、转速），汽车万用表还配有一套配套件，如热电偶适配器、热电偶探头、电感式拾取器以及AC/DC感应式电流夹钳等。汽车万用表应具备下述功能： （1）测量交、直流电压。考虑到电压的允许变动范围及可能产生的过载，汽车万用表应能测量大于40V的电压值，但测量范围也不能过大，否则读数的精度下降。 （2）测量电阻。汽车万用表应能测量1M的电阻，测量范围大些使用更方便。（3）测量电流。汽车万用表应能测量大于10A的电流，测量范

10、围再小则使用不方便。 （4）记忆最大值和最小值。该功能用于检查某电路的瞬间故障。 （5）模拟条显示。该功能用于观测连续变化的数据。 （6）测量脉冲波形的频宽比和点火线圈一次侧电流的闭合角。该功能用于检测喷油器、怠速稳定控制阀、EGR电磁阀及点火系统的工作状况。（7）测量转速。 （8）输出脉冲信号。该功能用于检测五分电器点火系统的故障。（9）测量传感器输出的电信号频率。（10）测量二极管的性能。 （11）测量大电流。配置电流传感器（霍尔式传感器）后，可检测大电流。（12）测量温度。配置温度传感器后可以检测冷却水温度、尾气温度和进气温度等。汽车示波器是用波形显示的方式表现电路中电参数的动态变化过程

11、的专业仪器，它能够对电路上的电参数进行连续性图形显示，是分析复杂电路上电信号波形变化的专业仪器。汽车示波器通常用两个或两个以上的测试通道，同时对多路电信号进行同步显示，具有高速动态分析各信号间相互关系的优点。通常汽车示波器设有测试菜单，使用时无需像普通示波器。1.2.3用元器件模拟方法获得汽车数据流元器件模拟式测量是通过信号模拟器替代传感器向控制电脑输送模拟的传感器信号，并对控制电脑的响应参数进行分析比较的测量方式。信号模拟器有两种：一种是单路信号模拟器；另一种是同步信号模拟器。单路信号模拟器是单一通道信号发生器。它只能输出一路信号，模拟一个传感器的动态变化信号。主要信号有可变电压信号015V

12、，可变交直流频率信号010Hz，可变电阻信号的好坏，另一个是用可变模拟信号去动态分析电脑控制系统的响应，进而分析控制电脑及系统的工作情况。同步信号模拟器是两通道以上的信号发生器。它主要用于产生有相关逻辑关系的信号，如曲轴转角和凸轮轴传感器同步信号，用于模拟发动机运转工况，完成在发动机未转动的隋况下对控制电脑进行动态响应数据分析的实验。同步信号模拟器的功用也有两个：用对比方式比较传感器品质的好坏；分析电脑控制系统的响应数据参数。二 数据流中数据参数的分类及分析根据各数据在检测仪上显示方式不同，数据参数可分为两大类型：数值参数和状态参数。数据参数是有一定单位、一定变化范围的参数，它通常反映出电控装

13、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2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。根据ECU的控制原理，数据参数又分为输人参数和输出参数。输人参数是指各传感器或开关信号输入给ECU的各个参数。输人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。不

14、同厂牌及不同车型的汽车，其电控装置的数据流参数的名称和内容都不完全相同。2.1分析节气门开度节气门开度是一个数值参数，其数值的单位根据车型不同有以下3种：若单位为电压（V），则数值范围为05.1V；若单位为角度，则数值范围为0度90度；若单位为百分数（%），则数值范围为0100%。该参数的数值表示发动机微机接收到的节气门位置传感器信号值，或根据该信号计算出的节气门开度的大小。其绝对值小，则表示节气门开度小；其绝对值大，则表示节气门开度大。在进行数值分析时，应检查在节气门全关时参数的数值大小。以电压为单位的，节气门全关时的参数的数值应低于0.5V；以角度为单位的，节气门全关时的参数值应为0度；以

15、百分数为单位的，节气门全关时该参数的数值应为0。此外，还应检查节气门全开时的数值。不同单位下的节气门全开时的数值应分别为4.5V左右；82度以上；95%以上。若有异常，则可能是节气门位置传感器有故障或调整不当，也可能是线路或微机内部有故障。线性节气门位置传感器要输出与节气门开度成比例的电压信号，控制系统根据其输入电压信号来判断节气门的开度，即负荷的大小，从而决定喷油量等控制。如果传感器的特性发生了变化，即由线性输入变成了非线性输出，传感器输出的电压信号虽然在规定的范围内，但并不与节气门的开度成规定的比例变化，就会出现发动机工作不良，而故障指示灯却并不会亮，当然也不会有故障代码。2.2分析发动机

16、转速读取电控装置数据流时，在检测仪上所显示出来的发动机转速是由电控汽油喷射系统微机（ECU）或汽车动力系统微机（PCM）根据发动机点火信号或曲轴位置传感器的脉冲信号计算而得的，它反映了发动机的实际转速。发动机转速的单位一般采用r/min，其变化范围为0至发动机的最高转速。该参数本身并无分析的价值，一般用于对其他参数进行分析时作为参考基准。2.3分析起动时冷却液温度某些车型的微机会将点火开关刚接通那一瞬间的水温传感器信号存在存储器内，并一直保存至发动机熄火后下一次起动时。在进行数值分析时，检测仪会将微机数据流中的这一信号以起动温度的形式显示出来；可以将该参数的数值和发动机水温的数值进行比较，以判

17、断水温传感器是否正常。在发动机冷态起动时，起动温度和此时的发动机水温数值是相等的。随着发动机在热状态下的起动，发动机水温应逐渐升高，而起动温度仍然保持不变。若起动后2个数值始终保持相同，则说明水温传感器或线路有故障。2.4分析氧传感器的工作状态氧传感器工作状态参数表示由发动机排气管上的氧传感器所测得的排气的浓稀状况。有些双排气管的汽车将这一参数显示为左氧传感器工作状态和右氧传感器工作状态2种参数。排气中的氧气含量取决于进气中混合气的空燃比。氧传感器是测量发动机混合气浓稀状态的主要传感器。氧传感器必须被加热至300以上才能向微机提供正确的信号。而发动机微机必须处于闭环控制状态才能对氧传感器的信号

18、做出反应。氧传感器工作状态参数的类型依车型而不同，有些车型以状态参数的形式显示出来，其变化为浓或稀；也有些车型将它以数值参数的形式显示出来，其数字单位为mV。浓或稀表示排气的总体状态，mV表示氧传感器的输出电压。该参数在发动机热车后以中速（15002000r/min）运转时，呈现浓稀的交替变化或输出电压在100900mV之间来回变化，每10s内的变化次数应大于8次（0.8Hz）。若该参数变化缓慢或不变化或数值异常，则说明氧传感器或微机内的反馈控制系统有故障。氧传感器工作电压过低，一直显示在0.3V以下，其主要原因如下：（1）喷油器泄漏；（2）燃油压力过高；（3）活性炭罐的电磁阀常开；（4）空气

19、质量计有故障；（5）传感器加热故障或氧传感器脏污。氧传感器工作电压过高，即一直显示在0.6V以上，其主要原因如下：（1）喷油器堵塞；（2）空气质量传感器故障；（3）燃油压力过低；（4）空气质量计和节气门之间的未计量的空气；（5）在排气歧管垫片处的未计量的空气；（6）氧传感器加热故障或氧传感器脏污。氧传感器的工作电压不正常可能引起的主要故障如下：（1）加速不良；（2）发冲；（3）冒黑烟；（4）有时熄火。废气再循环指令是一个状态参数，其显示内容为ON或OFF。该参数表示微机是否输出控制信号让废气再循环控制电磁阀打开。该参数显示为ON时，表示微机输出控制信号，废气再循环控制电磁阀接到信号通路，打开真

20、空通路，让真空进入废气再循环阀，使废气再循环装置开始工作。该参数显示为OFF时，电磁阀不通电，切断废气再循环阀的真空。该参数在汽车停车或发动机处于怠速、开环控制状态时显示为OFF，在汽车行驶状态下通常显示为ON。该参数仅仅反映微机有无输出控制信号，它不表示废气再循环控制电磁阀是否接到该信号及是否已打开。2.5分析炭罐指令炭罐指令是一个状态参数，显示内容为ON或OFF。它表示微机输出至活性炭罐电磁阀的控制信号。微机在冷车或怠速运转时让电磁阀关闭，切断发动机进气歧管至活性炭罐的真空通路，停止活性炭罐的净化回收工作，此肘该参数显示为OFF。发动机在热车并以高于怠速转速运转时，微机让电磁阀打开，导通炭

21、罐至发动机进气歧管的真空通路，此时该参数显示为ON。如果在数值分析时发现该参数显示规律有异常，说明微机或某些传感器有故障。燃油蒸气控制系统又称蒸气净化控制系统，简称EVAP系统。如图1图1EVAP控制系统是为了适应封闭式燃油箱的需要而设计的。现代汽车的燃油箱都采用封闭式结构，其目的是防止燃油蒸气外泄对大气的污染和节约能源。EVAP控制系统的功用是回收和利用蒸气。EVAP系统由活性炭罐（内装有吸附力的活性炭颗粒）、燃油箱蒸气阀、双通阀和EVAP控制电磁阀。当发动机在中、小负荷下工作（水温75 ）时，电脑给EVAP控制电磁阀提供搭铁回路，EVAP控制电磁阀开启，活性炭罐与排气管之间形成通路，新鲜空

22、气即从活性炭罐下方的控制量孔进入活性炭罐，清除吸附在炭粒上的燃油蒸气，并与其一起通过进气管进行燃烧。燃油蒸气被活性炭吸附储存和随后进入气缸内燃烧过程的不断进行，减少了燃油消耗，也减少了发动机排放污染物。发动机运转时当气缸的混合气浓度允许燃油进入，在ECM/PCM的控制下，电磁阀的电磁线圈通电，使阀门打开，燃油蒸气从接炭罐侧进入进气歧管侧。2.6分析喷油脉宽信号喷油脉冲宽度是发动机微机控制喷油器每次喷油的时间长度，是喷油器工作是否正常的最主要指标。该参数所显示的喷油脉冲宽度数值单位为ms。该参数显示的数值大，表示喷油器每次打开喷油的时间较长，发动机将获得较浓的混合气；该参数显示的数值小，表示喷油

23、器每次打开喷油的时间较短，发动机将获得较稀的混合气。喷油脉冲宽度没有一个固定的标准，它将随着发动机转速和负荷的不同而变化。影响喷油脉；中宽度的主要因素如下：（1）调节；（2）活性炭罐的混合气浓度；（3）空气温度与密度；（4）蓄电池电压（喷油器打开的快慢）。喷油量过大常见原因如下：（1）空气流量计损坏；（2）节气门控制单元损坏；（3）有额外负荷；（4）某缸或数缸工作不良。三 数据流故障分析案例3.1利用“静态数据流”分析故障静态数据流是指接通点火开关，不起动发动机时，利用故障诊断仪读取的发动机电控系统的数据。例如进气压力传感器的静态数据应接近标准大气压力（100KPa102KPa）；冷却液温度传

24、感器的静态数据凉车时应接近环境温度等。下面是利用“静态数据流”进行诊断的一个实例：故障现象：一辆捷达王轿车，在入冬后的一天早晨无法起动。检查与判断：首先进行问诊，车主反映：前几天早晨起动很困难，有时经很长时间也能起动起来，起动后再起动就一切正常。 一开始在别的修理厂修理过，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都做了检查，也没有解决问题。通过对以上项目重新进行仔细检查，同样没发现问题，发动机有油、有火，就是不能起动，到底是什么原因呢?后来发现，虽经多次起动，可火花塞却没有被“淹”的迹象，这说明故障原因是冷起动加浓不够。如果冷起动加浓不够，又是什么原因造成的呢

25、？冷却液温度传感器是否正常呢？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所收到的水温信号是错误的，说明冷却液温度传感器出现了问题。为进一步确认，用万用表测量冷却液温度传感器与电脑之间线束，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， 于是将冷却液温度传感器更换，再起动正常，故障排除。这起故障案例实际并不复杂，对于有经验的维修人员，可能会直接从冷却液温度传感器着手，找到问题的症结。但它说明一个问题，那就是电控燃油喷射发动机系统的ECU对于某些故障是

26、不进行记忆存储的，比如该车的冷却液温度传感器，既没有断路，也没有短路，只是信号失真，ECU的自诊断功能就不会认问障。再比如氧传感器反馈信号失真，空气流量计电压信号漂移造成空气流量计所检测到的进气量与实际进气量出现差异等，都不能被ECU认可为故障。在这种情况下，阅读控制单元数据成为解决问题的关键。3.2利用“动态数据流”分析故障动态数据流是指接通点火开关，起动发动机时，利用诊断仪读取的发动机电控系统的数据。这些数据随发动机工况的变化而不断变化，如进气压力传感器的动态数据随节气门开度的变化而变化；氧传感器的信号应在0.1V0.9V之间不断变化等。通过阅读控制单元动态数据，能够了解各传感器输送到EC

27、U的信号值，通过与真实值的比较，能快速找出确切的故障部位。 可重点针对与故障码相关的传感器的数据进行，分析是什么导致数据的变化，以找出故障原因所在。故障现象：一辆桑塔纳1.6i轿车（出租车），百公里油耗增加1L。车主反映：前几天换了火花塞，调整了点火正时，油耗还是高，通过与车主交流确认不是油品的问题。于是连接故障诊断仪，进入“发动机系统”，读取故障码为“氧传感器信号超差”，是氧传感器坏了吗？进入“读测数据块”，读取16通道“氧传感器”的数据，显示为0.01V不变。氧传感器长时间显示低于0.45V的数值，说明两点：一是说明混合气稀，二是说明氧传感器自身信号错误。是混合气稀吗？通过发动机的动力表现

28、来看，不应是混合气稀，那就重点检查氧传感器，方法是人为给混合气加浓（连加几脚油），同时观察氧传感器的数据变化情况。通过观察，在连加几脚油的情况下，氧传感器的数据由“0.01V”微变为“0.03V”，也就是说几乎不变，进一步检查氧传感器的加热线电压正常，说明氧传感器损坏。更换氧传感器，再用诊断仪读其数据显示0.1V0.9V变化正常，至此维修过程结束。第二天，车主反映油耗恢复正常，故障排除。这是一起典型的由氧传感器损坏引起的油耗高的故障。总 结在对汽车发动机维修时，若仅仅靠故障代码寻找故障，往往会出现判断上的失误。实际上，故障代码仅仅是ECU认可的一个是或否的界定结论，不一定是汽车真正的故障部位，

29、因此，在对汽车发动机进行维修时应综合分析判断，结合汽车故障的现象来寻找故障部位。并且有很多故障是不被ECU所记录的，也就不会有故障代码输出，遇到这种情况时，最为可行的办法就是使用故障诊断仪进行数据流的检测，研究发动机静态或动态数据状况，从而找出故障所在。运用数据流进行电控发动机故障的诊断，首先要打好理论基础，掌握电控发动机的基本原理、各传感器和执行器的作用原理、各元件之间的相互影响等，有了这些理论基础，在查找故障时就会找出问题的主要根源进行分析；然后要了解各传感器数据的表现形式，比如进气压力传感器，其显示数据的单位可能是KPa，也可能是mmHg，还可能是mbar，要搞清楚这些单位之间的换算关系，即一个标准大气压约等于101KPa，约等于76mmHg，1mbar等于100Pa；再如节气门位置传感器，其显示数据的单位可能是角度，也可能是信号电压值，还可能是百分比，要搞清