现代发动机自诊断系统的探讨

1、广州华立科技职业学院广州华立科技职业学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）中文题目：中文题目： 现代发动机自诊断系统的探讨现代发动机自诊断系统的探讨 英文题目：英文题目： 学生姓名： 学 号： 专 业： 汽车检测与维修技术 指导老师姓名： 论文提交时间： 2017 年 3 月 31 日 目录目录引引 言言.1 1第一章第一章.汽车发动机故障自诊断系统概述汽车发动机故障自诊断系统概述2 21.11.1汽车发动机故障自诊断系统的基本组成汽车发动机故障自诊断系统的基本组成.2 21.1.1 传感器传感器 .2 21.1.3 数据存储器数据存储器 ROM/RAM.3 31.1.4 故障诊断插座故障诊断插

2、座 .3 31.1.5 后备系统后备系统 .3 31.21.2 汽车发动机故障自诊断系统历史及发展趋势汽车发动机故障自诊断系统历史及发展趋势.4 41.2.1 电控汽车自诊断技术发展历程电控汽车自诊断技术发展历程 .4 41.2.2 发展趋势发展趋势 .5 5第二章第二章.汽车发动机故障自诊断系统概述汽车发动机故障自诊断系统概述7 72.12.1 汽车发动机自诊断工作系统的工作原理汽车发动机自诊断工作系统的工作原理.7 72.22.2 发动机故障显示方式发动机故障显示方式.7 7第三章第三章.汽车故障自诊断系统使用实例汽车故障自诊断系统使用实例9 93.13.1 发动机窜烧机油的故障现象排除实

3、例发动机窜烧机油的故障现象排除实例.9 93.1.13.1.1 造成发动机窜机油故障的原因分析造成发动机窜机油故障的原因分析 .9 93.1.2 故障排除过程分析故障排除过程分析 .10103.23.2 发动机自检测系统的应用实例发动机自检测系统的应用实例.1111结结 论论.1313致致 谢谢.1414 摘要 电子技术的迅猛发展和广泛应用，促进了汽车技术的现代化。随着更为先进的、智能化的汽车技术潮水般的涌入国内，传统的维修思想、维修方式和落后的技术力量已无法满足这类科技密集型现代汽车的维修。修理工作也由此发生了极大的变化，已不可能再像以前那样仅靠看、听、摸及经验就可完成修理作业。面对分门别类

4、的发动机种类，与日益复杂的故障，我们必须掌握一定的理论基础，依靠相应的检测仪器和检测手段，按照一定的故障排除步骤，才可能正确的完成修理作业。 现代发动机自诊断系统是一套自动化程度很高的发动机故障诊断系统，由于它的出现节约了大量的维修时间就，降低了维修的难度。本文首先对汽车故障诊断系统进行系统的概述，并且介绍了汽车故障自诊断技术的最新发展。然后主要介绍了电控汽车发动机故障自诊断系统的工作原理及故障信息的显示方式和清除方法，最后例举了电控发动机自诊断系统的使用实例。关键词：汽车故障自诊断系统、工作原理、使用实例、最新发展1引引 言言汽车电子技术在汽车上的应用越来越广泛，使汽车在动力性、经济性、安全

5、性、舒适性以及排污控制等方面都有了极大的提高和改善。然而，随着汽车控制系统越来越复杂，汽车故障诊断的难度也随之加大，有时一个简单的怠速不稳故障，就有 40 多种可能原因。特别是现在局域网技术汽车上的应用，跨系统的故障也会越来越多，给汽车故障的诊断和维修工作带来了越来越多的困难，对汽车维修技术人员的要求也越来越高。因此，现代汽车在进行电于控制系统设计的同时，增设了系统故障自诊断功能。它能够在汽车运行过程中不断监测电子控制系统各组成部分的工作情况，如有异常，根据特定的算法判断出具体的故障，并以代码形式存储下来，同时起动相应故障运行模块功能，维修人员可以利用汽车故障自诊断功能调出故障码，快速对故障进

6、行定位和修复。现代发动机的自诊断功能就是利用电子控制单元( ECU )监视电子控制系统各组成部分的工作情况，发现故障后自动启动故障运行程序，这不仅可以保证发动机在有故障的情况下继续行驶，而且还可向驾驶员和维修人员提供故障情况，便于使用和维修。为使汽车安全运行，汽车上用传感器检测各部分的状态，通过微机判断，当面临危及人生安全的重大事故时，可立即声、光报警并自动停机。在发动机上广泛采用电子控制喷射系统，该系统由传感器、ECU 和执行器 3 部分组成。ECU 具有故障自诊断功能，用以监测控制系统各部分的工作状态，当 ECU 检测到来自传感器和执行器的故障信号时，立即将警示灯点亮，同时将故障信息以故障

7、码的形式存入存储器中；检查车辆时，可将存储器的故障信息（故障码）调出，以灯光闪烁的形式或直接通过检测仪器显示出来，帮助修理人员判断故障的类型和范围；车辆说明书给出了每个故障代码的内容及测试、诊断、维修步骤；故障排除后应清除存储器中的故障码，避免与新的故障码混杂，给检修带来困难。总的说来，现代汽车发动机自检测系统为汽车发动机的保养与维修带来极大的便利，是汽车的保养维修也顺利的进入自动化的进程。2第一章第一章汽车发动机故障自诊断系统概述汽车发动机故障自诊断系统概述1.1 汽车发动机故障自诊断系统的基本组成故障自诊断模块监测的对象是电控汽车上的各种传感器、电子控制系统本身以及各种执行元件，故障判断正

8、是针对上述三种对象进行的。故障自诊断模块共用汽车电子控制系统的信号输入电路，在汽车运行进程中监测上述三种对象的输入信息，当某一信号超出了预设的范围值，并且这一现象在一定的时间内不会消失，故障自诊断模块便判断为这一信号对应的电路或元件出现故障，并把这一故障以代码的形式存入内部存储器，同时点亮仪表盘上的故障指示灯。针对三种监控对象产生的故障，故障自诊断模块采取不同的应急措施：（1） 当某一传感器或电路产生了故障后，其信号就不能再作为汽车的控制参数，为了维护汽车的运行, 故障自诊断模块便从其程序存储器中调出预先设定的经验值，作为该电路的应急输入参数, 保证汽车可以继续工作；（2）当电子控制系统自身产

9、生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制回路对汽车进行应急的简单控制，使汽车可以短时运行；（3）当某一执行元件可能导致其他元件损坏或严重后果的故障时，为了安全起见，故障自诊断模块采取一定的安全措施，自动停止某些功能的执行，这种功能称为故障保险。从上述基本工作原理分析来看，故障自诊断系统的基本组成如图 1 所示。图 1 故障自诊断系统1.1.1 传感器传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种3介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。1.1.2 输入 / 输出电路（1）输入电路: 1）描述各电控总成工况参数的信号。如电控发动

10、机的冷却水温度信号，这信号的特点是各信号的数值都有正常的工作范围，因此确认此等输入信号值是否正常，即可判定此信号是否有故障。2）描述汽车操作情况的信号。凡可由驾驶员直觉判断是否有故障的， 如点火开关信号、空调开关信号等等， 自诊断系统并不对其进行诊断。3）来自相关电控系统的信号。若有故障， 自诊断系统将立即报警。（2） 输出控制电路: 可分为开环和闭环两类，属于闭环控制的有氧传感器电路和点火器控制电路。闭环控制的电路有信号反馈，一旦发生故障，电控单元就能很快确认; 开环控制的电路无信号反馈，其输出控制电路若发生故障， 电控单元只有通过对各种输入信号进行判断才能确认故障，其他电路的故障自诊断系统

11、无法确认。1.1.3 数据存储器 ROM/RAMROM：用于储存能保障自诊断系统正常工作的监控程序、诊断标准及故障运行时的预定参数等，供 CPU 提取和查寻。RAM：存储故障码，同时也存储电子控制系统学习修正（ 自适应）参数，如果 ROM 出现故障，微机能根据RAM 的记忆参数计算出控制参数，输出相应控制信号，但反应会较慢。1.1.4 故障诊断插座如果 RAM 存储器里记录有故障，通过短接故障诊断插座的某些端子，可使 RAM 和故障警告灯之间连线接通，从而使 RAM 存储器里的故障通过故障警告灯闪现出来。1.1.5 后备系统如图 2 所示，当电脑内 CPU 或 ROM 和曲轴位置传感器、水温传

12、感器、车速传感器等出现故障后， 电脑自动装备用集成电路起动， 用固定的信号控制发动机进入强制运转，同时将点亮故障警告灯以便驾驶员能将车辆开到检修厂进行修理。备用系统只能维持发动机的基本功能。根据点火开关、节气门位置4传感器等信号，提供基本的喷油、点火等控制信号。不同发动机其数值各异。但基本情况如表 1：表 1 不同发动机基本情况表发动机状况起动怠速其他喷油时间12.02.34.1点火提前角 10 10 20图 2 微机后备回路系统原理框图1.2 汽车发动机故障自诊断系统历史及发展趋势1.2.1电控汽车自诊断技术发展历程电控系统在板诊断技术的发展可分为以下 3 个阶段。第 1 阶段（70 年代

13、80 年代初）由于被珍断的电子控制系统的结构简单，故障种类也很少、故障码也很简单，所用的故障诊断仪也较为简单。 它除了可以读取故障码之外，还可监视汽车的运行状态、清除故障码和获取少量的诊断数据。美国福特公司的 STAR(SelfTest Automatic Reader)，它适用于 1978 年的EEC I，1979 年的 EEC，1980 年1984 年的 EEC发动机控制Development 制单元，维修人员可以通过它读取 ECU 内记录的故障码。当时的“Scanner”故障诊断仪，可用于 1981 年通用公司的电控发动机模块 ECM 和 1985 年的车身控制模块 BCM 的故障诊断，

14、除了可以读取故障码外，它还可以显示少量的数据。第 2 阶段(80 年代初80 年代末)，为了适应增强的在板诊断系统故障诊断5功能，出现了功能更为强大的故障诊断仪。故障诊断仪配有探头，可以检测汽车的电子电路和电子器件，还可与 ECU 的在板诊断系统进行交互式通讯，从而获取更多的汽车或发动机的运行信息，并能通过故障诊断仪控制汽车和发动机部件的工作和设定其运行状态。福特公司的故障诊断仪，可以诊断 1984 年的 EEC发动机管理系统，该诊断仪配有一个监视器和一个 8 通道的记录仪。通用公司的故障诊断仪“TECHI”，可以诊断 1986 年的 GM30 发动机管理系统和 1987 年的 GMP4 的

15、ECM。车上各子控制系统之间通过通讯线连接在一起，故障诊断仪可以通过数据连接线（Assembly Line Data Link）与发动机管理系统通讯，检测各系统的故障。第 3 阶段（帅年代末现在）故障诊断技术向智能化和信息化方向发展是该阶段的特点。故障诊断仪可直接控制汽车或发动机的部件，维修手册和诊断手册等被有效地组织成“智能化”的电子文档，存储于诊断系统内。维修人员在专家故障诊断系统上，可以方便地查询所需的资料，得到榆测故障的步骤和排除故障的方法。福特公司 1985 年的在绂汽车维修信息系统 OASIS（OnLin Automotive Service Information System）

16、 ，维修终端通过打印机接口或以 Modem 方式与主机连接，以获取与故障发生相关的维修信息。通用公司 1986 年的汽车维修计算机系统 CAM S（Computerized Maintenance System）也具有相似的功能。维修中心的主机通过串行通讯与在维修点的终端机相连，相互之间可以交换信息。此外，维修点的终端还可向维修中心上载故障信息及维修过程的记录和结果。1.2.2发展趋势随着汽车电子技术的飞速发展，各种功能的汽车电子控制系统装车的数量不断增多，控制功能也变得越来越复杂，相应的诊断技术也会进一步发展。应用汽车局部网采用汽车局部网（VANCAN）对各子系统模块进行管理的技术将会得到推

17、广应用。为了适应这一发展，要求各子系统模块提高智能化的程度，具有相应的在线自诊断功能，由专用的诊断模块对各子系统进行监控，提供故障信息和发生故障的部位。外部诊断设备可以通过汽车局部网，直接对各子系统故障进行诊断和测试。6增强在板诊断系统对汽车运行状态的监视功能采用大容量的存储器，实时记录车辆运行的状态（各种传感器及执行器的工作状态） ，记录故障发生前后的各种运行参数的数值，以便维修时用于分析故障发生的原因。提高在板故障诊断系统对突发性故障的处理能力预测突发性故障的发生，并采取应急措施，更改控制逻辑或给出固定数值替代出错的传感器输出信号，使汽车仍能正常运转。加强维修点与其维修中心之间故障诊断信息

18、资源的交流与共享维修点利用网络与汽车生产厂或售后维修中心之间通讯，共享维修诊断资源 维修中心拥有高级的故障诊断专家系统，维修站只需一些简单的计算机终端或更为简单的手持式诊断仪就可工作。这样既增强了维修点的故障诊断能力，又可降低维修成本。加强诊断技术的研究将一些新技术用于汽车故障诊断。例如，规则系统或专家系统的知识数据库；神经网络和扰动分析模式识别技术及动态模型技术等。增强故障诊断专家系统的功能，提高诊断故障的能力和准确性。汽车在板诊断技术是汽车电子技术的重要组成部分，国外经过近 30 年的发展，已经达到了很高水平，形成了较为完善的体系。我国为提高自身的汽车电子技术水平必须对在板诊断技术进行深入

19、研究，研制出适应我国电控汽车故障的诊断设备，井对诊断技术的未束发展进行实质性探索。7第二章第二章汽车发动机故障自诊断系统概述汽车发动机故障自诊断系统概述2.1 汽车发动机自诊断工作系统的工作原理发动机电控系统工作时，自诊断系统把检测到的非正常输入输出信号为故障信号，自诊断系统故障主要有以下几种。当某一电路出现超出规定范围的信号时，故障诊断系统就判定该电路信号出现故障。如水温传感器正常时其输出电压信号在 0.1-4.8V 范围内变化。若冷却水温度传感器输出电压低 0.1V（相当于水温高于 139）或高于 4.8V（相当于水温低于-50）时，ECU 即判定为故障信号，存入存储器。发动机运转时，当

20、ECU 在一段时间里收不到某一传感器的输入信号或输入信号在一段时间内不发生变化，ECU 亦判定为故障信号。如发动机在正常工作温度下运转时，ECU 在一分钟以上检测不到氧传感器的输出信号或氧传感器信号在 0.3-0.6V 间 1 分钟以上没有变化，即判定为氧传感器电路有故障。发动机正常工作中，如果偶然出现一次不正常信号，ECU 诊断系统不会判断为故障。只有当不正常信号持续一定时间或多次出现时，ECU 才将其判定为故障，如发动机转速在 1000r/min 时，转速信号(Ne 信号)丢失了 3-4 脉冲信号，ECU 不会判定为 Ne 信号故障，同时，“CHECK”灯也不会点亮，Ne 信号的故障也不会

21、存入 ECU 内。要注意的是，ECU 判断出的故障，只能提供故障的性质和范围，如水温传感器与 ECU 间配线断路时，水温传感器输出电压信号就会高于 4.8V(正常为0.1-4.8V)。这时 ECU 判定和输出的故障信息为水温传感器发生故障。最后确定是传感器、执行器或相应配线的故障，还应进一步检查确定。2.2 发动机故障显示方式ECU 故障自诊断系统检测到故障信号并判断为故障后，即将故障信息以故障码的形式存储到 ECU 储器中。通过一定操作程序将故障码或故障资料按特定8方式显示出来。不同车型信息的显示方式也不同，主要有以下几种由CHECK（检查发动机灯）灯闪烁故障码。当发动机工作正常无故障时，接

22、通点火开关至“ON”位置，“CHECK”灯点亮。发动机起动后转速高于 500r/min 时此灯应熄灭。否则为有故障发生，用专用跨接线诊断座或通过其它操作可将故障码以“CHECK”灯的一定闪烁方式显示出来。故障排除后，“CHECK”灯在发动机转速高于 500r/min 时熄灭。用 LED（故障显示）灯跨接诊断座上故障诊断输出端子，或跨接专用检测仪器，如百分率表，闭角表，电脑检测仪等直接读取故障码或故障信息资料。出现故障后从主电脑 ECU 壳体侧面显示灯读出故障码。由仪表盘上显示屏直接显示故障码、信息资料及数据故障排除后，故障信息仍储存在 ECU 中不能随故障的排除而自动清除，必须通过操作程序。不

23、同车型清除方法也略有不同，一般清除方法是将保险盒中“EFI”保险丝拔下数秒钟以上。9第三章第三章汽车故障自诊断系统使用实例汽车故障自诊断系统使用实例3.1 发动机窜烧机油的故障现象排除实例窜油现象的特征表现为：汽车行驶时，低、中、高速都有蓝烟，且机油压力低，起动困难，行驶乏力。动力性能和经济性能大大下降，燃油和机油损耗增加，机油约 5 天时间补加一次，废气排放超标。打开机油加入口察看，有一定的脉动烟雾冒出。同时检查曲轴和进气口，有刺激气味烟雾窜出；看排气管口，有油湿现象，检查火嘴，积炭明显，以上特征表明发动机窜油现象突出。发动机在正常温度下运转，要取得动力性和经济性，工作时就必须要使进入燃烧室

24、的混合气的压缩力符合设计要求，而且保证进气充分并且燃烧彻底，因为只有压缩压力达到最大要求和进气充分，才能保证发动机做功时能产生足够的爆破力，从而产生足够的动力，带动发动机曲轴高速运转。而要保证发动机气缸压缩力达到最大要求，则要求发动机配气机构以及曲轴连杆机构等各配合部件密封配合良好。保证密封配合良好，则要求各配合间隙符合技术要求。一旦发动机各密封配合件磨损过大，将会影响其密封性，使发动机出现窜烧机油的故障，最终令其输出功率下降且不能正常行驶。3.1.1 造成发动机窜机油故障的原因分析1. 由配气机构引起配气机构的气门、气门杆、气门导管的磨损，令其配合间隙增大。当气门杆和气门导管由于修理工艺及磨

25、损不均匀时，会造成密封配合不良，产生漏油现象。配气机构出现上述故障，将使机油窜入燃烧室燃烧，从而影响发动机的动力性和经济性。2. 由曲柄连杆机构引起（1）活塞环磨损或失效、各环环口对口。活塞环是活塞连杆组中磨损最快的零件，尤其是第一道活塞环的磨损更为剧烈。在燃烧的作用下，环背产生很大的压力，当然大的环背压力有助于密封，10但另一方面也加速了环背的磨损。活塞环磨损或失效后，弹力减弱，开口间隙、边隙以及背隙增大，令活塞环与气缸体的配合间隙增大，使气缸内密封性变差而出现窜油，造成发动机的动力性能降低，机油消耗升高，引致通风系统严重冒烟，排气冒蓝烟和燃烧室表面积炭。（2）活塞磨损引起的窜油活塞磨损最快

26、的部位，是活塞环槽与活塞销座孔环槽的磨损，其中第一道环槽磨损最严重，由上至下，依此减轻，环槽的磨损，使活塞环槽中配合间隙增大，结果容易引起窜油现象。3. 由气缸磨损引起气缸的工作表面，在正常情况下一般是在活塞环运动的区域形成不均匀的磨损，沿气缸轴线方向磨成上大下小的圆锥形，磨损产生圆柱度误差，最大的磨损部位是活塞在上止点位置时，第一道环所对应的缸壁处，而沿横向截面是磨成不规则的椭圆形，磨损产生圆度误差。最大的磨损在进气门对面的气缸壁上，由于此处受新鲜混合气流较强冲袭作用，导致润滑油膜稀释磨料增多，温度降低，使该部位磨损严重。4. 由机油加注过多而造成由于机油加注过量，发动机高速运转时，飞溅润滑

27、的油多，使气缸壁产生过量机油，而活塞环亦无法把其完全刮掉而窜到燃烧室燃烧。3.1.2 故障排除过程分析根据以上分析，围绕着发动机出现窜烧机油的问题，应当针对以上得出的可能产生的原因，逐项进行解体检查分析。首先，拆下气缸盖检查，检查排气门座是否有灰白的积炭，进气门有油湿。将有问题的气门进行导管与杆的配合间隙的测量，观察其配合间隙是否大于原11厂标准 0.12mm 以上，造成个别进排气门与座的配合密封不良而产生积炭。显然这是由于维修工艺不规范或材质不佳而造成的。而部分气门杆与导管的配合间隙过大，同样不排除工艺与材质的因素。可以重新更换气门、气门导管和气门油封。与此同时，可以重点检查活塞环几个重要数

28、据，没有发现对口现象，检查环的材质。目前市面上的正、副厂原件都有，质量参差不齐，而环的工作条件恶劣，受高温、高压的影响。高温达到 600K，压力有时会达到 5MPa 以上。润滑条件差，如环的材质跟不上，会使磨损加快。于是，我又选一副原厂生产、认为质量可靠的活塞环试配，重新装好发动机启动试运转，燃烧机油和动力不足现象有明显改善，但尚有蓝烟从排气管排出。即发动机窜烧机油的故障还未排除。重新用量缸表测量汽缸体的圆度和圆柱度误差，圆度误差为 0.05mm，圆柱度误差为 0.01mm，且无拉伤痕迹，符合大修标准。但检查汽缸表面的粗糙度时，发现气缸有局部位置与活塞环无接触的痕迹。根据这种情况，估计故障可能

29、是气缸体承孔与气缸套外径配合不良造成，因为如果气缸套与承孔配合不是过盈，而存在间隙 B，当发动机高速运转时，有间隙的部位，在瞬间高温高压作用下，缸套会整体局部变形压紧在承孔上，造成较大 S 型变形，使活塞环与缸体间产生瞬间密封配合不良。而采用量缸表是不能量出这一变形误差的，原因是零件表面的实际形状对理想形状的变动量是在受到冲击力时才出现的，而且发生时的变动量为形状误差，当实际圆柱面偏离理论圆柱面时，实际圆柱内各垂直面的直径是相等的，所以用量缸表测量仍得到符合标准的数据。如图所示，实际圆柱面各点直径 D 数值相等，而缸套与承孔存在公差 B。3.2 发动机自检测系统的应用实例现代 Elantra

30、1.6 轿车出现冒黑烟、怠速游车的故障，而且黑烟随加速而增多，油耗大。分析：黑烟随加速而增多，油耗大，应该是喷油量偏多，混合气过浓造成的。12检修：先读故障代码，诊断盒在离合器右侧的保险盒下方，接上发光二极管（该车无 CHECK 灯），读到 21 号代码（水温传感器信号不良），检查水温传感器的插头有油污，清洁后故障代码可以清除，但故障依旧。接上金德 K8 诊断仪，读取数据流，热车怠速的喷油时间为 8ms 左右（正常为 23ms），空气流量计的输出信号频率在 801200Hz（正常为 3040Hz）之间快速变动，发动机转速在 7001100RPM 之间变动，其它信号参数基本正常。从测量数据来看，很有可能是空气流量计信号不正常而引起喷油量异常，引起故障；也有可能是其它方面的原因造成发动机游车后，进气波动太大而引起空气流量计信号不正常的，不过前者的可能性更大一些。为了进一步确定空气流量计是否良好，拆下空气滤清器，接通点火开关，用电吹风对着空气流量计吹气，在“进气量”稳定的情况下，空气流量计的信号仍然波动很大，说明空气流量计有故障。后来又用信号模拟仪输出矩形波信号来代替空气流量计信号，当频率为35Hz 时，喷油量为 2.6ms，发动机怠速运转平稳，不冒黑烟；将频率调到110Hz（该仪器只有四级调节），喷油时间略微上升，发动机也运转平