电控汽油发动机检测技术

1、7.1 汽车计算机控制系统汽车计算机控制系统功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 组成：现代汽车计算机控制系统按功能模块可分为传感器、计算机控制单元、执行器、通信与连接网络、随车诊断系统五部分。：每一个计算机的操作都可以划分为四种基本功能：输入、处理、存储、输出：功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 输入装置可以简单到如仪表板上的按钮、开关，或发动机上的一个传感器。车用传感器有各种类型，如机械的、电子的、磁电的，测量的参数如车速、发动机转速、空气压力、排气氧含量、空气流量和发动机冷却液温度等。每一种传感器都是将所感知的信息以电压信号的形式输送给计算机。这些电压信号被输入计算机内后，

2、先进行信号处理。信号处理内容包括放大那些过小的计算机无法识别的电压信号。信号处理器通常在计算机的内部，但也有传感器自带信号处理电路。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 计算机有两种类型的存储器： 永久存储器和暂时存储器。永久存储器暂时存储器永久存储器被称为只读存储（ROM），因为计算机只是读取存储器的内容，不能改变存储器内的数据。即使切断计算机的电源，ROM中的数据也不会丢失。一部分ROM是嵌入在计算机内的，其余的集成在一块芯片内，被称为可编程序只读存储（PROM）或可校准芯片。一些PROM中的程序可被紫外线擦除或电擦除，这样的PROM被称为

3、可擦可编程只读存储器或EPROM。暂时存储器被称为随机存储器（RAM）。因为可随时由计算机程序向存储器直接写入、存储新数据，或读取已存储的数据。车用计算机使用两种类型的随机存储器：易失RAM和不易失RAM。无论何时，只要关闭点火开关，易失RAM中的数据就会丢失。但是，有一种类型的不易失RAM，被称为保持存储器（KAM）,因为由蓄电池直接供电，可防止点火开关断开时，数据丢失。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 由蓄电池直接供电，可防止点火开关断开时，数据丢失。所有的RAM和KAM都有一个共同的缺点，当无电源供电时，记忆就会丢失。如车上的可编程无线电接收装置，当断开蓄电池连接时，设置的数据

4、就会丢失。当又连接上蓄电池后，要重新设置无线电接收装置。计算机置出的故障码也存储在RAM中，可通过断开蓄电池连接来清除故障码。不易失RAM即使在蓄电池断开的情况下，数据也不会丢失。这种类型存储器的一个用途，是存储电子速度计中的里程表数据。该RAM芯片可连续累计车辆行驶的里程数。当必须换用新电子速度计时，可装用旧里程计芯片。KAM主要用于与自适应装置的连接。保持存储器（KAM） 图7-1 计算机控制系统的内部组成 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 计算机之间也能进行信息交流，通过相互间的输入和输出信号进行交流，意思是一个计算机的输出信号可能是另一个计算机的输入信号。功用及类型工作原理信

5、号特征检测方法故障诊断 7.2第二代随车诊断系统（第二代随车诊断系统（OBD）简介）简介功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 20世纪80年代期间，许多汽车制造商给车辆装配随车诊断系统（OBD，On-Board Diagnostic），此系统的最大特点就是当汽车发生故障时，以特定的方式显示出故障码，帮助判断电路故障原因，便于维修。因为美国和欧洲采用了两种不同的排放法规体系，所以第二代车载诊断系统有OBDII、EOBD两种形式。美国实施OBDII，而采用欧洲排放法规的国家则实施EOBD系统。美国的OBDII系统实施得更早，标准更严格。美国环保局规定1996年以后生产的轿车和轻型卡车(载重在

6、6.5t以下)的电控系统都要求配置OBDII系统，并在2000年1月1日开始所有汽车制造商生产的轿车及轻型卡车都必须配置OBDII系统。加拿大于1998年开始实施OBDII系统。欧洲则从2000年开始逐步实施EOBD系统，2001年欧洲所有新生产的轿车(载重2.5t以下)仅限于汽油发动机配置EOBD系统，而对于柴油发动机轿车要求到2004年必须强制配置EOBD系统。在我国目前己经颁布的排放法规中欧标准里尚无OBD的有关规定，但随着欧III标准的实施，OBDII、EOBD的使用必将提上日程。我国将在2007年和2010年分别实施国家第三、第四阶段机动车排放标准(第三阶段排放标准相当于欧III标准

7、)。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 第一代随车诊断系统（OBD）的优点第一代随车诊断系统(OBD)的缺点功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 1996年及之后生产的所有轻型车量都必须采用第二代随车诊断系统（OBD）标准。OBD的主要目的是降低排放污染，而设立OBD（1988年）的主要目的是检查传感器或其电路是否有问题。OBD法规要求该系统不仅要测试传感器而且要测试所有的排放控制装置，并要查证排放装置是否正常工作。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 2.采用统一的故障码及意义，能使用统一协议的检测工具、标准化的16针诊断座（DLC）进行检测（诊断座见图7-2和其端子说明

8、见表7-1所示）。 图7-2 OBDII数据传输诊断接头功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 表表7-1 OBDII 诊断座端子的用途诊断座端子的用途端子端子用途用途端子端子用途用途1 1生产厂家自行设定9 9生产厂家自行设定2 2美 国 款 车 诊 断 用BUS+线，SAE J18501010美 国 款 车 诊 断 用 ，SAE J1850 3 3生产厂家自行设定1111生产厂家自行设定4 4直接在车身搭铁1212生产厂家自行设定5 5信号搭铁1313生产厂家自行设定6 6生产厂家自行设定1414生产厂家自行设定7 7欧款车诊断用K线，ISO091411515欧 款 车 诊 断 用 ，

9、ISO091418 8生产厂家自行设定16接蓄电池“+”极3.诊断信息多样化。除可获得故障码外，OBD1I还可提供传感器检测数值、控制状态、控制参数和执行器通/断等信息。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 OBDII系统将故障码分为A、B、C和D四种类型A类故障码类故障码 A类故障码是与排放相关的故障码。计算机诊断程序连续一个循环即可检测到该类故障，并点亮故障指示灯。A型故障码是最严重的一类，如发动机间歇不点火、混合气过浓过稀等会置出该类故障码。A型故障码提醒驾驶员车辆排放系统有问题，会造成催化转换器损坏。为了诊断方便，当A类故障码被设置时，OBDII系统同时还储存了一个历史故障码，失

10、效记录和一个冻结帧现场数据。B类故障码类故障码 B类故障码是次严重的一类排放问题。在MI（Malfunction Indicator Lamp）故障指示灯点亮之前，这类故障应在两次连续的行驶过程中都至少发生一次。若在一次行驶过程中发生，而在下一次行驶过程中没有发生，则该故障的码还未“成熟”，MIL灯不点亮。当MIL灯点亮的条件满足时，所储存的历史故障码、失效记录和一个冻结帧现场数据与触发A类故障码时完全相同。C类和类和D类故障码类故障码 C类和D类故障码是进行与排放无关的故障测试得出的。C类故障码点亮MIL灯（或其它报警灯），但D类故障码不点亮MIL灯。C型故障码也被称为C1故障码，而D型故障

11、码则可称为C0故障码。1.OBDII系统故障码的分类系统故障码的分类功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 一旦故障码己设置，若工作状况恢复正常，只有在通过了三次连续的行驶过程，OBDII系统自诊断后，MIL灯才会熄灭。到经过40个 后并不再有故障出现后，计算机可清除该故障代码及 。像间歇不点火、混合气过浓或过稀这样的故障码，需要80个行使过程，才能清除故障码。行驶过程冻结帧数据行驶过程行驶过程个不只是一次点火循环，而是一次暖机循环，即起动发动机，行驶车辆让冷却液温度升高至少22（如果起动时温度低于72）。OBD需要计算机能快速留下或存储所有故障指示出现时的数据，便于用解码器提取这些数据，

12、这些被存储的数据就被称为冻结帧数据冻结帧数据。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 2.OBDII故障码的含义故障码的含义故障代码的百位，如P0 xxx和P1xxx类型的代码，表示特定系统或其分支系统出现问题。故障代码的十位和各位数字代表系统的一部分出现故障。下面为SAE定义的代码和其表示的系统：功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 代表汽车制造厂原厂故障码由SAE定义的故障范围动力系统分支0-整个系统1-燃油或空气计量2-燃油或空气计量3-点火系统或不点火 4-排放控制系统5-怠速及辅助输入6-电控单元及辅助输入7-变速器8-变速器0 SAE定义的故障码 1 生产厂家自定义代码B

13、-车身C-底盘P-动力系（发动机、变速器）U-网络功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 3.OBDII系统故障指示灯特点系统故障指示灯特点故障指示灯（MIL）常见标识为淡黄色的“check engine”或“service engine soon”的灯。若将一个传感器有意断开，MIL灯不一定会点亮，这取决于这个传感器影响排放的程度（优先级）和OBDII自诊所需的行驶循环数。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 4.OBDII故障码读取和清除的方法故障码读取和清除的方法功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 解码器原厂专用型与通用型两类：1.原厂专用型解码器即各汽车生产厂家为自己

14、所生产的车型而设计的，它主要是为了检测本公司所生产的指定车型。例如：通用公司的Tech 2、福特公司的STAR-II与NGS、克莱斯勒公司的DRB-II、大众汽车公司的V.A.G1551和V.A.G1552及1552A、奔驰公司的HHT、丰田公司的Intelligent Tester II、现代公司的Hi-Scan等。2.通用型解码器根据其来源，目前使用的主要有两种：进口解码器与国产解码器。进口解码器常见的是美国实耐宝(Snap-On)公司生产的Scanner(红盒子)和欧瓦顿勒公司(0watonna Tool Company) 生产的OTC解码器，用于检测欧洲车的EAAT3000解码器及Da

15、tascan 0B91解码器，与0BD自诊断系统相配套的各型OBD-II解码器。国产解码器主要有电眼睛、仪表王、修车王、金德PC机等。当故障已被排除，就可清除计算机存储器内的故障码。如果同一故障在40个以上暖机（70 以上）驱动循环内不再出现，计算机可以自动清除该故障代码。但对于间歇不点火、混合气过浓或过稀的故障码，需要80个暖机驱动循环才可自动清除。断开蓄电池的接线不能清除OBD故障码和冻结帧保存的状态信息，多数汽车制造商推荐使用解码器清除故障码。因为断开蓄电池接线，存储器内存储的有关收音机、座椅的参数和发动机学习获得的工作参数都会丢失。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 7.3 O

16、BDII解码器的诊断测试模式 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 诊断测试模式诊断测试模式名名 称称模式1 当前动力系统故障数据模式2动力系统冻结帧数据模式3由动力系统导致排放问题的故障码模式4清除故障码模式5氧传感器监测结果模式6非连续监测结果模式7连续监测结果模式8对所需系统或元件进行主动测试模式9所需的车辆信息每个监测过程必须在特定的运行条件下完成，这些条件包括发动机温度、发动机转速和负荷、节气门开度、发动机起动后运行时间等。诊断管理程序确定故障诊断检测的次序，当正确的运行条件具备时，决定检测的持续时间。如果条件和时间不满足要求，管理软件将等待时机运行适当的监测诊断程序。功用及类

17、型工作原理信号特征检测方法故障诊断 OBDII系统通过这个模式显示当前与排放相关的数据，如传感器输入信号、执行器工作位置和系统状态，这些数据被称作。传感器或电路问题都是以当前的数据显示的，不能用其他数据替换。具体数据列表见图7-4 :功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 在模式3，解码器调取所有存储在电控单元内的与排放有关的故障码。在模式4，所有的故障码、冻结帧数据、氧传感器的监测结果、所有被监测系统的状态当前测试值和历史记录都可被清除掉并重新进行设置，此时只要发动机不工作、点火开关处于“ON”即可。如果故障不再出现，经过40个暖机驱动循环后，

18、OBDII系统可自动清除故障信息。这40个暖机驱动循环是在电控单元熄灭故障指示灯后开始的。OBDII驱动循环概念见表7-4。工况工况起动起动预热预热怠速怠速1加速加速1匀速匀速1匀速匀速2减速减速1加速加速2匀速匀速3减速减速2控制要求一旦起动，在测试循环内不能停车用任意方式驱动汽车，直到水温高于，包括怠速节气门开度1/4，加速到，关闭A/C以4864km/h之间速度运行，节气门开度一定，至少1min以3272km/h形之间速度稳定运行减速至怠速节气门开度1/2，加速到以64104km/h之间速度运行，节气门开度稳定，至少80s减速至怠速运行时间大于4min 45s约10s大于1min大于4m

19、in 约10s约100s功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 这个模式显示的是氧传感器的测试结果，解码器显示屏中显示的数据用于判断氧传感器的工作状态。所显示的氧传感器测试结果不是当前测试值，点火开关关闭后，这些测试结果将丢失。空燃比传感器的测试结果不在模式5中显示，一些车辆采用非连续监测模式来显示空燃比传感器的测试结果。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 该模式显示与排放相关的动力系统元器件的连续监测结果，检测失败会以故障码的型式显示出来，称为未决故障码。正常情况下监测只需要一个驱动循环，第二

20、个驱动循环可进一步验证悬而未决的故障。该模式对于验证故障是否解除很有帮助。例子见图7-11。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 7.4 基于基于OBDII系统监测信息的故障分析方法系统监测信息的故障分析方法功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 缺火监测通过测试每个气缸做功时对发动机转速变化的影响程度，对气缸的缺火进行连续监测。不是所有的发动机缺火故障都能由OBDII系统监测出，OBDII系统主要是监测与排放有关的、发动机不能平顺工作的情况。监测缺火的目的有两个：一是判断监测缺火是否严重影响催化转换器的工作；二是监测缺火是否导致排放过高。电控单元通过曲轴位置传感器感知曲轴加速情况，

21、每缸作功曲轴转速都会有短暂地增加，当出现气缸出现缺火，曲轴转速会下降，见图7-14所示。电控单元只要察觉到曲轴位置传感器信号（Ne）频率发生变化，就会利用凸轮轴位置传感器信号（G）识别气缸是否处于作功形程，以判断是否出现缺火故障。遇到路面不平的条件，会暂时搁置缺火监测。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 燃油系统监测当系统闭环运行时，燃油监测程序将连续监测短期燃油修正和长期燃油修正。如果出现了进气真空泄露、进气受阻、燃油压力不正确等，燃油控制的变化将超出短期或长期燃油修正表上预定的极限，燃油监测程序将记录一个未决故障码。例如当发动机已达到正常

22、的工作温度、空燃比反馈控制已趋于稳定，此时若燃油修正向加浓方向修正到极限值，则电控单元会置出故障码；反之若向变稀方向修正到极限值也会置出故障码。置出这样的故障码需要经过两个驱动循环。通过燃油修正判断故障原因，要多分析几个转速范围内的燃油修正值。应该在发动机怠速、1500r/min和2500r/min时检查燃油修正。例如。如果长期燃油修正(LTFR，long -term fuel trim)在怠速时是25%，但是在1500r/min和2500r/min时都校正到4，这时的诊断应该集中在诸如真空泄漏等引起怠速稀工况的各种因素中。如果稀工况存在于所有转速范围，就很可能是燃油泵故障、喷油器堵塞等与供油

23、系统有关的故障。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 表表7-5 燃油修正与原因分析燃油修正与原因分析 原因车辆工作状态氧传感器信号电压稀混合气（氧传感器信号电压低）浓混合气（氧传感器信号电压高）短期或长期燃油修正值高（高于128）置出故障码短期或长期燃油修正值低（低于128），置出故障码稀混合气NOX排放高NOX排放高氧传感器验证车辆处于稀混合气工作状态主要原因：燃油系统问题燃油系统压力低进气歧管真空泄漏喷油脉宽小空气流量（MAF）或进气歧管绝对压力（MAP）信号不正常氧传感器被骗以为车辆处于浓混合气工作状态主要原因：排气管中空气量不足 废气再循环量过多 氧传感器搭铁不良、接线或垫圈松

24、弛 氧传感器中毒浓混合气HC、CO排放高冒黑烟催化转换器释放出怪味氧传感器被骗以为车辆处于稀混合气工作状态主要原因：排气管中空气过多排气歧管一直在进气排气歧管有裂缝或泄漏处发动机有缺火现象，未燃混合气排出氧传感器验证车辆处于浓混合气工作状态主要原因：燃油压力过高回油管受阻喷油器泄漏燃油蒸发系统净化持续开启空气滤清器堵塞氧传感器受到污染燃油受到机油污染空气流量（MAF）或进气歧管绝对压力（MAP）信号不正常功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 对传感器的监测 对于模拟信号输出的传感器，通过监测其模数转换的输入电压，以确定其开路、短路和超出范围的数值。对于开关或频率信号输出的传感器，采用与之

25、相关的另一传感器的输出数值相比较的方法，确定被监测的传感器是否正常。例如，对曲轴位置传感器与凸轮轴位置信号数值进行比较，如果由曲轴位置传感器监测到怠速不正确，则计算机就对怠速控制阀进行调解。如果这种调解超出规定的标准，则认为怠速控制阀出现故障。对执行器的监测 对于执行器的监测是检测执行器驱动电路的开路和短路电压，几乎所有的执行器只要分别予以接地就可以接通，其电压接近于0V。例如，进气温度传感器、水温传感器、节气门位置传感器、进气歧管压力传感器和空气流量传感器等。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 OBDII系统还可以监测氧传感器、三元催化转换器效率和燃油蒸发控制系统的密闭性等，这些是O

26、BDII系统的主要功用之一。详见前面章节。如果出现引起排气管的排放超过11/2倍FTP标准的问题，电控单元也将置出故障码，但此时故障指示灯并不亮。直到车辆已经过连续三次暖机驱动循环，并且车辆工作条件与目前检测到故障的情形相似，故障指示灯才会亮。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 用具有显示功能的解码器对被监测系统进行的测试，在开始测试前发动机冷却液温度应低于122 （50）、进气温度与发动机冷却液温度相差应在11 （6）以内、燃油箱应加入相当于总容积15%85%的燃油。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 不用制动或离合器的减速。在这一步测试废气再循环系统、活性碳罐净化和燃油修整

27、诊断。保持稳定的转速5分钟。在这一步测试催化转换器。节气门开启四分之三加速到5560 mph(8896km/h)。在这一步测试间歇缺火、活性碳罐净化和燃油修整诊断。不用制动或离合器（如果装备）的减速。在这一步测试废气再循环系统、活性碳罐净化和燃油修整诊断。保持稳定的转速3分钟。在这一步测试氧传感器、废气再循环系统、活性碳罐净化和燃油修整诊断节气门半开加速到55 mph(88km/h)。在这一步测试间歇缺火、活性碳罐净化和燃油修整诊断。起动发动机，怠速运行2.5分钟。在这一步测试氧传感器加热装置、活性碳罐净化系统、间歇缺火、燃油修整和进入闭环控制的时间。：功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊

28、断 在所有类型的故障诊断中，最难的是间歇性故障，因为间歇故障出现的条件要么多是发动机过热、过冷或潮湿,采用解码器进行常规检测时可能无法检测到这些间歇性故障。出现间歇性故障时，必须先确定故障出现时发动机的工作状况，模拟发动机重复出现的条件和环境，进行验证。常见模拟方法有：振动法加热法水淋法电器全接通法道路模拟试验法对于有些未配置的系统，OBDII系统也进行了检测，也会被错误当作间歇性故障，例如氧传感器加热装置、燃油蒸发净化监控系统、催化转换效率监控系统和废气再循环量控制系统。功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 非OBDII相关原因造成的问题也会使电控单元置出故障码如：发动机的机械故障真空

29、泄漏排放泄漏燃油箱盖问题燃油污染燃油液位过低此时除读取故障码之外，还要读取数据流，进行逻辑分析。进气歧管漏气对发动机怠转速影响很大，对中高速、大负荷工况影响不大。采用进气歧管绝对压力传感器的D型电控发动机漏气时怠转速一般表现为转速过高，或发动机在高低速间游车；而采用空气流量式D型电控发动机的表现则较为复杂，可能表现为怠速转速低、缺火、混合气稀或排气过热等各种现象，可从排气及数据流等方面进行分析功用及类型工作原理信号特征检测方法故障诊断 一辆桑塔纳3000事故车，修复后起动发动机试车，发动机能起动，但怠速不稳，易熄火，怠转速在500 r/min700 r/min游车。从排气管处观察，感到排气温度过高，排气管中段高温发红，排气无色但有异味；燃烧粗暴，好像有断火现象；中高速行车正常，冷却液温度、燃油系统压力和气缸压力均正常。更换了4个火花塞，故障依旧。用VAG1552测试，无故障信息存储。读数据流，发现其他数据正常，不正常的数据如表7-6所列。发动机转速，发动机转速，r/min500700 怠速节气门开度，47每循环喷油时间ms7.27.5进气质量流量，g/s4.56混合气的 调节值，+25%氧传感器的信号，V0.050.1表表7-6桑塔纳桑塔纳3000发动机数据流发动机数据流功用及类型工作原理信号特征检测