基于AVL檢測(cè)設(shè)備的電控發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷研究

孫 遜，陳 劭

Sun Xun，Chen Shao

（北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083）

0 研究背景

維修站的實(shí)際運(yùn)營中，一般在無法判斷故障問題時(shí)或者只是清除ECU的故障碼的情況下，才使用多功能診斷儀，無法較好地發(fā)揮其作用；在許多汽車維修企業(yè)中，僅將尾氣分析儀作為車輛年檢前調(diào)整尾氣、測(cè)試簡單參數(shù)的普通設(shè)備，并不能發(fā)揮出它在汽車故障診斷中的作用。大多數(shù)情況下單一地使用一種類型的檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)結(jié)果可能無法準(zhǔn)確反映故障問題，更導(dǎo)致檢測(cè)儀器的閑置。文中根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器，充分利用所選儀器的診斷特點(diǎn)，提出了綜合利用一系列檢測(cè)儀從多角度診斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的方法。形成了集隨車診斷、車外診斷和集成診斷于一體的全方位診斷方法。

1 故障診斷方法

圖1所示為文中提出的故障診斷方法，具體的故障診斷方案如下：

第一步，利用 AVL8000隨車診斷設(shè)備檢測(cè)ECU中儲(chǔ)存的故障代碼及故障名稱；同時(shí)利用K81故障解碼器進(jìn)行相同操作，證明AVL檢測(cè)儀器專家系統(tǒng)的先進(jìn)程度。

第二步，利用AVL8000檢測(cè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流，定量掌握汽車運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合第一步進(jìn)一步鎖定故障點(diǎn)。

第三步，利用AVL4000尾氣分析儀檢測(cè)尾氣各成分含量情況，根據(jù)結(jié)果結(jié)合第一、二步推測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

第四步，利用AVL990專項(xiàng)診斷儀對(duì)懷疑的診斷點(diǎn)進(jìn)行專門的檢查。

2 故障診斷平臺(tái)

結(jié)合上面的故障診斷方法，利用實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備搭建故障診斷平臺(tái)，如圖2和表1所示。

表1 所用儀器介紹

AVL8000是種易于使用、便攜式、為車輛診斷軟件應(yīng)用而設(shè)計(jì)的儀器，它運(yùn)用內(nèi)部操作系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)部存儲(chǔ)的軟件程序進(jìn)行工作。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器傳送從不同傳感器（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等）測(cè)量得到的信息并發(fā)送命令給電子系統(tǒng)（噴油嘴、繼電器、電磁閥），所有數(shù)據(jù)取決于通訊速度和控制器性能，實(shí)時(shí)更新。

AVL4000具有多燃料測(cè)量功能（汽油天然氣液化氣酒精），擁有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度測(cè)量接口，并集成于五氣體排放測(cè)量系統(tǒng)。其 R232通訊接口具有后處理數(shù)據(jù)軟件。內(nèi)置符合GB18285—2005的雙怠速測(cè)量軟件。具有尾氣專家診斷功能，通過尾氣測(cè)量分析發(fā)動(dòng)機(jī)故障，并可判斷排氣管是否有泄漏。

AVL Discope 990發(fā)動(dòng)機(jī)綜合分析儀提供了可供選擇的測(cè)量范圍自動(dòng)設(shè)置的測(cè)量程序，用戶通過AVL DITEST診斷系統(tǒng)獲取所需的各個(gè)功能和檢測(cè)程序的詳細(xì)描述，這些描述可以顯示在用戶的電腦顯示屏上。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置05號(hào)故障具體內(nèi)容。

故障名稱：節(jié)氣門控制器怠速接點(diǎn)開關(guān)信號(hào)故障；

故障現(xiàn)象：加速遲滯、動(dòng)力不足；

故障點(diǎn)：ECU至節(jié)氣門控制器怠速接點(diǎn)開關(guān)斷路；

試驗(yàn)現(xiàn)象：設(shè)置故障后，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的聲音明顯有變化，變得低沉，有沉重感。

3.1 K81顯示的故障碼

讀取故障碼，顯示故障：00668為車輛電壓端子30信號(hào)太弱；01165為節(jié)氣門控制單元-J338 基本設(shè)置錯(cuò)誤；00525為氧傳感器-G39無信號(hào)/SP偶發(fā)故障。記下故障碼后清碼，重新讀碼，只有“01165節(jié)氣門控制單元-J338基本設(shè)置錯(cuò)誤”。故障只能大概定位為節(jié)氣門體部分問題。

3.2 AVL8000故障檢測(cè)

（1）節(jié)氣門單元錯(cuò)誤代碼1165

類型：基本設(shè)置錯(cuò)誤。

異常部位像節(jié)氣門單元包括節(jié)氣門電位計(jì)、怠速執(zhí)行器和怠速位置開關(guān)。原因可能來自：

①某些內(nèi)部元件；

②某些需要檢測(cè)的線路；

③沒有正確調(diào)整的控制線路；

④某些可能要替換的 ECU或者節(jié)流閥單元。

在最后一種情況下，可以通過相關(guān)的功能得到基本的值。

（2）怠速位置錯(cuò)誤代碼516

類型：典型的正極開路或短路。

ECU沒有正確地得到有關(guān)加速器閑置位置的信息。原因可能是：

①傳感器到 ECU的線路出現(xiàn)開路或者短路；

②錯(cuò)誤的切換；

③節(jié)氣門的機(jī)械調(diào)整，粘在一起的連線或者加速器的電纜等等。

基于這個(gè)系統(tǒng)，切換可能產(chǎn)生在節(jié)氣門電位計(jì)、怠速執(zhí)行器或者怠速的節(jié)氣門（電氣）控制的速度制動(dòng)器、節(jié)氣門（或電氣）控制的油門單元或者加速器踏板位置傳感器。

某些特定的系統(tǒng)沒有物理切換器，但是從怠速位置信號(hào)（虛擬怠速開關(guān)）中可得知怠速位置。

試驗(yàn)結(jié)果1分析

AVL8000具有一定的專家系統(tǒng)技術(shù)，它由知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、學(xué)習(xí)系統(tǒng)、上下文、癥兆提取器和解釋器構(gòu)成。當(dāng)故障碼被診斷出時(shí)，反饋到知識(shí)庫和數(shù)據(jù)庫中，尋找相關(guān)參數(shù)；根據(jù)這些參數(shù)，進(jìn)入到推理機(jī)中進(jìn)行推理，所以不僅能檢測(cè)輸出與K81相同的節(jié)氣門部位的故障碼，而且更深一步推測(cè)故障的問題。最重要的是由于其具有學(xué)習(xí)系統(tǒng)、解釋器等，根據(jù)檢測(cè)到的故障，分析可能出現(xiàn)的故障原因，輔助維修人員確定檢測(cè)范圍及檢修的方法，更具有針對(duì)性和準(zhǔn)確性，便于快速排查故障。

經(jīng)過上面的詳細(xì)故障原因分析，可以確定故障的原因可能為節(jié)氣門體部位的故障以及怠速控制部位的故障。需要檢測(cè)節(jié)氣門體部件完好程度以及重要部件的角度位置，另外檢測(cè)相關(guān)的電路。

3.3 AVL8000檢測(cè)的數(shù)據(jù)流

超出正常值的指標(biāo)

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)怠速若超出規(guī)定值，檢查怠速。

（2）節(jié)氣門角度若大于 5°，可能：a. 節(jié)氣門控制部件 J338沒有基本設(shè)定；b. 油門拉線過緊，需調(diào)整；c. 節(jié)氣門控制部件損壞。

（3）發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)噴油時(shí)間若大于5 ms，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過大。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)流表

試驗(yàn)結(jié)果2分析

表 2所示為試驗(yàn)獲得的所有數(shù)據(jù)流，但是只需要分析其中幾組就可以進(jìn)行判斷。根據(jù)上面第一步檢測(cè)結(jié)果，故障問題大致為節(jié)氣門部位及怠速控制部分的問題，所以重點(diǎn)分析與此相關(guān)的數(shù)據(jù)即可。其中超標(biāo)的項(xiàng)目已經(jīng)整理出來，數(shù)據(jù)流顯示的故障問題也十分明顯。通過幾次實(shí)驗(yàn)，怠速轉(zhuǎn)速值不穩(wěn)定，有些在正常值范圍內(nèi)，有些卻達(dá)到了1200 r/min。多項(xiàng)指標(biāo)說明發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過大，以及節(jié)氣門開度過大。根據(jù)理論分析可能是由于怠速節(jié)氣門信號(hào)丟失的原因，很有可能是因?yàn)榈∷俟?jié)氣門電位計(jì)不起作用，ECU無法接收到該信號(hào)，節(jié)流閥體的節(jié)氣門將通過應(yīng)急彈簧進(jìn)入機(jī)械應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，怠速轉(zhuǎn)速將有所提高，以致達(dá)到了 1200 r/min。根據(jù)上述的分析可以進(jìn)一步推斷，故障可能是怠速節(jié)氣門信號(hào)問題。

3.4 AVL4000尾氣分析儀的故障前后以及怠速加速的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 檢測(cè)尾氣結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果3分析

對(duì)于正常怠速和故障怠速的各項(xiàng)數(shù)值比較可知，CO偏高、CO2偏低、HC偏高、O2偏低、NOx適中，說明混合氣濃。開始的時(shí)候發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油耗上升不少，是由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，為了能夠順利起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度達(dá)到最大，并且ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了加濃噴油。節(jié)氣門單元應(yīng)急彈簧處于應(yīng)急狀態(tài)，節(jié)氣門開度處于一定的開度不變，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量增大，噴油量很大，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和油耗上升，與此同時(shí)，由于油耗量沒有減少，致使排放中CO和HC變大；由于轉(zhuǎn)速比較高，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸燃燒溫度相對(duì)于正常怠速要高，從而帶來了NOX的增大。

從尾氣分析來看，進(jìn)一步驗(yàn)證了怠速節(jié)氣門電位計(jì)的故障問題。

3.5 AVL990實(shí)驗(yàn)波形對(duì)比

前述的AVL8000、AVL4000檢測(cè)的結(jié)果都是節(jié)氣門部位存在問題，因此在AVL990的專項(xiàng)測(cè)試中重點(diǎn)進(jìn)行傳感器測(cè)試中的節(jié)氣門電壓測(cè)試。

試驗(yàn)結(jié)果4分析

AVL990的測(cè)試原理：節(jié)氣門電壓計(jì)提供給汽車電腦控制單元信息，在怠速期間提速或速度改變時(shí)，節(jié)流氣門位置也隨之而改變。通常電壓計(jì)由控制單元提供+5V工作電壓和接地信號(hào)。節(jié)氣門開度增加，輸出電壓增加，控制單元能測(cè)知節(jié)氣門的開度。電壓由滑動(dòng)電阻的滑邊上提取。當(dāng)接觸點(diǎn)氧化或滑片磨損（多數(shù)開度位置約為1/4+1/4節(jié)流閥開度），則輸出電壓信號(hào)出現(xiàn)跳動(dòng)。

波形圖不光滑，伴有很多的抖動(dòng)，說明存在很多的信號(hào)干擾。進(jìn)入專家系統(tǒng)，根據(jù)其推理，鑒定結(jié)果為節(jié)氣門電壓計(jì)或傳感器失效，或者接線不良或失效（見圖3、圖4）。

4 結(jié)束語

首先通過試驗(yàn)對(duì)專家系統(tǒng)的先進(jìn)性進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)于同一故障使用K81和AVL8000進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。兩者均測(cè)到故障碼，但是AVL8000所測(cè)得的故障碼更為精準(zhǔn)、全面，并且列出了造成故障的原因。劃定了故障可能發(fā)生的范圍，可以節(jié)省大量的時(shí)間和精力，使檢測(cè)更為便捷，體現(xiàn)出AVL系統(tǒng)的優(yōu)越性。

進(jìn)而驗(yàn)證故障檢測(cè)方法的可行性。通過上述對(duì)有故障的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)的試驗(yàn)過程，使用 AVL8000大概得知故障部位；再通過觀測(cè)數(shù)據(jù)流，找出數(shù)據(jù)異常的指標(biāo)，判斷出大概的故障是怠速節(jié)氣門信號(hào)丟失問題；另外，通過觀測(cè)尾氣指標(biāo)，更進(jìn)一步印證節(jié)氣門控制器怠速接點(diǎn)開關(guān)信號(hào)可能存在故障，最后經(jīng)過AVL990專門波形的分析，證明推理判斷的正確性。這與在故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置的 05號(hào)故障相應(yīng)的故障點(diǎn)（ECU至節(jié)氣門控制器怠速接點(diǎn)開關(guān)斷路）完全相同，說明文中所提出的故障檢測(cè)方法具有可行性以及有效性。并且此方法思路清晰，排查簡便、高效。

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