數據流分析在電控發動機故障診斷中的應用研究

謝銳波

（韶關學院物理機電與工程學院，廣東韶關512005）

數據流分析在電控發動機故障診斷中的應用研究

謝銳波

（韶關學院物理機電與工程學院，廣東韶關512005）

數據流分析在發動機故障分析中有重要的意義，對于發動機發生的一些疑難雜癥，隱性故障沒有進行數據流分析一般是難以解決的.根據數據流的產生機理，探討了如何正確快捷地獲取數據流，準確掌握數據流分析方法并靈活應用.

數據流；數據流分析；分析方法；故障診斷

隨著現代汽車工業的不斷快速發展，電子技術已廣泛應用到汽車的控制系統中，汽車的發動機、底盤、車身、電器系統全部都采用了電子模塊化進行控制.如果單憑傳統的經驗對汽車發動機進行盲目的拆卸維修，將會造成很多不必要的損失和時間浪費.為提高發動機故障排除的效率，從業人員必須要有扎實的理論基礎和行之有效的分析問題、解決問題的方法.我國經過這幾年的素質教育的快速發展，全國的高校與高職院校培養了一大批素質優秀的一線維修工.很多維修工已經掌握了扎實的汽車理論知識，但在實際維修中還不能很好的建立一套診斷思維模式，例如大部份維修工只是利用發動機故障碼來對發動機的故障進行診斷分析，很少利用數據流系統分析對發動機的故障進行排除.若僅靠發動機故障碼來分析故障原因，有時未必能準確的判定故障所在位置，因為故障代碼僅僅是記錄發動機ECU判斷某個傳感器或執行器的數值是否正確的結論，而且發動機發生的有些故障不會產生故障碼.例如：發動機的進氣系統發生泄漏時，雖然發動機的真空度發生了變化，但ECU不會存儲故障代碼，使得維修人員往往無從下手解決問題.因此需要使用故障診斷儀及萬用表對發動機進行動態數據流的檢測并記錄，然后分析發動機相關傳感器動態數據流的變化規律，根據發動機正常工況數據流與有故障時的數據流進行對比，利用數據流的分析方法，從而找到發動機故障點的所在是一條比較可靠且高效的途徑.

1　發動機電控系統的控制過程

發動機電控系統控制過程是由傳感器（如轉速傳感器、凸輪軸位置傳感器、節氣門開度傳感器、水溫傳感器等）收集發動機的實時工況數據，這些傳感器以電壓、電流或脈沖等參數形式輸入發動機電腦ECU，發動機電腦ECU根據輸入的信號進行實時處理，然后控制相應的執行器進行工作，在一定條件下發動機的反饋系統介入工作，實時監測發動機的運轉狀態，并實時將監測結果反饋給ECU，使ECU能相應的做出一些控制參數的調整，讓發動機的動力性、經濟性達到最佳的工作狀態.

2　數據流產生機理、特性及獲取方法

2.1數據流產生機理

發動機數據流是發動機電腦ECU與各傳感器和電控執行元件通訊的數據參數，通過OBD診斷接口，利用故障診斷儀可以讀取實時數據.實時數據隨發動機運轉工況的變化而變化，在發動機工作時把各種實時數據按照不同的要求進行組合形成數據組，由于顯示的一系列是各種傳感器與執行元件數值參數，因此被稱為發動機數據流［1］.發動機電控系統主要有ECU、傳感器和執行元件組成分別是信號處理裝置信號輸入裝置和信號輸出裝置.根據各傳感器、執行器的結構和工作原理的不同，在工作時會產生直流信號、交流信號、頻率調制信號、脈沖信號和多行竄行數據信號等幾種電信號，數據流就是各傳感器與執行元件的工作電壓、電流、溫度、脈沖時間及速度等工作狀態的真實反映.

2.2數據流的特性

發動機數據流主要有以下3個基本特性：（1）讀取方便；（2）展示數據信息量大；（3）數據實時性強與精準度高的優點.隨著發動機電控制系統電子化程度的不斷提高，單憑傳統經驗或利用萬用表進行檢測，已經很難解決因傳感器或執行元件產生的電信號變化所引起的電控系統故障，而利用故障診斷儀讀取發動機數據流進行故障原因分析，已經成為解決發動機故障的新手段.

2.3獲取發動機數據流的方法

發動機數據流的獲取方式有兩種方式：一是在線式電路測試，主要是使用“發動機綜合分析儀”，將綜合分析儀的探頭連接到發動機相應的傳感器或執行元件的線路上進行檢測.二是通信式電腦診斷，主要是使用故障診斷儀俗稱“解碼器”連接車載OBDⅡ診斷接頭來實現汽車電腦和診斷儀之間的通信，從而獲取數據流.

3　數據流分析的常用方法

從事汽車維修的技術人員不僅要有扎實的理論基礎，還要能夠掌握如何通過故障診斷儀讀取電控發動機在故障發生時各個相關傳感器采集的數據和各執行元件的執行參數，并能夠掌握如何利用數據流的實測參數來分析故障的實用方法，這樣才能高效的診斷出產生故障的部位及原因.數據流的常用分析方法主要包括：參數分析法、因果分析法、時間分析法、比較分析法和關聯分析法［2-6］.

3.1參數分析法

參數分析法是利用解碼器讀取電控發動機運轉的各種數據參數，然后將這些參數變化規律和變化范圍進行分析，例如轉速、噴油脈寬、節氣門開度、冷卻液溫度、氧傳感器等要在一定的范圍內變化而且有一定的規律.參數分析即當發動機故障發生時利用解碼器讀取相關傳感器的實測參數，進而分析這些參數變化量和變化范圍進行判斷出故障原因的方法.

3.2因果分析法

因果分析法是在電控程序中有許多因果關系的參數數據，通過觀察記錄并分析其參數的響應過程和結果是否相符合.在發動機工作的過程中，許多數據之間存在一定的因果關系.例空調系統，如果把空調的AC開關打開，那發動機電腦得到一個開空調的信號輸入，此時發動機電腦就會同時輸出幾個指令即增加怠速馬達的開度，提高怠速；接合壓縮機電磁離合器；起動冷凝箱冷卻風扇，給制冷劑降溫；當發動機的冷卻液溫度過高時，發動機水溫度傳感器就會把檢測到高溫信號發送到發動機電腦，此時發動機電腦會根據此信號強制起動冷卻風扇給發動機冷卻水箱降溫，這就是傳感器與執行器之間對應的因果關系，也是發動機電控系統常用的控制形式，因果如果不對應發動機就會出現異常狀況.利用因果分析法可以將這些參數根據邏輯因果關系連貫起來分析，這樣有利于高效的判斷出故障原因，并找到相應的故障點.

3.3時間分析法

各傳感器檢測到的參數，發動機電腦不僅要分析其數值的大小，而且還要分析其響應的速率、頻率、變化率.例如要確認氧傳感器是否正常工作，不但要分析氧傳感器電壓信號大小變化情況還要分析電壓信號的變化速率；在分析發動機負荷大小時，如果要分析發動機加速時的噴油脈寬是否正確，就要根據節氣門開度電壓的大小及節氣門開度的變化率來分析加以確認.

3.4比較分析法

比較分析法是在同等條件下讀取相同型號的發動機相同數據組的參數進行的比對分析，這種分析法對于解決間歇性故障或疑難故障有著很好的作用，通過幾個數據值變化比對分析可以快速地診斷出有故障的傳感器，進而分析出故障的原因.特別是在缺乏維修技術資料和標準數據時，就很難判斷定某一執行元件或傳感器是否正常工作.如果此時用同類車型發動機的數據進行比較，即可以對有故障發動機的故障部位做出判斷.在一線的修理中，很多維修工會使用替換法進行判斷，利用此簡單的方法，可以達到事半功倍的效果，但在進行換件比較診斷時，應當注意要先做一定的診斷分析，這樣才能做到有的放矢的去解決問題.

3.5關聯分析法

要使發動機能夠正常的運轉，其控制系統存在很多關聯的關系，例如當發動機電腦獲取的空氣流量信號數值異常時，經常最先出現的故障碼是氧傳感器信號不良.此時發動機電腦所顯示的故障碼，并不一定就是相應的傳感器出了故障.因此當我們在對電控系統的相關傳感器檢測時，需要對各傳感器之間的關聯關系做進一步分析，才能準確的診斷故障的原因及出故障的位置.

4　數據流分析的實例

一臺桑塔納2000GSI小汽車，因發動機出現怠速抖動現象進廠檢修，維修工首先用X-431故障診斷儀讀取發動機的故障代碼，顯示沒有故障代碼，此時將發動機熱車至水溫達80℃左右的正常工作溫度，用X-431診斷儀讀取數據組002、006、004、009、024發動機怠速工況相關數據：發動機轉速、噴油脈寬、進氣量、節氣門開度、氧傳感器的電壓和點火提前角等數據并記錄下來（詳見表1）.

表1　發動機怠速主要數據流

從表1的數據流分析可以看出，發動機轉速的波動在760～840 r·min-1之間，噴油脈寬在2.40～2.85 ms之間波動，空氣流量信號也是在3.96～4.89 g·s-1之間波動，超過了怠速工況的正常范圍，點火提前角信號和節氣門開度電壓值在正常范圍內，氧傳感器顯示過空燃比過濃的電壓信號，其數值主要集中在0.58～0.70 V的區域內.根據發動機的電控原理可知，發動機電控單元是根據進氣量的大小來確定噴油脈寬的，由于電控單元從空氣流量計得到了過高的空氣流量信號，電控單元必增大噴油脈寬增大，此時可燃混合氣就會過濃，在閉環控制中氧傳感器檢測空燃比過濃，就對噴油脈寬進行實時修正，盡量減小噴油脈寬使得可燃混合氣變稀，但噴油脈寬的大小主要是決定于根據空氣流量傳感器的信號，此時過高的空氣流量信號使可燃混合氣還是處于偏濃狀態.此時對空氣流量計進一步檢測，當用萬用表檢測空氣流量計11號與ECU 4號引腳之間的線路時，見圖2，發現線阻值達1Ω(標準值是＜0.5Ω)，檢查線路并重新接好后，再次讀取數據流一切數據正常.

本文的案例中，由于空氣流量計插口的4號端子與ECU的11號端子之間導線阻值過大，這種情況造成ECU錯誤的獲得過大的空氣流量信號，因過高的空氣流量信號，ECU增大了噴油脈寬的信號給噴油器，增大的噴油脈寬使得混合氣變濃，雖然氧傳感器在閉環控制中對其過濃的混合氣進行修正，但由于ECU獲取的空氣流量信號始終偏大，因為噴油脈寬大小主要是根據空氣流量信號的大小來決定的，因此ECU就一直增大噴油量，使得氧傳感器對可燃混合氣的修正效果不明顯，那么可燃混合氣就一直處于較濃的狀態，氧傳感器在數據流中顯示的電壓值就集中在濃混合氣區域.

圖2　空氣流量計電路圖

5　結語

本文通過分析數據流的產生機理，探討了如何正確快捷地獲取數據流，準確掌握數據流分析方法，并利用故障案例分析，全面運用了關聯分析法、比較分析法以及數值分析法，從而快速準確的解決問題.在一線的維修技術人員如果都能正確地獲取這些數據、分析數據，弄清各數據間存在的因果關系或邏輯關系并能靈活運用數據流分析法，大部份維修技術人員即使是在沒有積累多年維修經驗情況下也能將大部分比較難處理故障在短時間內排除.

［1］張錢斌.基于數據流分析的電控發動機故障診斷應用研究[J].安慶師范學院學報(自然科學版)，2014，20(3)：89-91.

［2］閻光虎，參發良.發動機關聯性參數的數據流分析[J].汽車實用技術，2014(8)：38-40.

［3］王冬良閔永軍.電控發動機故障數據流的關聯特性分析與診斷優化[J].農業裝備與車輛工程，2013(12)：56-60.

［4］姚國輝.電控汽車數據流在故障分析中的應用[J].應用技術，2011(12)：123-124.

［5］張放.電噴發動機的數據流分析[J].汽車實用技術，2013(9)：46-52.

［6］謝東升.電控發動機故障診斷中數據流分析[J].中國新技術新產品，2010(13)：130-131.

［7］王冬良.電控發動機故障數據流的關聯特性分析與診斷優化[J].三江高教，2013(4)：24-25.

Data Flow Analysis of the App lication of Electronic Control Engine Fault Diagnosis Research

XIE Rui-bo
（InstituteofPhysicsand Mechanical&Electrical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong China）

Data flow analysis is of important significance in engine failure analysis.Without the data flow analysis it is still difficult to solve the complex errors.This article expounds themechanism of data flow，and on how to get the data flow,the data flow analysismethod and how toapply them flexibly.

data flow;analysismethod;faultdiagnosis

O442

A

1007-5348（2016）08-0031-04

2016-07-08

謝銳波(1981-)，男，廣東揭東人，韶關學院物理機電與工程學院實驗師，碩士；研究方向：汽車檢測與維修.

（責任編輯：邵曉軍）