波形分析在汽車故障診斷中的應用探究

呂怡秋

（寧夏工商職業技術學院 機械工程系，寧夏 銀川 750000）

波形分析在汽車故障診斷中的應用探究

呂怡秋

（寧夏工商職業技術學院 機械工程系，寧夏 銀川 750000）

隨著電子技術在汽車應用地不斷深入，車輛故障原因也變得更為復雜化，單一的汽車故障診斷方法已無法滿足電子化程度越來越高的車輛電控系統的要求。將波形分析應用于汽車故障診斷中，可通過對比分析電子信號參數提高故障診斷的速度與精確度。與單一使用傳統故障診斷方法相比較，結合波形分析方法獲取工況信息的途徑更為直接，具有較高的實時性，因而診斷過程更加快速、診斷結果更為準確，尤其對在較短時間內發生的偶發性、間歇性故障。

波形分析；故障診斷；點火系統；噴油器故障

近年來，隨著汽車電子技術不斷向綜合化、智能化方向的發展，傳統單一的診斷方法已無法適應復雜化的車輛故障。通過讀取故障碼或數據流方式進行故障診斷雖然操作較為便利，但存在一定缺陷，如對偶發性或間歇性故障無法讀取故障碼、數據流信息不直觀，不利于故障判斷。受內存影響，目前絕大多數自診斷系統與常見的解碼器所能診斷的故障項目無法適應于逐步廣泛應用的汽車電控系統，且傳統故障診斷多針對連續性或多發性故障具有一定的局限性。而采用波形分析結合的方式，不僅可以全過程實時獲取電子元器件的電信號值，而且可以通過讀取波形與標準波形的對比快速判斷故障點，進而檢測出車輛故障信息，在一定程度上提高了故障診斷的精確度與診斷效率。文章以點火系統、噴油器為例，說明了波形分析在汽車故障診斷中的應用。

1 波形分析原理

在絕大多數情況下使用示波器（或帶有示波功能的解碼器）進行故障診斷的原理是通過讀取電信號（包括電壓或電流信號）隨工作時間實時變化的曲線圖，對整個汽車電氣系統運行工況進行分析，從而確定某電器元件或某部分電路是否存在故障。在汽車運行過程中，電控元件或部分電路狀態若發生異常突變，那么其信號波形在其特征參數（幅值、頻率、占空比或外形特征）方面必然發生一處或多處相應的變化。

針對疑似故障的元器件或電路，可通過示波器觀測記錄被檢測信號特征參數（如幅值、頻率、占空比、外形特征等），與標準波形相對比，判斷該檢測信號異常與否，進而排查出故障原因。因此，波形分析常應用對點火系統、傳感器、執行器、電氣、CAN總線等故障診斷。

2 波形分析汽車故障診斷中應用舉例

（1）點火系統故障分析。作為汽車工作的重要組成部分之一，點火系統工作狀態直接影響了汽車心臟——發動機的工作性能，嚴重時會導致發動機無法正常啟動，影響車輛的正常運行。借助自診斷系統或解碼器對點火系統進行診斷時具有一定的局限性，尤其是針對火花塞故障的監測。

火花塞在點火系統工作過程中主要負責引入高壓電、產生點燃混合氣體的電火花，屬于車輛易損件，其工作狀態直接影響了點火系統的性能，容易引發發動機怠速不穩定或加油過程受阻塞等異常現象。受積炭、污濁或燒蝕等原因的影響，火花塞間隙在使用過程中會發生變化，當間隙過大時無法擊穿間隙產生電火花，當間隙過小時又會導致電火花能量不足，易造成上述車輛怠速不穩、發動機功率不足等現象。但無論是自診斷系統或是解碼器，都無法針對火花塞，尤其是火花塞間隙狀態做出有效的診斷。通常想要得知火花塞間隙正常與否就要拆卸相應部件，利用塞尺對火花塞間隙進行測量，此類檢測方法工作量較大。這時就可以通過對點火波形的讀取來進行診斷，從波形的特征信息中提取異常參數，從細微處獲取汽車運行工況，確定點火系統故障點。

筆者以現代瑞納車型為例，借助KT600型解碼器專用示波器初級點火單杠模式，通過改變單缸火花塞間隙值來依次讀取相應點火系統波形，以此研究火花塞間隙對點火波形的影響，從而為通過波形分析點火系統故障提供理論依據。試驗中選取的火花塞間隙依次為 2.0mm、1.6mm、1.1mm、0.9mm、0.6mm、0.3mm、0.1mm以及無間隙狀態，發動機工況良好，以800r/min轉速平穩運轉，通過波形讀取發現，隨著火花塞間隙的改變，點火波形峰值及衰減震蕩頻率會各有不同，例如，當火花塞間隙過大時在波形上可體現為峰值電壓過高。除此之外，次級波形也可反映車輛工況，例如，可從單缸次級點火波形的閉合段振蕩波形中反映出次級繞組是否存在斷路或短路現象；波形中所讀取的擊穿電壓的高低可反映出次級電路中是否存在火花塞間隙異常、混合氣體過稀等現象。

（2）噴油器故障分析。在電控發動機系統中，噴油器按ECU脈沖信號將定量的燃油以相應的壓力射入進氣管道。在此過程中，噴油時間直接影響了噴油量，而從噴油器波形中可直觀的讀取出噴油時間，換言之，可從噴油波形的脈沖寬度大小判斷噴油量的多少，若讀取波形無脈沖寬度為一條直線，則噴油器沒有執行噴油過程。除此之外，高低電平電壓值異常可反映線路接觸不良或存在短路現象；其峰值電壓則反映了噴油器線圈匝數的多少，這會隨車輛使用的噴油器類型的不同而不同，一般在30～100V之間，若測得電壓峰值不在此范圍之內可檢測噴油器線圈正常與否。

某現代轎車行駛過程發現怠速不穩，經診斷儀診斷后故障碼顯示正常，此時可以通過檢測該缸噴油器波形來判斷該故障原因。經觀測，該車某缸噴油器波形在噴油脈沖前的電壓段有較大幅度波動，影響了噴油器的工作性能，可根據該波形判斷原因發現該缸噴油器電路接觸不良，故障排除。

3 結語

通過上述實例可以看出，運用波形分析法是一種較為直觀的汽車故障診斷方法，可實時獲取被測量電器元件的特征信號值。該方法尤其針對無法讀取故障碼的車輛異常現象，深入研究各電器元件電壓或電流波形對系統故障的監測與排除意義重大。除上述案例外，波形分析法可廣泛應用于各傳感器與執行器故障診斷之中，可通過示波器觀測氧傳感器信號電壓波形對燃油反饋系統故障做出診斷，幫助維修人員檢測發動機功率不足、怠速不穩定、尾氣異常等故障現象的原因；可通過讀取轉速傳感器信號電壓波動特征來判斷元器件線路是否發生異常等等，同時該方法還可應用于車載網絡系統的故障診斷之中。

在實際工作過程中運用該方法需要注意兩點，一是在讀取波形時要注意測量端與觸發源信號的選取，這兩者都有可能對所測波形造成影響，干擾測量結果；二是要注意標準波形的選取。由于不同生產廠家的電子產品特性各有不同（尤其是點火系統），導致其標準工作波形特點各有不同，在實際工作過程中，應當結合工件實際來進行分析。

［1］魯植雄，劉弈貫.汽車電噴發動機波形分析圖解［M］.南京:鳳凰出版傳媒集團，2006.

［2］王東.賽豹汽車電控系統波形分析及故障診斷［D］.長春：吉林大學，2006.

［3］汪文忠.汽車發動機點火故障診斷方法分析［J］.輕型汽車技術，2016，（3）：71-72.

［4］彭桂枝.電噴發動機噴油器波形分析及其故障診斷實例［J］.民營科技，2014，（10）.

Application of W aveform Analysis in Automobile Fault Diagnosis

LV Yi-qiu
（Department of Mechanical Engineering，Ningxia Polytechnic and Technical College，Yinchuan，Ningxia 750000，China）

With the deepening of the application of electronic technology in automobile，the reason of vehicle failure has become more complicated，and the single vehicle fault diagnosis method can not meet the requirements of electronic control system with increasing electronic degree.The application of waveform analysis in vehicle fault diagnosis can improve the speed and accuracyof fault diagnosis by comparing and analyzing the electronic signal parameters.Compared with the traditional method of using the traditional fault diagnosis method，the method of obtaining the condition information is more direct and is real-time，so the diagnosis processismore rapid and thediagnosis resultismoreaccurate，especially for theoccasional，intermittentfailure in shorttime.

waveform analysis；fault diagnosis；ignition system；injector failure

U472

A

2095-980X（2017）06-0043-01

2016-05-14

本文系寧夏工商職業技術學院科研項目：波形分析在汽車故障診斷中的應用與研究（項目編號：GS2015-14）的階段性研究成果，項目負責人：呂怡秋。

呂怡秋（1988－），女，山東濰坊人，碩士研究生，助教，主要研究方向：機械制造。