波形分析在电控发动机故障诊断中的应用

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．９，２００８　波形分析在电控发动机故障诊断中的应用　李林１｜　，李宁’　（１．新疆昌吉职业技术学院，新疆昌吉８３１１００；２．新疆农业大学，新疆乌鲁木齐８３００００）　摘要：通过汽车专用数字式示波器，可以观察到汽车电控系统的工作状况，电控发动机的传感器和执行器的信号波形能够如实反映动　态信号变化的全过程，同时也呈现出某种变化规律，将这些规律总结出来进行波形分析，可以快速找到发动机故障部住甚至故障原因　并及时排除。　关键词：电控发动机；示波器；波形分析；故障诊断　中图分类号：Ｕ４６７．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２－５４５Ｘ（２００８）０９—００５０—０３　目前，汽车维修类的检测诊断设备较多，各有特点。其中　示波器用波形分析的方法，来解决某些汽车故障诊断的问题　是准确而有效的。现研究桑塔纳时代超人采用的ＡＪＲ发动机，　信号　（　）　来讨论波形分析法在电控发动机故障诊断中的应用。　一表１空气流量计信号变化实验数据（怠速）　流量空气流量喷油脉宽氧传感器（ｒ　转速节气门传感　现象　Ｎ￣－Ｏｒ）（ｒ／ｍｉｎ）器信号　般说来，示波器被看作是能够快速读取和显示电压参　通常热膜式空气流量传感器输出信号电压范围是从怠速　时２ｖ左右变至节气门全开时４Ｖ左右，当急减速时输出信号　电压应比怠速时的电压稍低。信号波形的含义及相关说明参　见图１所示。发动机运转时，波形的幅值看上去在不断地波　数的电压表，它不仅能够测试电信号的变化过程，还可以快速　捕捉间歇的故障电信号，并且以存储的方式记录波形进行分　析。电控汽车大量使用传感器，其信号都可以用电压波形的形　式反映出来，如氧传感器电压信号就是在０．１～１　ｖ左右波动；　还有一些执行器信号，如喷油信号、点火信号也是如此。传感　器与执行器的信号波形，能够如实反映动态的全过程，同时也　呈现出某种变化规律，将这些规律总结出来进行波形分析，可　以快速找到故障部位甚至故障原因。因为示波器显示的是实　动，这是正常的，因为热线式空气流量传感器没有任何运动部　件，因此没有惯性，所以它能快速的对空气流量的变化做出反　应。在加速时，波形所看到的杂波实际是在低进气真空之下，　际的电压，它同时也能显示出伴随该电压信号的噪声和干扰　信号，这可能是由于暂时对地短路、对电源短路或者开路所产　生的，观察这些电信号，同时快速摆动或拉扯线束，通过观察　各缸进气口上的空气气流脉动。发动机ＥＣＵ中的信号处理电　路读人后，会清除这些信号，所以这些脉冲没有关系。如果在　车辆急加速时，空气流量传感器输出信号电压波形上升缓慢；　而在车辆急减速时，空气流量传感器输出信号电压波形下降　缓慢，则说明空气流量传感器的热膜脏污。出现这些情况，均　电压信号的变化，就能查出任何松动现象。为了准确分析波　形，要细化汽车电子信号的类型。汽车电子信号基本可分为模　拟信号和数字信号两种。又可进一步细分为直流信号、交流信　号、频率调制信号、脉宽调制信号和串行数据信号灯五类，通　过判定这些信号波形的幅值、频率、脉冲宽度、形状和阵列的　特点可以诊断出汽车的故障。　应清洁或更换热膜式空气流量传感器。　，，　●　，　．．ｉ，　　．＾　下面用波形分析方法来诊断若干传感器、执行器故障的　实例。　；　１热膜式空气流量传感器的波形分析　ＢＯＳＣＨ热膜式空气流量计是模拟输出电压信号传感器，　当空气流量增大时，输出电压也随之升高。热膜式空气流量计　通道Ｉ：１２５Ｖ／格　｛　图１空气流量传感器波形　内部温度补偿电路比较复杂，输出电压模拟信号被送到控制　电脑，控制电脑则根据这个信号来计算发动机负荷、判定燃油　供给量和点火正时。表１是在不同工况测量的实验数据：　２电磁喷油器的波形分析　电磁喷油器是电控燃油喷射系统的主要执行元件之一，　收稿日期：２００８—０６－０３　作者简介：李林（１９７３一），男，河北大城人，讲师，主任，在读工程硕士；李宁（１９７２一），女，广西平南人，讲师。　５０　维普资讯 http://www.cqvip.com 《装备制造技术１２００８年第９期　出现问题的机率较高。喷油动作是由发动机ＥＣＵ里的一个喷　油器驱动器来控制，从控制的角度来讲，它更像一个电子开　关。控制喷油器电磁线圈电流的导通，很快达到磁饱和状态，　而喷油量的多少则取决于导通时间（喷油信号波形如图２所　时送至ＥＣＵ，用以控制点火时刻和喷油正时，同时也是测量发　动机转速的信号源。ＡＪＲ发动机的转速传感器是一个电磁感　应式传感器，除了产生转速信号以外，还可产生判缸信号（１、４　缸上止点和２、３缸上止点）。试验证实，若此信号缺失，发动机　不能启动，运转时也会熄火（不再喷油）。ＡＪＲ发动机的凸轮轴　示）。喷油信号是一种数字电压信号，发动机ＥＣＵ用改变其信　号频率和脉宽的方法来控制喷油。　燃油喷射（玎）　５．０ｍｓ／格　位置传感器是一个霍尔传感器，霍尔传感器的转子有一个　１８０。缺口，曲轴每转两圈便产生一个信号，可以确定１缸上　止点的位置，并将传感器信号送给ＥＣＵ。如果霍尔传感器有故　障，爆燃控制会中止，同时ＥＣＵ会稍微延迟点火提前角，以免　发生爆燃，此信号缺失发动机仍能运转或起动，但点火和喷油　的精度稍微变差。用双踪示波器，可以在显示屏上同时显示被　检测的曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器两个波形，从而　可检查曲轴位置和凸轮轴之间的正时关系。　图２喷油器波形　波形上显示三个数据：喷油脉宽（数字信号前边沿与后边　沿之间即波形顶端之间的直线表示部件通电时间的长短）、最　低电压和峰值电压。正常系统电压为１３．５　ｖ左右（ＡＢ段），喷　油器驱动电路导通时（搭铁１，在示波器上体现出来应平直，没　有圆角边沿（ＢＣ段），一个存在问题的驱动器，体现在垂直线　上往往会扭曲变形。电磁驱动器驱动电路饱和压降，因为驱动　电路自身阻抗的影响，应接近地电位（ＣＤ段）。此段不正常的　波形，往往是由于搭铁问题而影响的。其若为０伏，表示驱动　器被击穿，只要接通点火开关，喷油器常喷油；若一直为电源　电压则驱动器断路，则喷油器不喷油，可以直接用蓄电池的负　极作为参考，往往可以发现此类问题。观察冷起动、热启动、怠　图３　曲轴凸轮轴位置传感器波形图　信号波形如图３所示。根据发动机电控原理，曲轴位置传　感器波形的缺齿处给发动机ＥＣＵ提供曲轴位置（如上止点前　９７。），作为点火正时的参照基准可以识别１、４缸上止点位　速、缓慢加速和急加速的喷油脉宽变化，应各不相同。如果急　加速喷油脉宽不增加，应检查空气流量计和节气门位置传感　器；若冷启动喷油脉宽仅为３　４　ｍｓ，会造成冷车难启动，应检　置，在发动机运转过程中，凸轮轴位置传感器产生与曲轴位置　传感器信号对应的同步信号（方波信号的上升沿，在上止点前　２５。），此信号输出１２．５　Ｖ的霍尔电压这样的高电位信号，表　示正在向上止点运动的是处在压缩行程的１缸。由此再考虑　到其他传感器的修正信号，发动机ＥＣＵ便可对各气缸的喷油　正时和点火正时进行精确的控制。表３是在不同发动机工况　下的正常的曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器信号变化实　验数据，若曲轴位置和凸轮轴之间的正时关系有误，会造成发　动机缺火、失火，喷油不正时，甚至熄火。当然，此故障从波形　图上很容易看出进行诊断。　表３曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器信号变化实验数据　查空气流量计和水温传感器、起动信号；若加速不良，而波形　上喷油脉宽在加速时能很快增加，说明控制信号和传感器信　号没故障，应检查系统油压、喷油状况、点火高压等部分。这时　还可配合喷油脉宽观察氧传感器信号的变化，可以清楚地看　到喷油脉宽在正常全浓至全稀范围内在３．１０～１０．１Ｏ　ｍｓ之间　变化（变化数据如表２所示）。　表２赜油器脉宽信号变化实验数据　垄　查噻　脉宽（ｍｓ）氧传感器信号　）转速（ｒ，ｍｉｎ）节气门传感器信号ｆｖ）　４．１３　Ｏ．６０　２５０　４．３４０　发动机喷油脉氧传感器　状态冷起动宽㈦转速　冷起动　冷却液节气门点火提蓄电池进气温　热起动　怠速　缓慢加速　急加速　减速　３．５Ｏ　３．１０　４．１３　１０．１Ｏ　１．２１　Ｏ．５５　０．５９５左右０．７０１　Ｏ．１２５　０．６２５　３００　８００　８００－－２５００　８００　３０００　３０００～８００　４．３４０　４．３４０　３．８８０　４．２０　４．１８　信号∽　（　）　温度（℃）开度（％）前角（。）电压（ｖ）度（℃）　２５　７　１２＇７５　．１．７５　０．２５左右　９２０　１２３　．２２．５　２５　热起动１．６５　０．４０左右８４０　８００　７０　７３．５　８０　５　５　５—２０　１１２５　ｌ２．７４　９．７５　９－－３０　怠速　１．５５　０．５９左右缓加速Ｉ＿６０　１２．９　１３４　．３１．５　２５－２７　０．１－０．８　８００－－２／￣Ｏ　急加速４．８　０．１－０．９　８００－３０００　８０　５－－４０　６－－３６　１３．０　３Ｏ～３３　３发动机转速传感器的波形分析　发动机转速传感器是Ｍｏｔｒｏｎｉｃ３．８．２集中控制系统中最主　要的传感器。它检测曲轴转角和活塞上止点，并将检测信号及　４结束语　汽车电子设备的有些信号变化速率非常快，许多故障信　号是间歇的，这就需要仪器的测试速度必须高于故障信号的　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．９，２００８　速度，而数字示波器完全可以胜任这个速度，且比其他的汽车　检测仪还要快速，高取样速度可以精确详实地显示输入、输出　元件的状况，还可以显现出元件或线路的噪声或间歇性故障。　通过数字示波器可以观察到汽车电子系统是如何工作的，合　［１（１］美）Ｍ．施纳贝尔．汽车发动机计算机控制系统原理与诊断维修［Ｍ】．　北京：机械工业出版社，２００７．　［２】李良洪．桑塔纳轿车电气与电控系统维修［Ｍ］．北京：电子工业出版　社，２００２．　理使用示波器，可以让维修人员快速、准确地定位故障，进而　顺利排除。　参考文献：　【３］鲁植雄．汽车电喷发动机波形分析图解【Ｍ】．南京：江苏科学技术出　版社，２００１．　［４］刘海鸥，陶刚．汽车电子学基础【Ｍ】．北京：北京理工大学出版社，　２００７．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｗａｖｅｆｏｒｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｎ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ＬＩ　Ｈｎ。。，ＬＩ　Ｎｉ　（１．Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｃｈａｎｇｊｉ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＣｏＵｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｊｉ　Ｘｉｎｇｊｉａｎｇ　８３　１　１００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｌａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｕｒｕｍｕｑｉ　８３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｓｈ　ｔｈｅ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｆｏｒ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ，ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ，ｔｈｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓｔｈａｔ　ｓｅｎｓｏｒａｎｄ　ａｃｔｕａｔｏｒ　ｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｈａｐｐｅｎｓ　Ｃａｎｔｎｆｌｙ　ｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆｔｈｅｗｈ０１ｅｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｌｅ　ａｌｓｏ　ａｐｐｅａｒｓｔｏｂｅａ　ｃｈａｎｇｅｉｎｌａｗｓ，ｔｈｅｓｅｌａｗｓｗｉｌｌｂｅ　ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐｂｙ　ａｗａｖｅｏｆｒｍａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｆａｕｌｔｐｏｓｉｉｔｏｎ　ｏｆｅｎｇｉｎｅ　ｃａｌｌｂｅｆｏｕｎｄｑｕｉｃｋｌｙ，ｏｒ　ｅｖｅｎ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｍａｙ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｉｎ　ｔｉｍｅ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｎｇｉｎｅ；ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ；ｗａｖｅｆｏｒｍ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　上接第４３页　各种形式进行行车安全管理教育，对安装ＧＰＳ车载设置的承　租人、驾驶员进行现场培训，使他们熟悉并使用好该装置。加　强对安管人员、驾驶员、平台监控人员的ＧＰＳ车载设备故障判　断技术和计算机应用技术的培训，从而进一步提高ＧＰＳ监控　水平和入网车辆ＧＰＳ监控使用的完好率。　参考文献：　技大学学报，２０００，（１）：３１—３５．　【２］杨东凯，张其善，吴今培．北京公交ＧＰＳ车辆监控系统研究叨．电子　技术应用，２０００，（４）：２５—２７．　［３】马公拓．ＧＰＳ在公交企业的应用们．城市公交规划与管理，２００３，（４）：　２９—３０．　【４】李建军，陈涛：ＧＰＳ／ＧＩＳ在城市公共交通调度系统中的应用研究印．　交通科技与经济，２００４，（１）：６０－６２．　【１】张巨，陈宏盛，刘雨．车辆ＧＰＳ定位的一般性问题研究［Ｊ］．国防科　ＧＰＳ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ＳＵＮ　Ｓｈｉ—ｈｕａ　Ｃｒｈｅ　Ｐｕｂｌｉｃ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　Ｃｏｍｐａｎｙ　ｏｆ　Ｃａｕｇｚｈｏｕ　Ｈｅｂｅｉ，０６１０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｕｒｂａｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ｓｃａｌｅ　ｔｏｆ　ｒｏａｄ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ，ｐｕｂｆｉｃ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｎｄ　ｍｏｎｉｔａｏｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆ　ｏｈｅ　ｔｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｎ　ｉａｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｓｓｕｅ　ｉｎ　ｈｅＧＰＳ　ｔｖｅｈｉｃｌｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　．ｎｄ　ｓｃｈｅｄｕｌａｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｂｕｉｌｔ　ｏｎ　ａ　ＧＰＳ，ＧＩＳ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｍ　ｍｅａｎｓ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ，ａｎｄ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ｓｅＩＴｉｃｅｓ，ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｎｄ　ａｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ　ｎ　ｉｔｈｅ　ＧＰＳ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｔｈａｔ　ａｌｌｏｗｓ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｖｅｈｉｃｌｅｓ　ｎｄ　ａｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｒａｔｅ．Ｉｎ　ｈｉｓ　ｔｐａｐｅｒ，ＧＰＳ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｎｄ　ｓｃｈｅａｄｕｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｎｄ　ａｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ＧＰＳ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｈｅ　ｔｎｏｒｍａｌ　ｎｄ　ａｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ａｒｒａｔｎｇｅｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｍａｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ＷＯｒｄｓ：ＧＰＳ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｕｓｅｓ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　５２