电控发动机故障诊断中数据流分析

谢东升

（乌鲁木齐铁路运输学校，新疆乌鲁木齐 ，830011）

自我国进入WTO后，汽车制造业发展迅速，新车型层出不穷，现代汽车普遍采用电控系统。随着电控燃油喷射技术的发展和维修认识水平的不断提高，当电控系统出现故障时，使用故障诊断仪根据ECU存储的故障代码进行诊断，给维修人员的工作带来很大的方便。然而，在对汽车维修时，若仅仅靠故障代码寻找故障，往往会出现判断上的失误（例如氧传感器故障码）。故障代码仅仅是ECU认可的一个是或否的界定结论，不一定是汽车真正的故障部位，并且有很多故障是不被ECU所记录的，也没有故障代码输出，因此使用故障诊断仪进行数据流的检测，研究发动机静态或动态数据状况，从而找出故障所在成为较为可行的方法。

数据流又称保持帧，把电控系统的传感器和执行器正常工作时的参数值(如转速、蓄电池电压、空气流量、喷油时间、节气门开度、点火提前角、冷却液温度等)提供给维修者，然后按不同的要求进行组合，形成数据组，就称之为数据流。目前生产的汽车ECU中都有丰富的数据流存储调用功能，这些标准数据流是厂方提供的，或者是在正常行驶的汽车上提取的数据，它能监测发动机在各种状态下的工作情况。而故障自诊断系统能把汽车行驶过程中的有关数据资料记录下来。利用故障诊断仪的动态数据流功能，可以读出各种动态数据。这样可以根据汽车工作过程中各种数据的变化 (有故障时的数据)与正常行驶时的数据或标准数据流对比分析，可以更容易地判断故障的类型和发生部位。因此，利用数据流诊断电控汽车故障，对于提高电控汽车的故障诊断准确率具有重要意义。

1 故障代码功能的局限性：

电控汽车正常运行时，微机控制系统的输入、输出信号的电压值都有一定的变化范围。当某一个电路信号的电压值超出了规定范围或送入微机不能识别，且这一现象能维持一段时间，微机便判断这一部分信号电路有故障，并将这一故障以代码的形式存入存储器，同时点亮仪表板上的故障指示灯，这就是微机故障自诊断系统的基本原理。

由此可知，自诊断系统一般只能监测电控系统的电路信号，并且只能监测信号的范围，并不能监测传感器特性的变化。线性节气门位置传感器要输出与节气门开度成比例的电压信号，控制系统根据其输入电压信号来判断节气门的开度，即负荷的大小，从而决定喷油量等控制。如果传感器的特性发生了变化，传感器输出的电压信号虽然在规定的范围内，但并不与节气门的开度成规定的比例变化，就会出现发动机工作不良，而故障指示灯却并不会亮，当然也不会有故障代码。事实上，各种传感器出现的模拟性故障，例如工作不正常、偏差严重等是无法靠故障代码功能检测出来的。因此，在诊断故障时不能完全依赖此项功能，而只能把它作为分析故障时的参考。

一个实例：

故障现象：一辆捷达王轿车，在入冬后早晨无法起动。

据车主反映：前几天早晨起动很困难，有时经很长时间也能起动起来，起动后再起动就一切正常。

对发动机的燃油压力和气缸压力、喷油嘴、配气相位、点火正时以及火花塞的跳火情况都做了检查，没有发现问题，发动机有油、有火，就是不能起动，到底是什么原因呢?

后来发现，虽经多次起动，可火花塞却没有被“淹”的迹象，这说明故障原因是冷起动加浓不够，是什么原因造成的呢？冷却液温度传感器是否正常呢？

用故障诊断仪检测发动机ECU，无故障码输出。通过读取该车发动机静态数据流发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105℃，而此时发动机的实际温度只有2-3℃，很明显，发动机ECU所收到的水温信号是错误的，用万用表测量冷却液温度传感器与电脑之间线束，既没有断路，也没有短路，电脑给冷却液温度传感器的5V参考电压也正常，于是将冷却液温度传感器更换，再起动正常，故障排除。这起故障案例实际并不复杂，但它说明一个问题，那就是电控燃油喷射发动机系统的ECU对于某些故障是不进行记忆存储的，比如该车的冷却液温度传感器。再比如有氧传感器反馈信号失真，空气流量计电压信号漂移造成空气流量计所检测到的进气量与实际进气量出现差异等，都不能被ECU认可为故障。在这种情况下，阅读控制单元数据成为解决问题的关键。

2 利用“动态数据流”分析故障

许多电控汽车的故障诊断系统具有行车记录功能，能记录车辆行驶过程中的有关动态数据资料。这些数据随发动机工况的变化而不断变化，如氧传感器的信号应在0.1V-0.9V之间不断变化等。通过故障诊断仪阅读控制单元动态数据，能够了解各传感器输送到ECU的信号值，通过与标准值的比较，能快速找出确切的故障部位。例如，动态测试中点火提前角应该随着节气门的开度或发动机的转速而增大或缩小，否则与之相关的方面可能有问题。

2.1 有故障码时的方法

可重点针对与故障码相关的传感器的数据进行分析，以找出故障原因所在。

故障现象 一辆桑塔纳1.6轿车，百公里油耗增加1L检查与判断车主反映：前几天换了火花塞，调整了点火正时，油耗还是高，通过与车主交流确认不是油品的问题。于是连接故障诊断仪，进入“发动机系统”，读取故障码为“氧传感器信号超差”，是氧传感器坏了吗？进入“读测数据块”，读取16通道“氧传感器”的数据，显示为0.01V不变。

氧传感器长时间显示低于0.45V的数值，说明两点：一是说明混合气稀，二是说明氧传感器自身信号错误。通过发动机的动力表现来看，不应是混合气稀，那就重点检查氧传感器，方法是人为给混合气加浓，在连加几脚油的情况下，氧传感器的数据由“0.01V”微变为“0.03V”，几乎不变，进一步检查氧传感器的加热线电压正常，说明氧传感器损坏。更换氧传感器，再用诊断仪读其数据显示0.1V-0.9V变化正常，至此维修过程结束。第二天，车主反映油耗恢复正常，故障排除。这是一起典型的由氧传感器损坏引起的油耗高的故障。

2.2 无故障码时的方法

通过对基本传感器信号数据的关联分析和定量对应分析来确定故障部位。

实例：一辆桑塔纳2000时代超人轿车行驶14万km，出现怠速不稳，加速无力并有“耸”车现象。先后清洗了喷油器及节气门体，更换了火花塞和高压线，燃油压力也在标准范围内，而故障依旧存在。

试车发现怠速时略有抖动，踩油门踏板急加速，进气歧管回火，发动机在滞后一小段时间后才提升到3000r/min以上；缓慢加速则基本正常。用故障诊断仪读故障码，无故障码显示，进入数据流功能，怠速主要数据：

发动机转速730-850r/min；进气量3.2-3.6g/s；喷油脉宽 2.87ms，点火提前角 7-12°，节气门角度7°，氧传感器电压0.635±0.1V

通过数据流可以看到节气门开度达到7°，超过正常值。实际上，性能良好的发动机在清洗完节气门体后，即使不做基本设定，其角度也能很快自适应达到正常值范围，因此角度过大是ECU进行怠速稳定调整的结果而不是故障的原因。喷油脉宽达到2.87ms，超过正常值；氧传感器信号长时间滞留在0.455～1.0V，说明混合气过浓。进气量也超过正常值。通过对各数据的比较，发现只有进气量是单项的输入信号。有理由认为该信号与实际存在偏差，造成其他数据的相应变化。做急加速试验，同时观察数据流的变化。节气门角度响应良好；点火提前角在转速未能提升起来的2s内，只能处在20°以内，然后才提升到30°以上。同样，喷油脉宽也难以达到10ms以上，氧传感器信号响应性的跃变不明显。再看进气量，急加速的2s内，只能提升至15g/s，正常时可以达到20g/s。综上所述，该故障极有可能是因空气流量计性能下降、信号值失准造成的。怠速工况时的信号大于正常值，使混合气过浓。急加速工况响应性差，信号不能与实际进气量同步，使ECU计算出的喷油量偏少，造成混合气过稀，因而发动机回火，动力不足，转速提升困难。这一点从点火提前角的变化也可以看出来，因为它表征为发动机转速提升的一种趋势，且是同步的。更换空气流量计、故障消失。读取相关数据流，做急加速，点火提前角可迅速升至40°以上，喷油脉宽达到10ms以上，进气量升至25g/s以上，氧传感器信号恢复正常。

可见，有些情况故障代码并不一定能反映出来，但可利用数据流功能较为准确地判断故障的类型和发生部位。所以，运用“数据流”进行故障分析，便于维修人员了解汽车的综合运行参数，可以定量分析电控发动机的故障，有目的地去检测更换有关元件，在实际维修工作中可以少走很多弯路，减少诊断时间，极大地提高工作效率。

[1]尹力会.最新汽车数据流手册.

[2]郭彬.数据流分析及在汽车故障检测诊断中的应用.