利用波形分析准确诊断汽车电控元件故障

刘祥

摘 要：汽车电控系统技术的飞速发展，要求汽车故障诊断技术也向高新技术方向发展，示波器作为一种汽车故障诊断工具发挥着日益重要的作用，通过示波器可以采集到各种波形，用波形分析得方法能看到电子元件间的信号交流，诊断出许多电子信号故障，电控发动机的传感器与执行器的信号波形能够如实反映发动机动态工作的过程，同时这些信号波形也呈现出一定的变化规律。该文以汽车发动机电子控制系统元件中的4种波形为例，探讨如何利用波形分析快速、准确地诊断电子控制元件故障。

关键词：电子控制 元件 波形 诊断 故障

中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（c）-0062-02

通常在汽车修理过程中，检测汽车电子控制系统（简称电控系统）故障的工艺流程是先利用故障检测仪查找故障的大体方向，再用传统仪器如万用表、测试笔等查找故障点，确认元件的好坏，从而制定具体的维修方案。但普通万用表能容易地测量相对比较稳定的静态信号，对于电控系统元件输出的动态信号特别是交流信号很难捕捉，这样诊断故障不够准确，而利用示波器进行检测，就可以清楚地看到整个信号的波形，并能通过波形的连续变化观测波形的变化幅度、频率和形状等，快速准确地诊断故障，进行下一步修理。

汽车电控元件产生的波形通常有：直流模拟信号、直流频率调制信号、交流频率调制信号和直流脉宽调制信号。现以汽车发动机电子控制系统部分元件的波形信号为例进行分析说明（注：使用的检测设备为金德KT600）。

1 直流模拟信号

模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信息，其信号的幅度、或频率、或相位随时间做连续变化、不间断。而汽车发动机电控元件所产生的直流模拟信号主要是0～1 V或0～5 V连续变化的直流电压信号，其包括：节气门位置传感器、温度传感器、进气压力传感器和空气流量计等。它的判断依据是输出的电压值是否能随物理量对应变化和连续性的关系。现以上海通用别克（3.0L/V6（LW9）发动机）线性式节气门位置传感器的波形信号为例进行分析诊断。

1.1 检测

（1）首先检查节气门位置传感器与电控单元之间连接线路是否正常，再用万用表检测连接线路的线阻，正常情况下各线阻不应大于0.5 Ω，再打开点火开关，检测端子A-B间电压，正常应为5 V。检测完毕后关闭点火开关。

（2）连接好示波器，其电源的正负极不能反接，探针接传感器信号输出端子C，鳄鱼夹搭铁。

（3）打开点火开关，不启动发动机，缓慢地踩下、放松油门踏板到完全打开和完全关闭节气门位置；再快速地踩下、放松油门踏板至节气门完全打开和完全关闭位置，反复这个过程几次。

1.2 波形分析

查阅别克3.0L/V6（LW9）的维修资料，对比所测波形的参数与设计参数，正常情况下该传感器的信号电压应从怠速时约 0.5 V到节气门全开时约4.5 V之间连续变化。如果波形异常，如波形上有任何断裂、说明该传感器有故障，那么就应及时更换节气门位置传感器。

2 直流频率调制信号

直流频率调制信号是指通过电压振荡控制器将直流变化电压转换成不同频率的振荡信号。它主要有：霍尔式凸轮轴位置传感器、光电式转角传感器、数字式进气压力传感器和空气流量计等。它的判断依据是输出信号的频率大小是否能随物理量变化而变化的关系、输出峰值电压的高低和波形的外观形状是否一致。现以上海通用别克（3.0L/V6（LW9）发动机）数字式空气流量计为例进行分析、诊断。

2.1 检测

（1）空气流量计与电控单元和电源保险之间连接线路正常，各线阻不应大于0.5 Ω，打开点火开关，端子C-B应为12 V电压，检测完毕后关闭点火开关。

（2）连接好示波器，电源的正负极不能反接，探针接空气流量计信号输出端子A，鳄鱼夹搭铁。

（3）关闭所有的附属电器设备，启动发动机，并怠速运转使发动机工作温度在80 ℃以上。做加速和减速试验，仔细观察波形信号变化情况，然后使发动机保持在特定的转速运转。

2.2 波形分析

空气流量计信号波形在发动机转速——2 000 RPM。通常该传感器的频率值应从怠速到节气门全开时约为2 000～7 000 Hz之间变化，波形的频率应随发动机转速的升高而增加，信号幅值应接近5 V，高度相等，矩形左侧拐角和右侧垂直沿一致，如果在波形显示一条直线，锯齿形杂波比较明显则应更换空气流量计。

3 交流频率调制信号

交流频率调制信号主要是磁电式传感器输出的交流频率信号。它有曲轴位置传感器、车速传感器和轮速传感器。其判断依据是输出信号频率的大小是否能随转速、转角位置的变化而对应变化、输出峰值电压的高低和波形的外观形状是否一致。以帕萨特—1.8T发动机曲轴位置传感器为例进行分析、诊断。

3.1 检测

（1）曲轴位置传感器与电控单元之间连接线路正常，各线阻不应大于0.5 Ω，端子2～3应为480～1 000 Ω电阻。

（2）连接好波形测试设备，电源的正负极不能反接，探针接传感器信号输出端子2或3，鳄鱼夹搭铁。

（3）关闭所有的附属电器设备，启动发动机，并怠速运转使发动机工作温度在80 ℃以上。做加速和减速试验，仔细观察波形信号变化情况，然后使发动机保持在特定的转速运转。

3.2 波形分析

磁电式曲轴位置传感器的波形。波形的频率应同发动机的转速同步变化，两个脉冲间隔只是在同步脉冲出现时才改变（波形中间位置—判缸信号）。能使两脉冲间隔时间改变的唯一理由，是触发轮上的齿轮数缺少或特殊齿经过传感器，任何其他改变脉冲间隔时间的波形出现都可能意味着传感器有故障。波形的幅值、频率和形状在确定的条件下（如相同转速）应是一致的、可重复的、有规律的和可预测的。通常最常见的传感器故障是根本不产生信号，这说明是传感器的线圈有断路故障。

4 直流脉宽调制信号

直流脉宽调制信号在汽车发动机电控系统中主要是控制喷油脉冲宽度和占空比的怠速马达、废气再循环、活性炭罐等电压信号。主要判断依据是脉冲宽度、反向感应电压以及波形形状。下面以上海通用别克（3.0L/V6（LW9）发动机）饱和开关型喷油器为例进行分析、诊断。

4.1 检测

（1）喷油器与电控单元和电源保险之间连接线路正常，各线阻不应大于0.5 Ω，打开点火开关，端子A—搭铁之间应为12 V电压，常温下喷油器电阻12～16 Ω。

（2）连接好波形测试设备，电源的正负极不能反接，探针接传感器信号输出端子B，鳄鱼夹搭铁。

（3）关闭所有的附属电器设备，启动发动机，并怠速运转使发动机工作温度在80 ℃以上。做加速和减速试验，仔细观察波形信号变化情况，然后使发动机保持在特定的转速运转。正常情况下应得到波形。

4.2 波形分析

喷油器控制信号波形人为造成混合气浓或稀，观察喷油器喷油脉宽将是否微量变化。通常喷油器的喷油持续时间大约在怠速时1～6 ms到冷起动或节气门全开时大约6～35 ms之间变化。反向感应电压根据汽车制造商和不同发动机而确定，正常的范围大约是从30～100 V，该喷油器的反向感应电压约为50 V，各缸应保持一致，如果所测波形有异常，则应更换喷油器。

5 结语

总之在故障检测时，无论用哪一种诊断仪器和使用什么方法都应遵循简单、方便、直观和准确的原则，充分利用检测仪器、维修资料，理性分析，确定故障点，再进行维修，达到快而准的效果。目前汽车电子设备的信号变化速率非常快，这就需要仪器的测试速度必须高于故障信号的速度，而数字式示波器完全可以胜任这个速度，而且比其他汽车检测仪还要快速，高取样速度可以精确详细地显示输入、输出元件的状况，显现出元件或线路的故障，并且可以通过一起观察到汽车电子控制系统如何工作的，合理使用示波器可以让故障诊断人员快速地准确定位寻找到故障，进而快速排除。

参考文献

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