波形分析在发动机故障诊断中的应用

汽车发动机控制系统的实际工况可以通过专用示波器进行观察，动态信号发生改变的过程及展现出的规律变化可以通过电控发动机执行器与传感器传输出来的信号波形进行观察与了解，加之这些规律的归纳总结需要采取波形分析的方式，以更好更快地发现发动机的故障之处、故障原因并加以排除。但当前汽车技术的发展较快，电控化应用比例较高，发动机发生故障的几率也有所提高，因此，本文主要就波形分析在发动机故障诊断中的应用进行了详细探讨。

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当前，汽车检测诊断的设备较多，且各具特色，其中较为有效的方式是波形分析法。一般而言，示波器作为一种电压表，不仅可以快速展示与读取电压参数，而且可以快速获取故障电信号，并有效记载波形加以分析，执行器和传感器的信号波形甚至可以快速发现故障原因。为了更好地分析波形，需要详细分解汽车电子信号类型，主要涉及模拟信号与数字信号，基于对这些信号波形特征的判定而诊断发动机的故障，本文将介绍一些使用波形分析法诊断发动机控制系统故障的具体案例。

1 汽车发动机系统故障诊断方法特点分析

1.1 故障自诊断系统

目前，市场上绝大多数发动机控制系统均具有进行故障自诊断的基本功能，所谓的故障自诊断是指系统自身会将监测到的动态信号数据与预先设定好的参数值相比较，进而判断发动机是否存在故障问题，并且将这些故障以代码的形式存储起来，以便維修人员进行故障检修。一方面简化了工作人员诊断发动机故障的操作程序，但另一方面也存在着一些不足之处，例如：信号异常的原因很多，而系统自诊断出来的信息只是一种可能性的范围，还需借助其他的检测手段来进一步确定故障位置；自诊断系统只能检测缺失的信号或者一些超界的信号，对于未超出设定值的异常信号则无法做出准确的故障判断等等。

1.2 专用故障诊断设备

专用故障诊断设备会对故障自诊断系统存储的故障代码进行读取，测量发动机控制系统的一些动态参数，输入模拟信号检测故障，重新设定某些参数或者将系统初始化处理，有利于维修人员更加准确、快读地诊断发动机故障信息，但也存在一些固有的缺点，如：部分故障诊断的原始信息来源于自诊断系统，所以会存在着故障自诊断系统的不足之处；专用故障诊断设备价格较为昂贵，且适用性弱，一般只能针对某一种或某几种特定的车型进行故障诊断。

1.3 波形分析法

波形分析法是指利用示波器将被检测信号的电压波形显示出来，能够形象直观地呈现出动态信号变化的全过程，并且还能够准确地反应出一些偶发不连续的信号，弥补了传统的仪表检测法的不足。波形分析法对维修人员的专业素质要求较高，工作人员在诊断发动机系统故障时，除了要熟练掌握各种动态信号的正常波形，还要了解他们各自的异常波形所对应的信号波动情况，进而准确地分析出导致信号波形异常的故障原因，找出故障点。

2 波形分析法诊断发动机系统故障示例

2.1 检测发动机转速与曲轴位置传感器信号

正常工况下，当汽车发动机启动后，传感器的信号电压幅值一般会在0.5V以上，并且随着发动机转速的不断上升，幅值也会相应地变大。在利用示波器检测时，如果无法显示出电压波形信息或者信号很弱，电压波形的幅值非常小，则有可能是传感器的信号线路或感应线圈发生故障、触发转子与铁心之间气隙不合理等情况；如果信号电压幅值发生波动，出现忽大忽小的情况，可能是因为传感器轴与衬套之间的间隙太大，从而导致触发转子在转动时发生摆动，而对于利用发动机飞轮的齿圈作为信号触发转子的传感器，则有可能是因为安装螺钉松动；如果在电压波形中如果只有特定的几个信号脉冲信息异常或者无法显示，则有可能是信号触发齿圈损坏了。

2.2 检测汽油喷射器驱动控制信号

理论上而言，汽油喷射控制信号的波形是方形波，但是在实际喷射过程中，由于电磁线圈的自感作用，示波器显示的波形并非是方波，如果始终显示的是一条水平的直线，则可能的发生故障为：喷油器电源不良、线圈断、控制器内部短路、信号中断、搭铁不良等；如果波形中断或者产生一些杂形波，很有可能是插接器接触不良、搭铁不良、喷油器阀卡滞等原因。

2.3 检测ECU与ICM信号

对发动机电子控制器中的各个部件，可以通过检测其输入、输出端相关连的电压波形来分析相关故障。

2.3.1 检测ECU输入与输出信号

维修人员检测发动机在启动前后各个段子的电压波形时，如果发现Ne、G信号正常，而IGt、IGdA、IGdB等信号异常或丢失，则可以确定电子控制单元内部存在故障。

2.3.2 检测ICM输入与输出信号

当发动机启动或者开始工作时，维修人员可以分别对ICM的点火线圈控制端以及IGf端的电压波形进行检测分析，如果点火线圈控制端的电压波形显示正常，而后者的电压波形出现缺失、异常等现象，则说明，ICM内部出现故障。

2.4 检测进气管压力传感器信号

当发动机处于稳定怠速工况下，检测到的进气管压力传感器信号应当是一条水平的电压波形，如果节气门的开度突然加大，则波形也会随之上升，波形倾斜度较大，而当节气门开始放松时，电压波形会呈现为平缓的斜线。如果在这几段波形折线中出现断点或杂波现象，则可能发生以下故障：传感器电路接触不良、搭铁不良、敏感元件失灵等；而如果在节气门开合时，波形始终为一条水平的直线，则有可能是电源不良、传感器信号线路发生断路或断路等原因。

3 结束语

综上所述，由于部分汽车电子设备具有信号变化速率快，故障信号间歇不连续等特点，所以要想准确诊断出发动机故障，所使用仪器的测试速度必须要高于故障信号的速度。而数字示波器凭借着远超于其他汽车检测仪的高取样速度，完全可以胜任这项任务。利用波形分析法不仅直观地观察到发动机系统中各部件和线路的运转情况，还能帮助工作人员快速找出问题所在，对故障点进行精确定位，进而有效提高汽车发动机故障诊断处理的工作效率。

参考文献

[1]魏启广.电控发动机故障分析与诊断[J].科技传播，2011（17）.

[2]刘忠滨.论汽车电控发动机的故障及诊断[J].民营科技，2011（07）.

作者简介

孟祥磊（1984-），男，山东省潍坊市人。柳州职业技术学院汽车检测与维修技术在职研究生，柳州职业技术学院讲师。

作者单位

1.桂林电子科技大学机电工程学院 广西壮族自治区柳州市 541004

2.柳州职业技术学院 广西壮族自治区柳州市 545006