基于波形分析的电控发动机故障诊断应用研究

张钱斌，马 玲

（安徽机电职业技术学院汽车工程系，安徽芜湖241000）

基于波形分析的电控发动机故障诊断应用研究

张钱斌，马 玲

（安徽机电职业技术学院汽车工程系，安徽芜湖241000）

在汽车电控发动机故障诊断和维修过程中，为了提高维修效率，汽车维修人员除了运用经验修车法、故障码诊断法和数据流分析法诊断分析故障外，还应该掌握波形分析方法对故障进行诊断。通过对发动机实验平台模拟故障实验，对电控发动机的氧传感器和点火系统的波形进行了分析介绍，结合实例分析波形分析法在电控发动机故障诊断中的应用。

波形分析；电控发动机；故障诊断

随着电子技术在汽车各电控系统的普及及应用，汽车的发动机、自动变速器、制动、悬架、空调、防盗及电气系统均采用电子模块进行控制，并通过CAN-BUS数据通讯系统进行连接。如果汽车出现故障，导致汽车出现个别或者全部功能丧失，单凭传统经验、故障码诊断法和数据流分析方法已经不足以解决所有问题。因此，掌握运用另一种波形分析诊断法，可以帮助我们解决个别“疑难杂症”。本文阐述利用波形分析诊断法，借助博世FSA740综合发动机分析仪和金德KT600波形分析仪等实验平台，通过对桑塔纳AJR发动机氧传感器和点火系统进行模拟故障实验，对比正常与问题波形，并通过真实案例分析，从而快速找出故障的原因、排除故障。

1 氧传感器波形

氧传感器根据发动机尾气中氧的含量转变为电压信号输出，反应混合气的浓与稀，从而对空气和燃油的比值进行修正。输出信号有两个极值点：如桑塔纳2000AJR发动机暖机后，通过故障诊断仪检测到氧传感器输出电压在0.1～0.9V范围内上下不断变化，变化次数＞8次∕10秒。混合气越浓测量的电压越低、反之电压越高。桑塔纳AJR发动机氧化锆型氧传感器在中速时的波形如图1所示。

电控发动机运转过程中，氧传感器工作特性发生改变，但ECU监测的电压信号没有超出正常值时，EUC不能判定故障存在，因此不会存储故障代码，通过数据流进行诊断很难发现异常，如果能通过波形分析仪测得实时的波形信息，通过对波形的观察分析，将会帮助诊断人员提高故障判断的准确性。

图1 氧传感器正常波形（氧化锆型）

通过对桑塔纳2000AJR发动机进行模拟实验，连接FSA740综合发动机分析仪诊断端子与氧传感器端子。起动发动机预热，使冷却液温度达到80～90℃，开启FSA740，将发动机转速提高至1500～2000转∕分钟，停留5～10秒，观察现象并记录氧传感器波形，反复测量四次。随后拆下氧传感器，将传感器上的透气孔涂上密封胶，再装回，以此模拟传感器有堵塞的故障，按照正常程序测试，观察现象并记录波形。

氧传感器正常情况下，发动机起动后运转平稳，加速有力，输出的波形正常；经过模拟设置故障后，发动机起动后出现加速不良的现象，通过KT600故障诊断仪检测发现无故障代码，进气、点火和喷油均有异常。通过综合发动机分析仪查看设置故障后的波形如图2所示。

通过波形可以看出，氧传感器的灵敏性受到影响，出现延迟，波峰和波底的波形图出现部分滞留的状况。此时发动机加速运转，需要更浓的混合气，而氧传感器确不能立即反馈信号给ECU，造成供油不畅，出现发动机加速不良的故障现象。

随后将氧传感器拆卸，将密封胶清理干净装复，发动机起动后运转稳定，加速有力，实测波形正常。

图2 氧传感器故障波形

2 次级点火波形

点火系统是汽油发动机的重要组成部分，该系统如果出现了问题，将会引起发动机起动困难、动力不足、加速迟缓无力、尾气排放超标等故障现象。利用点火系统实测的次级点火波形可以快速对发动机点火系统的故障进行分析诊断。利用FSA740综合发动机分析仪实测桑塔纳AJR发动机的1缸点火波形如图3所示。

图3 单杠标准次级点火波形

通过对桑塔纳2000AJR发动机进行模拟实验，在利用事先准备的带有积碳和烧蚀故障的火花塞（如图4所示），替换原车正常火花塞，观察发动机运行时的现象，并记录各缸点火波形。实验前起动发动机预热，使冷却液温度达到80～90℃，并对发动机其他系统进行检查未发现异常。随后将有积碳的火花塞替换1缸和3缸正常火花塞，将有轻微烧蚀的火花塞替换2缸火花塞。再次起动发动机运行，发动机出现怠速运转不稳定。连接FSA740检查点火系统次级波形，如图5所示。

图4 带有积碳故障的火花塞

从波形上可以看出，发动机各缸的点火击穿电压不相同，4个气缸只有第四缸的波形比较正常，其它各缸的击穿电压都偏低，且第三缸的击穿电压只有2kV，点火衰减振荡部分波动幅度较大，无法完成正常点火。因此，由于个别缸不能正常点火，导致气缸不工作，使发动机各缸工作时出现不协调，出现怠速不稳、抖动现象。

图5 实测各缸点火次级电压波形

后将原火花塞装复，故障消失，测得波形正常（如图6所示）。

图6 正常点火波形

3 波形分析故障应用实例

3.1 氧传感器波形案例分析

故障现象：一辆一汽大众新捷达轿车，驾驶员反映汽车行驶过程中缓慢加速时有轻微挫车现象，急加速时挫车现象明显，发动机怠速时有轻微抖动。

故障诊断：

根据该车出现的问题进行分析，引起该现象的原因包括：空气流量计电压异常；喷油脉宽异常；配气相位异常；氧传感器信号异常等。首先起动发动机预热到正常值，通过KT600故障诊断仪查看发动机数据流，根据查看的数据流显示点火提前角、燃油喷射脉宽、节气门开度和进气量都正常，但发现数据流模块007组2区显示的氧传感器输出电压有问题，数值始终在0.2～0.5V范围内变化，且该信号在发动机加速时变化次数太少，数值也偏低。随后利用FSA740检测氧传感器的波形，如图7所示。

图7 实测氧传感器信号电压波形

观察该传感器输出波形可以看到，氧传感器在单位时间内变化的次数明显少于8次∕10秒，信号变化次数较低。关闭点火开关，将氧传感器从排气管上拆下，检查发现氧传感器的内表面有一层厚厚的积碳。随机更换了一只好的氧传感器将其重新装回。再次起动车辆，故障诊断仪和综合发动机分析仪检测的数值和波形都正常，发动机运转平稳，加速强劲，故障解除。

3.2 点火系统波形案例分析

故障现象：一辆桑塔纳3000型轿车，行驶里程为75 000km，发动机能顺利启动，但5分钟内自动熄火，再次起动车辆，怠速时发动机发抖，7～8分钟内再次自动熄火。

故障诊断：

连接故障诊断仪对自诊断系统进行检测，未发现故障码。由于没有故障代码，根据电控发动机的实验研究得知，发动机起动困难的原因可能是空气流量传感器输出信号偏低或喷油周期信号偏低、点火电压异常、配气相位紊乱等。

再次起动发动机，利用故障诊断仪查看发动机动态下的“数据流”，通过读取节气门开度、点火提前角、喷射周期、进气量和冷却液温度等参数的数值情况，均未发现异常。

然后利用示波器对点火系统次级点火电压平列波形进行测试，发现2缸的点火击穿电压与其他3个缸相比明显偏低（如图8所示）。根据波形分析，影响击穿电压过低的主要因素有火花塞积碳、电极间隙过小、高压线局部短路的。然后拆下2缸火花塞对其进行检查，发现该火花塞表面附着有一定量的积碳。利用清洗剂对火花塞进行清洗后装复重新试车，发动机运转平稳，再次测试各缸点火波形，各缸的点火击穿电压一致，故障排除。

图8 第2缸击穿电压偏低故障波形

5 结束语

随着汽车电控技术的发展和加工制造及装配工艺水平的提高，汽车的故障率越来越低，但车辆出现疑难杂症却越来越多，我们在利用以往的经验诊断、仪器设备诊断及其他故障诊断方法诊断分析故障的同时，还需要借助发动机综合诊断仪和波形分析仪等仪器分析传感器或执行元件的波形，从而帮助我们快速、准确、方便地对故障部位进行定位，找出故障原因，以便顺利地排除故障。

[1]周志宾，王季峰，辛明华.汽车氧传感器电压输出特性研究[J].传感器与微系统，2007（5）:30-32.

[2]汪立极.氧传感器的波形研究与发动机故障诊断[J].汽车维修，2003（11）:11-13.

[3]王向东.电控发动机模拟试验台设计及试验分析[D].西安：长安大学，2003.

[4]刘业副，杨芳华.连载现代汽车电子点火系统及其应用（二）[J].实用汽车技术，2007（03）:44-46.

[5]杨洪庆.传感器波形在电控发动机故障诊断中的应用研究[D].西安：长安大学，2007.

Electronically Controlled Engine Fault Diagnosis Applied Research Based on Waveform Analysis

ZHANG Qianbin,MA Ling
(Department of Automotive Engineering,Anhui Technical College Of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000,China)

In the automotive electronic control engine fault diagnosis and repair process,vehicle maintenance and repair experience in addition to the use of method,fault code diagnosis and data flow analysis method for analysis of fault diagnosis,should also obtain the waveform analysis method to fault diagnosis.In this paper,through the experiment for aeroengine fault simulation platform,oxygen sensor for electronic control of engine ignition system and the wave form is introduced,with examples of the application of waveform analysis in fault diagnosis of electronic control engine.

waveform analysis;electronic controlled engine;fault diagnosis

郝安林）

U472

A

1673-2928（2018）02-0026-03

D01:10.19329/j.cnki.1673-2928.2018.02.007

2016-12-25

张钱斌（1980-），男，安徽安庆人，安徽机电职业技术学院讲师、汽车维修技师，主要从事汽车故障诊断应用研究。