基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究

基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究内容摘要：

障位置，然后观察做些基本检查，看、听、摸排出非电控故障：查阅，掌握该车的有关数据，索要检查部件的准确位置、接线和检测方法；读取故障码，观察数据流进行故障分析：进行检测最终判断故障位置和找到产生的原因：进行修理后还要进行试验，做好后备工作。 利用数据流对电控发动机典型故障进行故障诊断。 本文主要对发动机不能启动或启动困难，怠速不良和加速不良，油耗增加等方面进行研究。 技术路线和 研究方法 本文首先对发动的电控策略做研究，说明原理，然后通过实验断开一个或多个传感器，观察现象并找出故障证明控制策略，观察数据流变化。 对实验数据流进行分析总结数据流应用方法，对发动机进行诊断，从而确定故障诊断的基本流程，并做典型的故障分析。 技术路线如图。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 6 第 2章 1ZZFE发动机电控系统的组成及其控制策略 引言 1ZZFE 发动机是内燃机的一种，它是将燃料在汽缸内部燃烧得到的热能转变为机械功的热力发动机。 发动机要实现这种转变，它应该具备七个基本组成部分：燃料系统、曲柄 连杆机构、配气机构、启动系统、润滑系统、点火系统和冷却系统。 一般发动机总体构造都包括以上几大系统。 但由于气缸数、气缸排列方式和冷却方式不同，其构造有些差异。 升 1ZZFE 发动机具有智能型可变配气相位系统（ VVTi）、直接点火系统（ DIS）、无回油管供油系统、双氧传感器等个性化配置。 发动机控制系统 发动机控制系统主要由 ECU、各种传感器、执行元件、发动机线束等组成。 发动机 ECU 可以分为 EFI（电子控制汽油喷射）控制、 ESA（ 电子点火提前）控制、 ISC（怠速）控制 、 诊断功能、备份功能和失效保护 功能以及其它功能 [11]。 控制系统的功能是根据发动机运转工况和车辆运行状况确定最佳喷油量，并控制喷油器以控制喷油量，以及其他执行元件，以达到预期目的。 传感器是装在发动机各个部位的信号转换装置，用来测量或检测反映发动机运行状态的各种参量，并将它转化成计算机能够接受的信号后送给 ECU。 ECU 对各种传感器送来的信号进行处理、运算、分析和判断后、发出喷油控制命令，控制喷油器喷出与进气量相匹配的燃油，使当时工况的空燃比最佳。 控制系统的工作原理如图 所示。 1ZZ 发动机采用博世 L 行汽油喷射系统。 L 型汽油喷射系统是电 子控制的多点、间歇式汽油喷射系统，它以发动机的进气量和发动机转速作为基本控制参数，从而提高了喷油量的控制精度 [12]。 该系统主要由空气供给装置、燃油供给装置、电子控制装置组成。 控制系统零部件组成 (1)发动机控制单元 黑龙江工程学院本科生毕业论文 7 控制单元是以一个单片机为核心的微处理器。 它的功能就是处理来自整车不同部位的传感器数据，判断发动机的工作状况，再通过执行器对发动机迸行准确的控制。 (2)空气流量计 (AFS) 热阻空气流量计由铂热电阻丝、热敏电阻和状语塑料壳内的控制电路组成。 热阻 曲 轴 位 置 传 感 器空 气 流 量 计冷 却 液 温 度 传 感 器节 气 门 位 置 传 感 器进 气 温 度 传 感 器氧 传 感 器爆 震 传 感 器怠 速 及 启 动 控 制燃 油 泵 继 电 器点 火 正 时碳 罐 控 制 阀空 调 风 扇喷 油 器发动机控制单元（ E C U ） 图 电控发动机工作控制系统图 空气流量计工作原理是位于近期旁路中的铂热电阻丝和热敏电阻检测进气温度的变化。 热电阻丝由控制通过它的当前流量而保持在一定的温度。 当前流量由空气流量计的输出电压测出。 电路的构成是铂热电阻丝和热敏电阻提供了由功率晶体管控制的一个电桥，以使 A 和 B 的电位相等，从而保持设定温度。 (3)节气门位置传感器 (TPS) 节气门开度传感器安装在节气门体内，它检测节气门开启的角度。 当节气门关闭时，一个 的电压施加在发 动机的 ECU 的端子 VTA 上，施加于发动机 ECU 的端子 VTA 上的电压是随着节气门开启角度按比例增加的，当节气门全开时，此电压约为。 发动机 ECU 根据从端子 VTA 输入的这些信号判断车辆行驶状态，用这些状态可分别决定空燃比的修正、加浓修正和燃油切段控制等。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 8 (4)冷却液温传感器和进气温度传感器 冷却液温传感器是用来检测发动机的运行过程中冷却液的温度，特别用于判别发动机的启动是热启动还是冷启动以及有关进气冷却水温的喷油量的修正值。 进气温度传感器装在空气流量计上并检测进气温度，进气温度越高热敏电阻阻值越 高。 进气温度传感器连接到发动机 ECU 上，发动机 ECU 中的 5V 电源电压由端子 THA 借助于电阻 R 施加到进气温度传感器上。 电阻 R 与进气温度传感器串联，当进气温度传感器阻值随进气温度的变化而变化时，端子 THA 的电位也变化。 根据这个信号发动机 ECU增加燃油喷射量以改进冷机运行期间的驾驶性能。 (5)曲轴位置传感器 (IGT/NE)与凸轮轴位置传感器 曲轴位置传感器（ NE 信号）由信号盘和检波线圈组成。 NE 信号盘有 34 个齿，安装在曲轴上，发动机每转一圈 NE 信号就产生 34 个信号发动机 ECU 根据 G2 信号检测曲轴角度，并根据 NE 信号检测曲轴实际角度和发动机转速。 凸轮轴位置传感器（ G2信号）由信号盘和检波线圈组成。 G2 信号盘在其外圆上有一个齿，并安装在凸轮轴上。 当凸轮轴转动的信号盘上的突出部分和检波线圈上的空隙就产生变化，致使磁场波动从而使检波线圈产生电动势。 NE 信号盘有 34 个齿，发动机每转一圈， NE 信号传感器就产生 34 信号，发动机 ECU 根据 G2 信号检测标准曲轴实际角度和发动机转速。 (6)氧传感器 1ZZ 发动机采用 双氧传感器，既同时配备主氧传感器和副氧传感器，主氧传感器安装在三元催化器之前，用于电子燃油喷射的闭环控制，副氧传感器安 装在三元催化器之后，用于监测三元催化器和主氧传感器的性能是否超出标准。 这样设计非常科学合理，提高了发动机电脑控制的可靠性。 氧传感器的主要敏感材料的氧化锆。 氧化锆被排气加热 (300℃ )激活后，氧离子穿过氧化锆元件到达其外部电极，氧化锆元件感应发动机排气中的氧的含量并改变其输出电压值 [13]。 当参与发动机燃烧的空燃比变稀时，排气中的氧的聚集含量增加，氧传感器的输出电压降低；反之是输出电压值增高。 由此向 ECU 反馈发动机实时的空燃比状态。 (7)爆震传感器 (KS)和车速传感器 (VSS) 爆震传感器安装在发动机缸体 上，检测发动机的爆燃状况。 发动机发生爆燃时，发动机的震动传给传感器，压电晶体由于机械振动产生压力的变化，转换成电压信号输出，如果发动机出现爆震，则延长点火正时以抑制爆震。 车速传感器用来测量汽车的行驶速度，此信号主要用于发动机怠速及汽车加速、减速是的空燃比控制。 它的齿盘装在变速器的输出轴上，转子轴每转动一圈，车速传感器输出一个脉冲信号， ECU根据这些脉冲信号的频率确定车辆速度。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 9 (8)怠速空气控制阀 怠速空气控制阀是由步进电机推动一锥形阀与节气门阀体加工成型的针阀阀座构成，固定于节流阀体上。 控制阀的步进电机 配置有两个电磁线圈， ECU 通过这两个电磁线圈控制步进电机直线动作，进而驱动针阀进退和怠速空气阀的开度。 EFI控制系统 电子燃油喷射（ EFI）系统应用各种传感器来探测发动机工作状态和汽车行驶状态，发动机 ECU 计算出来最佳的燃油喷射量，并使喷油器喷射燃油。 LEFI（空气流量计型），这种系统采用空气流量计直接测量进气歧管中的空气量通过测量进气涡流，如图 所示。 图 电子燃油喷射系统控制图 燃油泵 燃油泵安装于油箱中与燃油滤清器、压力调节器和燃油表等结合为一整体。 马达带 动油泵叶轮压缩燃油，燃油泵停止时单向阀关闭，以维持燃油管路的残余压力，这样更有助于使发动机重新启动。 若没有残余压力，在高温时很容易出现气阻使发动机重新起动变得很困难，当出油口侧压力过高时，安全阀开启，防止燃油压力过高，如图 所示。 喷油器 喷油器根据发动机 ECU传来的信号，将燃油喷射进气缸的进气口。 发动机 ECU传来的信号使电流在电磁线圈中流动，拉动针阀，此时阀门开启，喷射燃油。 由于 针阀行程是固定的，燃油喷油量是由流入电磁线圈的时间来控制，如图。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 10 图 燃油泵 图 喷油器 燃油泵的控制 （ 1）基本原理 燃油泵只在发动机运转时工作。 若发动机不在运转，即使点火开关开启，燃油泵也不会运作。 （ 2）燃油泵的速度控制 这种控制能使燃油泵速度变慢，当燃油过多时，可以减少燃油泵的磨损，减少电能消耗。 （ 3）燃油泵关闭系统 汽车有这样的机械装置，当车辆发生碰撞或翻车 ,空气囊充气胀开时当驾驶员空气囊、前排乘客空气囊或座椅侧空气囊充气胀开时，燃油泵控制系统能使燃油泵停止运转，以保证安全。 燃油喷射方法和喷油正时 燃油喷射方法有独立喷射燃油到每个气缸；或者同时 喷射燃油进入所有气缸。 也黑龙江工程学院本科生毕业论文 11 有各种不同的喷射正时﹐比如 ,按设定正时喷射﹑根据进入空气量或发动机转速的变 图 两组喷射 化喷射燃油。 基本的燃油喷射方法和喷射正时。 此外，喷油量越大，开始喷射的时间越早。 本发动机是 组群喷射式：进气管多点喷射，曲轴每转两圈﹐燃油依次喷入每组气缸一次，如图 所示。 燃油喷射时间控制 发动机 ECU 通过改变喷射时间来改变每次注入气缸内的燃油量。 准确的燃油喷射时间取决于基本燃油喷射时间取决于空气的摄入量和发动机转速和各种校正喷射时间取决于各传感器的信号。 发动机 ECU 最终反 馈给喷油器的喷射时间需要加上各种基本时间的校正时间﹐主要有以下几种校正控制 ： 表 校正控制 传感器 信号 基本喷油时间 各种修正 起动加浓 预热加浓 空燃比反馈校正 加速加浓 燃油切断 功率加浓 空气流量计 VG/PIM ○ — — — — — ○ 曲轴位置传感器 NE ○ — — — — ○ ○ 凸轮轴位置传感器 G ○ — — — — ○ ○ 水温传感器 THW — ○ ○ — — — — 节气门位置传感器 IDL — — — — — ○ — VTA — — — ○ ○ — ○ 氧传感器 OX1A OX1B — — — ○ — — — （ 1）起动加浓 基本喷射时间不能根据进入的空气量来计算。 因为在起动时发动机转速较低而进入的空气量的变化较大。 而且，起动时的燃油喷射时间要由冷液却液温度来决定。 冷却液温度由水温传感器来检测。 水温越低，燃油的雾化性越差。 因此，需增加喷射时黑龙江工程学院本科生毕业论文 12 间来得到较浓得空气 燃油混合气。 发动机 ECU 设定有当发动机转速小于或等于 400 rpm 时，才能起动发动机。 另外，由于发动机负荷突然增加而导致发动机转速突然降至 400 rpm 以下时，还要应用滞后作 用来阻止发动机 ECU 重新起动已经被起动的发动机，除非发动机转速降至 200 rpm。 （ 2）预热加浓 发动机 ECU 在冷机时，因为此时燃油不容易雾化，所以，燃油的喷油量就需增加。 当温度较低时，需增加燃油喷射时间，来获得较浓得空气 燃油混合气，从而达到较好的行车性。 最大校正量是常温下的两倍。 （ 3）空燃比反馈校正 当发动机负荷或发动机转速没有较大的波动，如发动机预热后的怠速或以恒定速度行驶时，是根据气缸内进入空气量的多少而供给燃油量（空燃比接近理论的空燃比值）。 （ 4）加速加浓 突然加速时，空燃比变小，特别 是在加速的开始步骤。 因为当踩下加速器踏板时开始加速过程，这时会出现燃料供应滞后于进入气缸内的空气快速变化量。 由于这个原因，则需延长燃料喷射时间，根据进入的空气量而增加喷油量以防止空气和燃料混合气偏稀。 加速加浓的大小取决节气门开启角度的变化速度。 加速校正在加速开始步骤会大量增加，增加到上限值后又会逐渐减小。 此外，加速越快，燃料喷油量的增加越大。 （ 5）燃油切断 在减速过程中，为了减少有害气体的排放和增强发动机的制动效果，根据减速的具体条件可停止燃料供应操作。 停止燃料喷射的有效的方法是切断燃料供应控制。 减速 状态取决于节气门的开度和发动机转速。 当节气门关闭和发动机转速高时，它就断定车辆在减速。 燃料切断控制当发动机转速超过预定值并且节气门关闭时，燃料切断控制就会停止。 当发动机转速低于预定值或者节气门开启时，燃料喷射将重新开始。 当冷却液温度低的时候发动机的燃料切断转速和燃料重新喷射的转速将会增加。 此外，当打开空调开关为防止发动机转速下降和发动机失速时，燃油切断发动机转速和燃料重新喷射的发动机转速也会增加。 在某些车型中的发动机在制动过程中发动机转速也会下降（也就是说当打开停车灯开关时）。 （ 6）功率加浓 发动机在高 负荷情况下，。