基于数据流分析的电控发动机故障诊断应用研究

张钱斌

（安徽机电职业技术学院汽车工程系，安徽芜湖 241000）

基于数据流分析的电控发动机故障诊断应用研究

张钱斌

（安徽机电职业技术学院汽车工程系，安徽芜湖 241000）

在电控发动机故障诊断过程中，汽车故障诊断仪除了具有“读取故障码”和“清除故障码”的功能外，还具有对电控系统各种传感器和执行器进行动态数据读取功能（数据流分析）。本文对电控发动机数据流产生的机理和特性、数据流分析的方法和显示方式进行了阐述，结合实例分析了静态数据流和动态数据流分析在电控发动机故障诊断中的应用。

数据流分析；电控发动机；故障诊断

随着汽车电子技术的快速发展，电子控制系统越来越广泛地应用到汽车中，从汽车的发动机、底盘，到汽车车身及电气系统均采用电子模块进行控制。如果汽车某个部分或系统出现故障，单凭以往的经验和故障代码对汽车进行故障诊断的方法已经不能解决所有出现的问题。为了避免按照传统经验方法对车辆盲目拆卸而造成的损失，提高故障诊断的效率和准确性，必须掌握运用“数据流”分析方法对车辆进行诊断。本文以大众宝来和桑塔纳轿车出现的故障案例入手，利用宝来轿车发动机EA111、桑塔纳AJR发动机、金德KT600故障诊断仪、数字万用表和各检测仪器仪表为平台，介绍如何应用数据流分析方法快速诊断出汽车电控发动机故障产生的部位及原因。

1 数据流产生机理及特性

1.1 数据流产生机理

汽车数据流，是汽车电子控制单元（ECU）与各传感器和电控执行元件通讯的数据参数，通过OBD诊断接口，利用故障诊断仪读取的数据，随运行时间和发动机工况的变化而变化。数据流就是将读取的汽车工作时的各种参数按照不同的要求进行组合，形成多种数据组，由于显示的是各种数值参数，因此被称为数据流。

汽车电控系统主要有ECU（电子控制单元）、传感器和执行元件组成。分别是信号处理装置、信号输入装置和信号输出装置。根据电子元器件的结构和工作原理的不同，在实际运行过程中会产生交流信号、直流信号、脉冲信号、频率调制信号和多行窜行数据信号等5种电信号。数据流则是对电子元器件工作电压、温度、脉冲时间及速度等工作状态的真实反映。

1.2 数据流的特性

数据流诊断具有操作方便、读取数据信息量大、数据精准度高的优点。对于因ECU、传感器和执行元件产生的电信号轻微变化所引起的电控系统故障，仅凭传统经验方法或利用万用表进行诊断已不能解决实质问题，而采用故障诊断仪对电信号进行数据流分析，已经成为汽车故障诊断的必备手段。

①操作方便。当汽车发动机出现故障后，只要将发动机故障诊断仪连接到汽车专用OBD-Ⅱ诊断接口，然后进入诊断仪的“读取数据流”功能模块中，找到想要查看的数据参数，就可以方便轻松的进行数据流诊断。

②读取数据信息量大。故障诊断仪的“读取数据流”功能模块中，可以同时显示多个传感器、执行元件的运行状态参数，为故障诊断提供大量的数据，为汽车故障诊断参数分析带来了比较大的便利。例如发动机ECU是根据空气流量传感器（进气流量信号）和曲轴位置传感器（转速信号）主控信号，以及节气门位置传感器（节气门开度信号）、冷却液温度传感器（冷却液温度信号）和进气温度传感器（进气温度信号）等辅助信号进行比较之后最终确定空气流量和喷油量的，数据流可以同时读取以上信息，便于分析比较它们之间的关系。

③数据精准度高。利用故障诊断仪读取的数据实际就是各传感器和执行元件传输给电脑ECU的工作运行参数，因此精准度较高，通过将实测的数据与标准数据进行对比，可以方便准确地判断该参数值是否正确，从而判断该传感器或执行元件是否出现故障。

2 数据流分析的方法

汽车维修人员不仅要掌握一定的理论基础，利用故障诊断仪读出电控发动机在工作状态下的各种传感器和执行元件的运行参数，还要掌握数据流分析诊断故障的方法，只有这样，才能快速、准确的找到故障产生的原因及故障部位。数据流分析方法主要包括时间分析法、因果分析法、数值分析法和关联比较分析法［1-3］。

2.1 时间分析法

电控发动机ECU在接收传感器输入信号参数时，主要是接收传感器输入的数值，其次还要判断传感器工作时限有没有超出范围。电控发动机通过工作时限判断传感器是否存在故障的有氧传感器和爆震传感器等。

①氧传感器。氧传感器是电控发动机中一个非常重要的传感器，安装在排气管上，监测尾气中氧的含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机ECU，使发动机能够实现以过量空气因数为目标的闭环控制。氧传感器的信号不仅要求有电压信号，而且电压信号的变化频率在一定时间内要超过一定的次数，一般在发动机冷却液温度达到80℃，发动机转速保持在2 500 r/min，利用数字万用表检测，信号电压应在（0.1～0.9）V之间迅速跳动，在10 S之内电压应在（0.1～0.9）V之间变化8～10次，若电压变化比较缓慢，不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障，可能是氧传感器表面被积碳覆盖而灵敏度降低。

②爆震传感器。爆震传感器安装在发动机缸体上，用来监测发动机的爆震情况，ECU根据爆震传感器提供的电压信号和其他传感器的信号调整点火正时（点火提前角）。发动机转速在（1 500～4 500）r/min范围内，ECU至少应收到两次大于或等于3 kHz以上的信号，否则控制单元很可能会认为爆震传感器有故障，如没能及时给出故障码，需运用数据流分析信号是否过弱。

2.2 因果分析法

在发动机电子控制系统中，输入到ECU中的很多数据参数是有因果关系的。ECU得到一个输入，便根据此输入信号进行计算发出一个输出信号，控制某执行元件动作，如在此过程中出现问题，ECU便将一系列数据参数连贯起来观察，从而判断故障出现在何处。如发动机处于怠速工况运转时，打开空调AC开关，ECU接收到空调AC开关信号，为防止发动机熄火或怠速抖动，ECU控制怠速控制阀打开，以提高怠速转速。在此过程中，如发动机转速没有提升，发动机出现明显抖动，故障则出现在怠速控制阀、继电器或空调AC开关上。

2.3 数值分析法

数值分析法是数据流分析中最基本、最直观的分析方法，通过数值的变化范围和变化规律，找出故障原因。如冷却液温度传感器监测的发动机温度，在刚刚启动运转时，水温很低，随着发动机运行，温度将逐渐上升，达到正常工作温度（80～90）℃，在大负荷状态下，温度会上升至90℃以上，电脑ECU接收到温度信号后，控制温控开关，打开冷却风扇进行冷却。如出现发动机起动困难、水温过高等故障时，可以利用故障诊断仪读取水温数值，以此判断分析故障所在。

2.4 关联比较分析法

发动机ECU对故障的判断是根据几个相关传感器信号的比较，当发现它们之间的关系不正常时，会输出一个或多个故障代码。此时需要根据各传感器之间的相互关系进行分析，逐个进行检测，以找出正确的故障部位。

3 数据流显示方式

3.1 静态数据流

静态数据流是指将点火开关置于ON档，但不起动发动机，此时，利用故障诊断仪读取的发动机静止状态下各传感器输送给ECU的数据。由于发动机未运转，ECU只能接收个别传感器输入的信号。如进气压力传感器的静态数据，数值应接近标准大气压力；冷却液温度传感器的静态数据，数值应为发动机未起动状态下冷却液的温度，接近环境温度等。“静态数据流”分析一般应用于发动机起动困难和发动机不能起动时的故障检测。

3.2 动态数据流

动态数据流是指发动机运转状态下，利用故障诊断仪读取的发动机电控系统的数据。此时，ECU接收的数据随发动机工况的变化而变化。通过阅读发动机在不同工况下的动态数据与真实值的比较，能快速、准确地找到故障部位。

4 数据流分析故障应用实例

4.1 静态数据流案例分析

故障现象：一辆2012款宝来轿车，发动机型号为EA111，行驶里程32 000公里。车主反映车子熄火后，第二天出现发动机起动困难现象。

常规故障诊断方法：（1）按照故障代码优先的原则，首先连接金德KT600故障诊断仪进行故障代码的调取，发现没有故障代码，因此无法通过故障自诊断系统确定故障部位；（2）做基本检查，利用燃油压力表测量系统油压，显示为280 kPa，数值正常；利用气缸压力表测量气缸密封性能，压力值为1.2 MPa，数值也正常；（3）检查各喷油器工作情况，均能按顺序正常工作；（4）检查配气相位及点火系统跳火情况，火花塞跳火正常。通过以上常规故障诊断方法检查，并未找出该故障的原因所在。

数据流分析排除故障方法。针对发动机起动困难的故障，采用静态数据流分析方法。连接KT600故障诊断仪进行该车静态数据流读取，进入“读取数据流”功能001组，显示1-发动机转速为0 r/min，2-冷却液温度为105℃，而此时由于发动机未起动，冷却液温度实际只有20℃左右。通过静态数据显示，冷却液温度传感器输送给ECU的信号肯定出现有问题。为了进一步确定，用数字万用表测量了水温传感器，水温传感器既没有断路，也没有短路，因而没有故障码输出，但阻值却很小。仔细询问车主，该车此前曾进行了清洗，由于发动机很脏，车主用水枪直接冲洗了发动机，这恰恰是引起此故障的关键，由于车主的错误操作，冷却液温度传感器输出信号失真。更换已损坏的水温传感器，故障排除。

4.2 动态数据流案例分析

故障现象：一辆桑塔纳2000轿车（采用AJR型发动机），行驶里程约12.5万公里，车主反映该车怠速不稳。

常规故障诊断方法：（1）按照故障代码优先的原则，首先连接金德KT600故障诊断仪进行故障代码的调取，诊断仪显示故障代码1516 P0132λ氧传感器电路故障。（2）清除故障码，起动发动机，再次读取故障码，诊断仪显示无故障码，因此断定1516 P0132故障代码为历史故障码。（3）做基本检查，利用燃油压力表和气缸压力表分别测量系统油压和气缸压力数值显示均正常。通过以上常规故障诊断方法检查，故障现象依旧存在。

数据流分析排除故障方法：针对发动机怠速不稳的故障，采用动态数据流分析方法。随后起动发动机，直接利用故障诊断仪“读取数据流”功能读取001组数据：发动机转速为870 r/min，发动机负荷为1.0 ms，节气门角度3.47°，点火提前角12°；002组喷油脉宽2.28ms，进气量为2.02 g/s。对上述数据流进行了多次测试，除了发动机转速忽高忽低外，基本没有明显变化。结合数据流分析方法进行分析，当进气量信号偏低，燃油喷射周期信号变化不一致，或者节气门开度信号电压偏低时，会引起发动机怠速不稳。上述数据流的参数当中，只有发动机转速信号和进气量信号异常，而且进气量信号偏低。利用数字万用表检查空气流量传感器，发现异常。更换空气流量传感器之后再次试车，发动机怠速运转平稳，再次测量进气量信号，变化正常，故障排除。

5 结束语

随着汽车电子控制技术的飞速发展，汽车出现故障的概率越来越低，但故障疑难杂症确越来越多，我们在利用传统的人工经验诊断和仪器设备诊断排除故障的同时，需要充分利用故障诊断仪中的“读取数据流”功能，对ECU输入和输出的各种参数进行数据流分析，从而快速、准确、方便地对故障原因进行定位，以便顺利地排除故障。

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［2］张丽莉，储江伟，强添纲，等.现代汽车故障诊断方法及其应用研究［J］.机械研究与应用，2008（2）：8-16.

［3］邓盛贤.数据流技术在汽车维修中的应用研究［J］.现代商贸工业，2008，20（1）：295-296.

［4］郭彬.数据流分析及在汽车故障检测诊断中的应用［M］.南京：江苏科学技术出版社，2008：1-10，9-24.

［5］何杰.“数据流”在电控发动机故障分析中的运用［J］.机械研究与应用，2011（2）：100-101.

［6］黄健.数据流技术在汽车维修中的应用［J］.汽车维修，2013（12）：18-18.

［7］赵宝军.数据流技术在汽车维修中应用的研究［J］.科技创新与应用，2013（24）：33-33.

Electronically Controlled Engine Fault Diagnosis Applied Research Based on Data Flow Analysis

ZHANG Qian-bin
（Department of Automotive Engineering，Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering，Wuhu 241000 China）

In the process of electronically controlled engine fault diagnosis，the system not only has automotive fault diagnostic“read fault codes“and“Clear fault codes“function，but also has electronic control systems for a variety of sensors and actuators for dynamic data read function（data flow analysis）.This paper described themechanism and characteristics of the data stream generated electronically controlled engine，and the analysis and displaymethods of data flow.Finally，with examples data flow electronically controlled engine fault diagnosis is analyzed.

data flow analysis，electronically controlled engine，fault diagnosis

U472.43

A

1007-4260（2014）03-0089-03

时间：2014-9-15 16：07 网络出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/doi/10.13757/j.cnki.cn34-1150/n.2014.03.022.html

2014-02-11

张钱斌，男，安徽安庆人，安徽机电职业技术学院汽车工程系讲师，汽车维修技师，主要从事汽车故障诊断方法研究。