数据流分析在电控发动机故障诊断中的应用研究

谢锐波

（韶关学院物理机电与工程学院，广东韶关512005）

数据流分析在电控发动机故障诊断中的应用研究

谢锐波

（韶关学院物理机电与工程学院，广东韶关512005）

数据流分析在发动机故障分析中有重要的意义，对于发动机发生的一些疑难杂症，隐性故障没有进行数据流分析一般是难以解决的.根据数据流的产生机理，探讨了如何正确快捷地获取数据流，准确掌握数据流分析方法并灵活应用.

数据流；数据流分析；分析方法；故障诊断

随着现代汽车工业的不断快速发展，电子技术已广泛应用到汽车的控制系统中，汽车的发动机、底盘、车身、电器系统全部都采用了电子模块化进行控制.如果单凭传统的经验对汽车发动机进行盲目的拆卸维修，将会造成很多不必要的损失和时间浪费.为提高发动机故障排除的效率，从业人员必须要有扎实的理论基础和行之有效的分析问题、解决问题的方法.我国经过这几年的素质教育的快速发展，全国的高校与高职院校培养了一大批素质优秀的一线维修工.很多维修工已经掌握了扎实的汽车理论知识，但在实际维修中还不能很好的建立一套诊断思维模式，例如大部份维修工只是利用发动机故障码来对发动机的故障进行诊断分析，很少利用数据流系统分析对发动机的故障进行排除.若仅靠发动机故障码来分析故障原因，有时未必能准确的判定故障所在位置，因为故障代码仅仅是记录发动机ECU判断某个传感器或执行器的数值是否正确的结论，而且发动机发生的有些故障不会产生故障码.例如：发动机的进气系统发生泄漏时，虽然发动机的真空度发生了变化，但ECU不会存储故障代码，使得维修人员往往无从下手解决问题.因此需要使用故障诊断仪及万用表对发动机进行动态数据流的检测并记录，然后分析发动机相关传感器动态数据流的变化规律，根据发动机正常工况数据流与有故障时的数据流进行对比，利用数据流的分析方法，从而找到发动机故障点的所在是一条比较可靠且高效的途径.

1　发动机电控系统的控制过程

发动机电控系统控制过程是由传感器（如转速传感器、凸轮轴位置传感器、节气门开度传感器、水温传感器等）收集发动机的实时工况数据，这些传感器以电压、电流或脉冲等参数形式输入发动机电脑ECU，发动机电脑ECU根据输入的信号进行实时处理，然后控制相应的执行器进行工作，在一定条件下发动机的反馈系统介入工作，实时监测发动机的运转状态，并实时将监测结果反馈给ECU，使ECU能相应的做出一些控制参数的调整，让发动机的动力性、经济性达到最佳的工作状态.

2　数据流产生机理、特性及获取方法

2.1数据流产生机理

发动机数据流是发动机电脑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，利用故障诊断仪可以读取实时数据.实时数据随发动机运转工况的变化而变化，在发动机工作时把各种实时数据按照不同的要求进行组合形成数据组，由于显示的一系列是各种传感器与执行元件数值参数，因此被称为发动机数据流［1］.发动机电控系统主要有ECU、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.根据各传感器、执行器的结构和工作原理的不同，在工作时会产生直流信号、交流信号、频率调制信号、脉冲信号和多行窜行数据信号等几种电信号，数据流就是各传感器与执行元件的工作电压、电流、温度、脉冲时间及速度等工作状态的真实反映.

2.2数据流的特性

发动机数据流主要有以下3个基本特性：（1）读取方便；（2）展示数据信息量大；（3）数据实时性强与精准度高的优点.随着发动机电控制系统电子化程度的不断提高，单凭传统经验或利用万用表进行检测，已经很难解决因传感器或执行元件产生的电信号变化所引起的电控系统故障，而利用故障诊断仪读取发动机数据流进行故障原因分析，已经成为解决发动机故障的新手段.

2.3获取发动机数据流的方法

发动机数据流的获取方式有两种方式：一是在线式电路测试，主要是使用“发动机综合分析仪”，将综合分析仪的探头连接到发动机相应的传感器或执行元件的线路上进行检测.二是通信式电脑诊断，主要是使用故障诊断仪俗称“解码器”连接车载OBDⅡ诊断接头来实现汽车电脑和诊断仪之间的通信，从而获取数据流.

3　数据流分析的常用方法

从事汽车维修的技术人员不仅要有扎实的理论基础，还要能够掌握如何通过故障诊断仪读取电控发动机在故障发生时各个相关传感器采集的数据和各执行元件的执行参数，并能够掌握如何利用数据流的实测参数来分析故障的实用方法，这样才能高效的诊断出产生故障的部位及原因.数据流的常用分析方法主要包括：参数分析法、因果分析法、时间分析法、比较分析法和关联分析法［2-6］.

3.1参数分析法

参数分析法是利用解码器读取电控发动机运转的各种数据参数，然后将这些参数变化规律和变化范围进行分析，例如转速、喷油脉宽、节气门开度、冷却液温度、氧传感器等要在一定的范围内变化而且有一定的规律.参数分析即当发动机故障发生时利用解码器读取相关传感器的实测参数，进而分析这些参数变化量和变化范围进行判断出故障原因的方法.

3.2因果分析法

因果分析法是在电控程序中有许多因果关系的参数数据，通过观察记录并分析其参数的响应过程和结果是否相符合.在发动机工作的过程中，许多数据之间存在一定的因果关系.例空调系统，如果把空调的AC开关打开，那发动机电脑得到一个开空调的信号输入，此时发动机电脑就会同时输出几个指令即增加怠速马达的开度，提高怠速；接合压缩机电磁离合器；起动冷凝箱冷却风扇，给制冷剂降温；当发动机的冷却液温度过高时，发动机水温度传感器就会把检测到高温信号发送到发动机电脑，此时发动机电脑会根据此信号强制起动冷却风扇给发动机冷却水箱降温，这就是传感器与执行器之间对应的因果关系，也是发动机电控系统常用的控制形式，因果如果不对应发动机就会出现异常状况.利用因果分析法可以将这些参数根据逻辑因果关系连贯起来分析，这样有利于高效的判断出故障原因，并找到相应的故障点.

3.3时间分析法

各传感器检测到的参数，发动机电脑不仅要分析其数值的大小，而且还要分析其响应的速率、频率、变化率.例如要确认氧传感器是否正常工作，不但要分析氧传感器电压信号大小变化情况还要分析电压信号的变化速率；在分析发动机负荷大小时，如果要分析发动机加速时的喷油脉宽是否正确，就要根据节气门开度电压的大小及节气门开度的变化率来分析加以确认.

3.4比较分析法

比较分析法是在同等条件下读取相同型号的发动机相同数据组的参数进行的比对分析，这种分析法对于解决间歇性故障或疑难故障有着很好的作用，通过几个数据值变化比对分析可以快速地诊断出有故障的传感器，进而分析出故障的原因.特别是在缺乏维修技术资料和标准数据时，就很难判断定某一执行元件或传感器是否正常工作.如果此时用同类车型发动机的数据进行比较，即可以对有故障发动机的故障部位做出判断.在一线的修理中，很多维修工会使用替换法进行判断，利用此简单的方法，可以达到事半功倍的效果，但在进行换件比较诊断时，应当注意要先做一定的诊断分析，这样才能做到有的放矢的去解决问题.

3.5关联分析法

要使发动机能够正常的运转，其控制系统存在很多关联的关系，例如当发动机电脑获取的空气流量信号数值异常时，经常最先出现的故障码是氧传感器信号不良.此时发动机电脑所显示的故障码，并不一定就是相应的传感器出了故障.因此当我们在对电控系统的相关传感器检测时，需要对各传感器之间的关联关系做进一步分析，才能准确的诊断故障的原因及出故障的位置.

4　数据流分析的实例

一台桑塔纳2000GSI小汽车，因发动机出现怠速抖动现象进厂检修，维修工首先用X-431故障诊断仪读取发动机的故障代码，显示没有故障代码，此时将发动机热车至水温达80℃左右的正常工作温度，用X-431诊断仪读取数据组002、006、004、009、024发动机怠速工况相关数据：发动机转速、喷油脉宽、进气量、节气门开度、氧传感器的电压和点火提前角等数据并记录下来（详见表1）.

表1　发动机怠速主要数据流

从表1的数据流分析可以看出，发动机转速的波动在760～840 r·min-1之间，喷油脉宽在2.40～2.85 ms之间波动，空气流量信号也是在3.96～4.89 g·s-1之间波动，超过了怠速工况的正常范围，点火提前角信号和节气门开度电压值在正常范围内，氧传感器显示过空燃比过浓的电压信号，其数值主要集中在0.58～0.70 V的区域内.根据发动机的电控原理可知，发动机电控单元是根据进气量的大小来确定喷油脉宽的，由于电控单元从空气流量计得到了过高的空气流量信号，电控单元必增大喷油脉宽增大，此时可燃混合气就会过浓，在闭环控制中氧传感器检测空燃比过浓，就对喷油脉宽进行实时修正，尽量减小喷油脉宽使得可燃混合气变稀，但喷油脉宽的大小主要是决定于根据空气流量传感器的信号，此时过高的空气流量信号使可燃混合气还是处于偏浓状态.此时对空气流量计进一步检测，当用万用表检测空气流量计11号与ECU 4号引脚之间的线路时，见图2，发现线阻值达1Ω(标准值是＜0.5Ω)，检查线路并重新接好后，再次读取数据流一切数据正常.

本文的案例中，由于空气流量计插口的4号端子与ECU的11号端子之间导线阻值过大，这种情况造成ECU错误的获得过大的空气流量信号，因过高的空气流量信号，ECU增大了喷油脉宽的信号给喷油器，增大的喷油脉宽使得混合气变浓，虽然氧传感器在闭环控制中对其过浓的混合气进行修正，但由于ECU获取的空气流量信号始终偏大，因为喷油脉宽大小主要是根据空气流量信号的大小来决定的，因此ECU就一直增大喷油量，使得氧传感器对可燃混合气的修正效果不明显，那么可燃混合气就一直处于较浓的状态，氧传感器在数据流中显示的电压值就集中在浓混合气区域.

图2　空气流量计电路图

5　结语

本文通过分析数据流的产生机理，探讨了如何正确快捷地获取数据流，准确掌握数据流分析方法，并利用故障案例分析，全面运用了关联分析法、比较分析法以及数值分析法，从而快速准确的解决问题.在一线的维修技术人员如果都能正确地获取这些数据、分析数据，弄清各数据间存在的因果关系或逻辑关系并能灵活运用数据流分析法，大部份维修技术人员即使是在没有积累多年维修经验情况下也能将大部分比较难处理故障在短时间内排除.

［1］张钱斌.基于数据流分析的电控发动机故障诊断应用研究[J].安庆师范学院学报(自然科学版)，2014，20(3)：89-91.

［2］阎光虎，参发良.发动机关联性参数的数据流分析[J].汽车实用技术，2014(8)：38-40.

［3］王冬良闵永军.电控发动机故障数据流的关联特性分析与诊断优化[J].农业装备与车辆工程，2013(12)：56-60.

［4］姚国辉.电控汽车数据流在故障分析中的应用[J].应用技术，2011(12)：123-124.

［5］张放.电喷发动机的数据流分析[J].汽车实用技术，2013(9)：46-52.

［6］谢东升.电控发动机故障诊断中数据流分析[J].中国新技术新产品，2010(13)：130-131.

［7］王冬良.电控发动机故障数据流的关联特性分析与诊断优化[J].三江高教，2013(4)：24-25.

Data Flow Analysis of the App lication of Electronic Control Engine Fault Diagnosis Research

XIE Rui-bo
（InstituteofPhysicsand Mechanical&Electrical Engineering，Shaoguan University，Shaoguan 512005，Guangdong China）

Data flow analysis is of important significance in engine failure analysis.Without the data flow analysis it is still difficult to solve the complex errors.This article expounds themechanism of data flow，and on how to get the data flow,the data flow analysismethod and how toapply them flexibly.

data flow;analysismethod;faultdiagnosis

O442

A

1007-5348（2016）08-0031-04

2016-07-08

谢锐波(1981-)，男，广东揭东人，韶关学院物理机电与工程学院实验师，硕士；研究方向：汽车检测与维修.

（责任编辑：邵晓军）