汽车发动机电控系统故障诊断策略研究

王仁群

摘要：本文以迈腾B8L国五版CUGA发动机电控系统作为研究对象，分别从控制逻辑、故障现象出发，研究汽车发动机电控系统故障。通过故障类型总结、切分，分析检测、诊断的过程及方法，获得了发动机故障类型，故障诊断策略和测量工具的选用依据，测量方式对检测结果的影响，并进行了故障案例分析。

Abstract： This article takes the Magotan B8L National V CUGA engine electronic control system as the research object， starting from the control logic and failure phenomena， to study the failure of the automobile engine electronic control system. Through the summary and segmentation of fault types， analysis of the process and methods of detection and diagnosis， the selection basis of engine fault types， fault diagnosis strategies and measurement tools， the influence of measurement methods on detection results are obtained， and fault case analysis is carried out.

關键词：汽车发动机;电控系统;故障诊断

Key words： automobile engine;electronic control system;fault diagnosis

中图分类号：U471.14                                    文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）01-0120-03

0  引言

随着汽车电控技术的快速发展，汽车电气化程度越来越高，整车控制策略越发复杂。汽车电控系统故障诊断难度不断增加，对维修人员的知识和技能要求不断提高[1-3]。在进行汽车故障诊断时，如何快速找到测量点，除利用解码器等检测设备，更重要的是要了解各系统的组成及工作原理，结合整车控制策略，理清信号传递流程及典型工作现象，通过对故障现象总结、分类、合理切分，快速准确的找到诊断切入点，进行故障检测与维修。本文以迈腾B8L国五版CUGA发动机电控系统作为研究对象，研究发动机电控系统故障类型及检测与诊断方法。

1  整车上电逻辑及故障分类

1.1 整车上电逻辑

目前汽车发动机都是由发动机控制单元根据传感器等输入信号，经过计算控制相应的执行器动作来控制发动机的运转。控制单元进入正常工作状态需要防盗解除，整车上电成功，唤醒控制单元。车辆防盗体系有很多，各车系也有多代防盗体系，从故障诊断层面分析，总体控制策略基本相似，以一键起动车辆为例，如图1所示。按下点火开关，信号传递给控制单元（并不特指某一具体控制单元，不同车辆防盗体系组成有差异，虚线方框泛指一个体系，有些车辆点火开关信号直接给到BCM，有些车辆信号给到无钥匙控制单元，由几个控制单元共同参与信息的传递，完成防盗认证，通过电路图可具体确定），控制单元通过低频天线搜索钥匙，钥匙被唤醒后发送高频信号（ID信息等），由车内高频天线接受，并将信息传递给控制单元进入防盗认证匹配认证流程。防盗认证通过后，BCM控制ON档电继电器动作，整车上电成功，仪表点亮（仪表点亮有两种方式，一种直接由ON档电唤醒点亮，另一种整车上电成功后通过CAN总线唤醒点亮）。

当仪表无法点亮时故障点包括：点火开关输入信号、控制单元本体及供电搭铁、低频天线、ON档继电器、仪表单元本体及供电搭铁。在做故障排查时，可以通过各种现象帮助缩小故障范围，如打开车门仪表能够正常显示车门状态，说明仪表单元本体、供电搭铁、通讯无故障。

1.2 发动机电控故障分类

发动机由静止到自行运转状态，需要外力辅助带动活塞动作，完成进气、压缩冲程，然后点火做工，在曲轴飞轮存储能量，进入自行工作状态。目前汽车都采用起动机辅助起动，发动机能够正常起动运转，首先需要整车上电成功，唤醒控制单元进入工作状态，控制起动继电器动作，使得起动机工作带动发动机运转。根据系统工作逻辑及发动机故障类型，可将发动机故障分为三大类：起动机不转发动机无法起动;起动机转发动机无法起动;发动机工作不稳定。

2  起动机不转

各车系起动系统组成、控制策略基本类似，如图2所示。车身防盗解除，ON档上电成功，唤醒控制单元，起动条件（动力防盗认证通过信息、起动信号、P/N档位信号、制动开关F信号等）满足后，发动机控制单元控制起动继电器动作，起动机得电后立即运转，带动发动机起动。根据起动控制策略起动机不转电控系统故障可切分为：第一类起动条件不满足;第二类模块通讯故障（包括模块本体、常电、总线）;第三类起动机控制电路故障。

以起动机控制电路故障为例分析起动机无法运转故障。

ON档电建立，控制单元通讯正常，起动条件具备后，控制单元控制起动继电器动作，为起动机提供50电，起动机起动。起动机无法运转电控系统故障主要涉及起动机继电器本体及相关线路，具体故障见表1所示。

控制单元内部通过监测电路监测继电器线圈端，有些系统也会对继电器输出端进行检测，当出现故障，会报相应故障码，可以根据故障码进行排查。对于继电器测量，应按照输出端、供电端，控制端顺序测量，分析测量结果，明确下一步测量点。以继电器至控制单元线路虚接110Ω为例，测试条件：按下起动按钮，测试设备万用表，测量结果见表2。

通过测量发现继电器的85#对地电压有5.8V压降，说明继电器的85#至控制单元线路有虚接，经测量，虚接电阻为110Ω。

3  起动机转发动机无法起动

起动机转，发动机无法起动故障可以从工作原理进行分析，只要发动机正时信号正确，缸压、混合气浓度合适，能够正常点火，发动机就可以启动。这些运行条件基本涵盖了发动机的各系统，包括机械和电控部分，故障点也可以按照此进行切分。根据发动机工作原理将电控系统故障分为三类：第一类转速信号异常;第二类燃油系统故障;第三类点火系统故障。

3.1 转速信号异常

转速信号是发动机正常工作最重要的参数之一，包括曲轴位置信号和凸轮轴位置信号，发动机需要根据其转速信号来确定喷油量及喷油和点火正时。转速信号异常，每款车故障现象会有不同，有些会导致发动机无法起动，有些会导致起动时间延长。转速信号排查可通过解码器读故障码和数据流进行分析，曲轴位置传感器也可通过仪表上发动机转速表快速进行判断。常用转速信号传感器有磁电式和霍尔式，磁电式传感器本身电阻值为1kΩ左右，线路测量可以通过电阻，电压或示波器测量。霍尔传感器常用三线式，分别为供电线、搭铁线，信号线（方波）。

3.2 燃油系统故障

汽油机通过燃油在进气道及汽缸内雾化、混合、压缩后点火燃烧产生能量，汽缸内是否喷入足够的燃油及燃油雾化效果直接影响发动机工作性能，严重时甚至导致发动机无法起动。所以燃油系统要在油路中建立足够的油压，且定时定量的喷入到汽缸内。迈腾B8L国五发动机采用双喷射，即同时设计有低压和高压喷射，起动时采用高压喷射。根据发动机工作原理及控制逻辑，在起动机转、转速信号正常条件下，燃油系统导致发动机无法起动的故障有：第一类燃油压无法建立;第二类是喷油器不工作。以迈腾B8L燃油压力无法建立故障为例分析，燃油泵控制电路如图3所示，燃油泵控制单元J538通过发动机控制单元J623提供的PWM信号控制燃油泵工作。

油路系统要建立足够的油压，需要J538、J623控制信号及燃油泵正常工作，如果油路中无法建立足够油压，即油路中没有燃油或油压太低，会造成发动机无法起动故障，具体故障点见表3。

3.3 点火系统故障

汽油机混合气经压缩后点火燃烧产生能量，点火能量是否正常直接影响发动机工作性能，严重时甚至造成发动机无法起动。根据发动机工作原理及控制逻辑，在起动机转、转速信号正常、燃油系统正常条件下，一两缸火花塞不跳火不会导致发动机无法启动，而所有点火线圈及火花塞同时出现故障的概率也很小。所以点火系统导致发动机无法起动的故障应重点关注可以导致所有火花塞不能工作的部件和线路，主要为点火线圈供电供电继电器相关故障。

4  发动机运行不稳定

发动机起动后稳定运行需要所有系统都正常工作，否则会导致发动机运行不稳定，按照典型现象可将发动机工作不稳定故障分为：启动困难、怠速抖动、功率受限、加速熄火、EPC灯点亮。

4.1 起动困难

导致发动机启动困难的因素有很多，包括蓄电池电压低、积碳、混合气过浓或过稀、油压低、点火能量弱、发动机正时不匹配、排气管堵塞等。从发动机运行过程分析，造成发动机抖动的本质原因是各缸功率不平衡，导致发动机因反倒力矩不平衡而发生抖动。混合气过稀、缸压不足、正时错误、缺缸等造成了发动机怠速抖动。发动机运行过程中，由于故障导致转速、扭矩受限，加速无力、动力不足现象，这一类故障也非常多，如节气门体故障（翻板卡死、电机损坏、节气门位置传感器故障等）、油门踏板位置传感器故障等。

4.2 怠速抖动

从发动机运行过程分析，造成发动机抖动的本质原因是各缸功率不平衡，导致发动机因反倒力矩不平衡而发生抖动。机械结构、正时调节、进气系统、供油系统、点火系统造成的混合气过稀、缸压不足、正时错误、缺缸等是引起各缸功率不平衡，造成了发动机怠速抖动的根本原因。常见为火系统及燃油系统故障，首先通过数据流读取失火数据判断具体是那一缸故障。分别对相应缸的喷油器及点火线圈及火花塞及线路进行排查，可以采用对调法，将三者分别调换至其他缸，如故障转移至相应缸，说明就是此件出现故障。

4.3 功率限制

发动机运行过程中，由于故障导致转速、扭矩受限，加速无力、动力不足现象，这一类故障也非常多，如节气门体故障（翻板卡死、电机损坏、节气门位置传感器故障等）、油门踏板位置传感器故障等。以迈腾B8L节气门电机线路断路故障为例，节气门电机控制电路如图4所示，传感器信号及电机控制都是由发动机控制单元J623处理。

故障现象描述：ON档，方向盘解锁，仪表点亮，但未见节气门自检声且多功能显示器上定速巡航故障灯点亮，起动档，EPC灯亮，文本提示“发动机动启停系统故障”，怠速1000转，踩下油门踏板，转速限制在1500转。运行片刻后排放灯亮。故障现象分析：打开点火开关未见节气门自检声，启动后EPC灯常亮，结合高怠速且发动机最高转速限制在2500。初步推断节气门体或其相关线路故障，或623局部故障。读取故障代码：J623中P210000-节气门执行器控制电机电路开路。故障测量过程：测试条件为ON档，测试数据见表4。

测量结果发现电机供电线路两端存在2V电压差，推断该线断路。经测量该线电阻无穷大，确认为线路断路。故障机理为节气门电机的供电线路T105/91-T6e/5断路，使节气门电机不工作，导致怠速偏高，加速异常。

5  结语

在汽车故障检测与诊断时，需充分掌握汽车各系统的结构组成、工作原理及控制逻辑，了解数据流意义及故障码产生机理。故障诊断过程中仔细观察，根据整车的状态、故障现象，分析导致故障产生本质原因，按照系统控制策略及工作條件等将故障合理切分。通过故障现象分类，将故障范围缩小，确定诊断思路及测量切入点。在故障诊断过程中，同时需仔细观察，分析车辆工作状态及故障现象。

参考文献：

[1]梁婷.浅论信息化背景下的汽车维修技术[J].时代汽车，2019（07）：178-179.

[2]韩绍靖.现代汽车故障诊断方法及其应用研究[J].农机使用与维修，2019（05）：50.

[3]祝勇.关于汽车维修技术特征与改善措施的研究[J].内燃机与配件，2020（18）：134-135.