现代汽车故障诊断与检测技术

1、现代汽车故障诊断与检测技术绪 论l一、概述控制理论：PID控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制、预测控制结构组成：传感器：信号输入部分ECU（电子控制组件）：信号处理部分执行器：信号执行机构l 传感器20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。汽车传感器过去单纯用于发动机上，已扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了。这些系统采用的传感器有100多种。传感器市场利润丰厚（安全气囊的传感器占系统成本的70%以上，安全气囊的传感器售价为2000元左右，需求量为100万套/年，则传感器的产值可达20亿元。）常见的汽车传感器l 一、进气

2、压力传感器以真空管连接进气歧管，随着引擎不同的转速负荷，感应进气歧管内的真空变化，再从感知器内部电阻的改变，转换成电压信号，供ECM电脑修正喷油量和点火正时角度l 二、爆震传感器装在发动机缸体中间以四缸机为例就装在2缸和3缸之间，或者1 ，2缸中间一个，3，4缸中间一个用来测定发动机抖动度的，当发动机产生爆震时用来调整点火提前角l ECUECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形

3、、驱动等大规模集成电路组成。l 执行机构用来准确的执行ECU发出的命令和信号。执行器的工作精确与否最终影响控制链的成败。l 电控系统工作原理（闭环系统）ECU的“改造”l “ECU程序”，其实就是一套运算法则，它存放在储存器内，对从输入设备经控制器转化而来的信号，处理生成对应的指令信号，从输出设备传输出去。于是，我们对于ECU参数的修改，实际上就是在修改运算法则“改造”的方法：1、替换法替换式完全无需考虑到原厂数据的局限性，所有数据任由技师随意设定一切需要从头开始。对技师的要求非常之高。替换式电脑多用于不计成本的职业车队2、写入法写入式改装ECU则保留了原厂ECU硬件部分，采用新的运行管理程序

4、写入ECU程序的方法。受原厂ECU与传感器所限，可调整范围相对较小目前较为流行的一些写入式ECU改装品牌更是宣传其设定的ECU程序会针对当地油品、气候等因素，亦可选择低扭增强型、峰值马力增高型甚至是比原厂更省油的ECU改装程序l 3、外挂法通过将信号“偷偷”更换，欺骗带有保护程序的ECU来达到改变执行程序的目的。现代汽车ECU的性能越来越强大，自我保护程度更高，外挂式电脑的操作难度也越来越大执行机构ECU传感器外挂ECU外挂ECUl 总结：替代式适合重度改装甚至竞技改装，刷写式适合原装ECU保护性较强以及轻度改装，外挂式的电脑则适合轻度至中度的改装，并且对应较为容易修改数据的原装ECU。发动机

5、电控技术及应用l 分类电控汽油喷射电子点火系统怠速控制系统排气再循环电控系统电控增压系统故障自诊断系统故障保险系统其他电控系统1、电控汽油喷射系统l 发展69年美国开始研制、80年大众汽车厂首次用在汽车上、90年美国90%轿车用喷射系统，2000年中国才用在汽车上.l 分类单点喷射（SPI）多点喷射（MPI）缸内直喷单点喷射l 构造简单，工作可靠，维护简单l 单点电喷的排放标准以及燃油经济性都不及多点电喷，现在慢慢也被淘汰多点喷射l 多点电喷在每个气缸盖上安装一个电磁喷油器，直接将燃油喷入进气歧管，再与流经进气歧管的空气流混合，当进气门打开时，混合气体被吸入气缸。缸内直喷l 将燃油喷嘴安装于气

6、缸内，直接将燃油喷入气缸内与进气混合。喷射压力也进一步提高，使燃油雾化更加细致，真正实现了精准地按比例控制喷油并与进气混合，并且消除了缸外喷射的缺点l 从经济层面来看，采用缸内直喷的供油系统除了在研发过程必须花费更大成本，在部品构成复杂且精密的情况下，零组件的价格也比起传统供油系统来得昂贵，因此这些也都是未来缸内直喷发动机尚待克服的要素燃油分层喷射（FSI）l 分层燃烧的好处在于热效率高、节流损失少、有限的燃料尽可能多地转化成工作能量2、电子点火控制系统点火系统无分电器有分电器两缸同时点火各缸单独点火两缸同时点火电路图l 一个点火线圈同时给两个汽缸点火，共用一个点火线圈的两缸工作相位相差360

7、，一缸接近压缩上止点时，另缸接近排气上止点，点火时火花塞同时“跳火”，其中排气行程的汽缸是无效点火，压缩行程的汽缸是有效点火。独立点火l 工作原理和其它点火系统的工作原理基本是一样的。每个线圈有个低阻抗，可让初级电压变为达40,000 伏以使火花塞产生火花。3、怠速控制系统l 理由电控发动机怠速运转时，油门踏板完全松开，油门接近关闭，进入气缸的空气量及喷油量均很少，发动机输出功率仅能在无负荷下以最低转速空运行。此时，若发动机内磨擦增大或减小、发动机负载发生变化，如空调等投入工作则会引起发动机怠速转速变化，导致发动机怠速不稳，甚至熄火。l 控制方式启动控制： 发动机启动时，怠速控制系统控制怠速执

8、行器使旁通进气量最大，以利于启动；启动之后，再根据冷却水温度来确定旁通进气量的大小。暖机控制： 暖机阶段， 怠速控制系统根据冷却水温度的变化不断调整旁通进气量的大小，使发动机在温度状态变化的情况下保持稳定的转速。怠速反馈控制： 当暖机过程结束，或者ECU检测到节气门全关信号，且车速低于2km/h，则怠速控制系统开始进行怠速反馈控制。电器负载增多时的怠速控制： 当同时使用的电器增多时，怠速控制系统也要相应增加旁通进气量，提高发动机的怠速转速。4、排气再循环（EGR）l 理由排放物里面主要是氮氧化物和碳氧化物，在高温高压的情况下，碳氧化物会少而氮氧化物会多，对于排放的限定来讲，国际上通常主要评判氮

9、氧化物的排放量。为了让氮氧化物的排放降低，通常采用降低燃烧温度和采用稀薄燃烧（相对缺氧环境），这就是为什么有EGR（废气再循环）系统。l 控制原则随着负荷的增加，EGR的量也相应地增加，并能达到最佳值；怠速及低负荷时，NOx排放浓度较低，为保证正常燃烧，不进行EGR；暖机过程中，发动机温度低，NOx排放浓度也较低，为防止EGR恶化燃烧过程，不进行EGR；大负荷、高速或油门全开时，为保证发动机的动力性，不进行EGR；加速时，为了保证汽车的加速性及必要的净化效果，EGR在过渡过程中起作用。5、电控增压系统l 分类机械增压和废气涡轮增压l 机械增压进气压力越高，机械效率越低，产生噪声越大，燃油消耗率

10、增加l 废气涡轮增压l 工作原理l 气门升程l 气门正时可变气门控制系统l 起源气缸进气的基本原理是“负压”，也就是气缸内外的气体压强差。在引擎低速运转时，气门的开启程度切不可过大，这样容易造成气缸内外压力均衡，负压减小，从而进气不够充分，对于气门的工作而言，这个“小程度开启”需要短行程的方式加以控制高速恰恰相反，转速动辄5000rpm，倘若气门依然羞羞答答不肯打开，引擎的进气必然受阻，所以，我们需要长行程的气门升程。往往，工程师们既要兼顾引擎在低速区的扭矩特性，又想榨取高速区的功率特性，只能采取一条“折中”的思路，到头来引擎高速没功率，低速缺扭矩l 发展1989年本田首次发布了“可变气门配气

11、相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System，也就是我们常见的VTEC。此后，各家企业不断发展该技术，到今天已经非常成熟，丰田也开发了VVT-i，保时捷开发了Variocam，现代开发了DVVTl 总结每家企业都有了自己的可变气门正时技术。一系列可变气门技术虽然商品名各异，但其设计思想却极为相似l 配气相位l 缺陷：1.发动机转速越高，每个气缸一个工作循环内留给吸气和排气的绝对时间也越短，因此要达到更高的充气效率，就需要延长发动机的吸气和排气时间。显然，当转速越高时，要求的气

12、门重叠角度越大。2.在低转速工况下，过大的气门重叠角则会使得废气过多的泻入进气端，吸气量反而会下降，气缸内气流也会紊乱，此时ECU也会难以对空燃比进行精确的控制，从而导致怠速不稳，低速扭矩偏低。l 气门重叠角l 丰田 VVT-i由ECU协调控制，发动机各部位的传感器实时向ECU报告运转情况。由于在ECU中储存有气门最佳正时参数，所以ECU会随时对正时机构进行调整，从而改变气门的开启和关闭时间，或提前、或滞后、或保持不变.l 本田 i-VTEC本田是最早将可变气门升程技术发扬光大的厂商。本田的可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，工程师利用第三根摇臂和第三个凸轮即实现了看似复杂的气门升程变化

13、l 这项技术在本田车型上的普及度较高，但是分段式的气门调节方式还是令发动机的动力输出不够线性。l BMW Valvetronic在传统的配气相位机构上增加了一根偏心轴，一个步进电机和中间推杆等部件，该系统借由步进电机的旋转，再在一系列机械传动后很巧妙的改变了进气门升程的大小。l 当凸轮轴运转时，凸轮会驱动中间推杆和摇臂来完成气门的开启和关闭。当电机工作时，蜗轮蜗杆机构会首先驱动偏心轴发生旋转，然后中间推杆和摇臂会产生联动，偏心轴旋转的角度不同，最终凸轮轴通过中间推杆和摇臂顶动气门产生的升程也会不同。在电机的驱动下，进气门的升程可以实现从0.18mm到9.9mm之间的无级变化l 奥迪 AVS这套

14、系统为每个进气门设计了两组不同角度的凸轮，同时在凸轮轴上安装有螺旋沟槽套筒。螺旋沟槽套筒由电磁驱动器加以控制，用以切换两组不同的凸轮，从而改变进气门的升程。l 发动机在高负载的情况下，AVS系统将螺旋沟槽套筒向右推动，使角度较大的凸轮得以推动气门。在此情况下，气门升程可达到11毫米，以提供燃烧室最佳的进气流量和进气流速，实现更加强劲的动力输出。当发动机在低负载的情况下，为了追求发动机的节油性能，此时AVS系统则将凸轮推至左侧，以较小的凸轮推动气门。项目二 发动机点火系统控制l 控制核心控制点火提前角l 点火提前角汽油发动机从点火时刻起到活塞到达压缩上止点这段时间内曲轴转过的角度称为点火提前角最

15、佳点火提前角l 1、缸温缸压。越高燃烧越快，点火提前角要越小。影响缸温缸压的因素有：发动机压缩比、气温、缸温、负荷。大家的车在气温变化的季节有不同表现正缘于此。 l 2、汽油辛烷值。也就是汽油牌号，越高抗爆震能力越强，相应允许更大的点火提前角。 l 3、燃气混合比。过浓过稀燃烧速度皆慢，需增加点火提前角。这个主要看节气门开度、海拔高度。l 如何检查和调整点火提前角(1)检查、调整白金触点l触点的接触面不应小于80%。白金触点的间隙一般为0.40.5mm(2)检查、调整点火提前角 l计算点火提前角(3)验证点火提前角l也可以用正时灯来确认点火提前角：随着发动机转速的增加，正时记号将向着点火提前角增大的方向移动l 点火控制电路图l 点火波形图l G1、G2为曲轴位置传感器信号l G1是判定第6缸压缩行程上止点的信号l G2是判定第1缸压缩行程上止点的信号l Ne是转速信号,同时也用于确定基本点火时间l 气缸鉴别信号IGdA、IGdB有两种状态,“1”代表高电位“,0”代表低电位l “0、1”表示1、6缸需要点火;l “0、0”表示2、5缸需要点火;l “1、0”表示3、4缸需要点火火花塞l