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发动机电控系统故障检测诊断及案例分析技师考评论文 目 录 一、电控发动机的简介1 二、发动机电控系统的概述2 一电控发动机的组成2 (二)电控发动机的原理4 三、常用的汽车检测设备6 (一)VMM专用诊断工具6 (二)VCM专用检测设备7 (三)万用表7 (四)燃油压力表8 四、电控发动机的常见故障与分析8 (一)电控发动机的常见故障现象和原因8 (二)常见故障的检测方法10 五、电控发动机的案例分析13 (一)案例一福克斯发动机故障灯无故点亮13 (二)案例二福克斯发动机怠速不稳14 结束语15 参考文献16发动机电控系统故障检测诊断及案例分析摘要:电控汽油喷射发动机是装有电脑、传感器、执行元件的智能控制发动机。它可以精确控制空燃比,使燃烧充分,显著减少排气污染。同时,由于发动机工作稳定性得到加强,从而降低了噪音。其传感器采集瞬息变化的空气进气量、发动机负荷、水温、进气温度等信号输入电脑,由电脑计算出适时的、恰当的汽油量和最佳点火提前角,并输出控制信号给喷油阀和点火器,使得发动机在各工况下得到最佳性能。对汽车电控发动机故障原因的分析和寻找需要较高的技术水平,尤其是油、气路故障,因为油、气路故障是电喷发动机故障自诊断系统所难以诊断的,同时,在电控发动机故障中也是故障率相对较高的。将针对电喷发动机各种油路、气路故障展开讨论,提出相关故障排除及相应维修建议。关键字:汽车电控发动机:故障:排除:维修一、长安福特发动机简介 汽油喷射技术始于是20世纪30年代,最初是为航空发动机设计的。70年代中期,福特公司研制出了以小型微处理器为基础的计算机和数字控制系统(EEC-I),经过多次改进,现开发了长安福特发动机电控EEC-V系统,Duratec-HE发动机电控系统就是采用这个系统。EEC-V是为了满足OBD-II的要求而在EEC-V的基础上发展而来,1994年开始应用到北美的野马以及雷鸟、美洲豹轿车上。 随着排放法规的日益严格及人们对汽车经济的更高要求,福特公司为应对排放法规的要求,开发了Ecoboost缸内直喷发动机。该直喷发动机可以使汽油发动机的燃油经济性提升20%,二氧化碳排放降低15%,使用涡轮增压结合汽油直喷同样也提高了动力输出。在减少了燃油消耗的同时增加动力输出,因此有助于实现发动机小型化。 长安福特现有量产车型上配备的发动机有长安福特公司生产的Duratec系列发动机和Ecoboost系列发动机两种类型。现在已有的车型有:新嘉年华B299、蒙迪欧-致胜CD345、经典福克斯C307、新福克斯C346、翼博B515、翼虎C520。 1、Durate-HE系列1.3/1.5发动机的特点: 1)采用IMRC和IMSC进气道控制,提高发动机动力,改善排放 2)采用VCT连续可变凸轮轴正时控制,提高进气效果 2、Duratec系列1.6L发动机的特点:1)采用双VCT系统,取消EGR阀 2)双缸点火模式3)具有两个上游氧传感器和两个下游氧传感器4)采用正时皮带驱动凸轮轴 5)采用T-MAF式的进气量 6)电子节气门3、Duratec系列1.8/2.0L发动机的特点:1)采用电子节气门,取消了油门拉索2)采用IMRC和IMSC进气道控制,提高发动机动力,改善排放3)采用COP点火系统,提高点火能量4)冷却风扇用模块控制,转速持续可变,降低噪音4、Duratec系列2.3L发动机的特点:1)采用VCT持续可变凸轮轴正时控制,提高进气效果2)增加平衡轴,减少发动机振动,噪音3)其他特点与1.8/2.0L发动机相同二、发动机电控系统的概述 (一)电控发动机的组成: 电控发动机由:传感器、控制器、执行器、接线和相关部件构成。(如图1所示)。 图1 电控发动机组成 1、传感器:将装置的物理参数转换为电信号数字式或模拟式,用以监测装置的运行情况和环境条件,并将这些信号输送到控制器。换言之,传感器用各种电信号将一个虚拟的、与实际装置相同的“模拟装置”反映到控制系统中。传感器包括: 1)空气流量传感器:是电喷发动机的重要传感器之一。它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元PCM,作为决定喷油的基本信号之一。是测定吸入发动机的空气流量的传感器。 2)进气(歧管绝对)压力传感器:主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压、油压等。吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。汽车用压力传感器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式LVDT、表面弹性波式SAW。3)节气门位置传感器:其功能是将发动机节气门的开度信号转变成电信号造车网,并传递给电子控制单元,用以感知发动机的负荷大小和加减速工况。最常用的是可变电阻式节气门位置传感器。4)曲轴位置传感器:曲轴位置传感器主要用于检测发动机曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速等,为点火时刻和喷油时刻提供参考点信号造车网版权所有,同时,提供发动机转速信号。 5)温度传感器:主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度传感器有热敏电阻式、线绕电阻式和热偶电阻式三种主要类型。这三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。 6)氧传感器:用以检测排气中氧的浓度,并向ECU发出反馈信号,再由ECU控制喷油器喷油量的增减,从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。 7)爆震传感器 :爆震传感器用于检测发动机的振动,通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。为了最大限度地发挥发动机功率而不产生爆燃,点火提前角应控制在爆燃产生的临界值,当发动机产生爆燃时,传感器将爆燃引起的震动转变成电信号,并传给电子控制单元。检测爆震有检测气缸压力、发动机机体振动和燃烧噪声等三种方法。 8)凸轮轴位置传感器:又称为气缸识别传感器Cylinder Identification Sensor,CIS,为了区别于曲轴位置传感器CPS,凸轮轴位置传感器一般都用CIS表示。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号,并输入PCN,以便ECU识别气缸1压缩上止点,从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。此外,凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点,所以称为气缸识别传感器。 2、控制器PCM:接收和处理传感器发出的各种信息,并对这些信息进行分析,以了解装置的情况;利用事先制定的控制策略,决定在当前的状态下该如何控制这个装置;最后将这种决定转换成一条或多条指令输送到执行器。控制器含有一个微处理器,并在内存中贮存着设计者事先编制的程序或控制软件。控制器可认为是控制系统的大脑。控制器PCM:根据传感器信号对控制过程作出决策,并驱动执行器对被控对象实施最优控制,其控制过程可归纳为三个步骤: 1)实时数据采集:检测传感器信号的瞬时值,将模拟量转换为数字量,并将所有的数字量转换为与微处理器兼容的逻辑电平。 2)实时决策:分析来自传感器的关于被控对象的状态信号,按预定的控制策略,决定下一步的控制过程,产生目标控制量。 3)实时控制:将实时决策产生的目标控制量转化为一组指令,并适时地输送到执行器。因实时决策产生的都是数字量,故实时控制过程就是适时地将这些数字量转化为模拟量提供给执行器,同时实现满足驱动执行器需求电平的转换。 3、执行器:接收控制器发来的各种指令,通过本身的设计,将电信号转变为执行元件的动作可为电气的动作,也可为某种机械运动。这些元件的动作将改变装置的运行条件,决定装置的运行和输出。执行器可认为是控制系统的肌肉。执行器包括: 1)电动燃油泵:供给燃油喷射系统规定压力的燃油。 2)电磁喷油器:根据ECU的喷油脉冲信号,精确计量燃油喷射量。 3)冷起动喷油器及热限时开关:根据ECU的喷油脉冲信号和冷却液温度信号,控制起动时的喷油量和喷油持续时间。 (二)电控发动机的原理 整个控制系统中一直贯穿着大量信息的流动。电控系统正是从传感器的信息中了解装置的运行情况,用输入信息与自身贮存信息来决定控制的方式和指令,并将所产生的关于指令的信息输送到执行器来完成整个控制过程。 一个电控系统应该具有的基本特征: 1、准确地执行它应有的功能。装置的输出准确地接近在一定输入条件下的理想输出; 2、足够快的反应。对输入的变化引起足够快的反应,且准确地追随这种变化; 3、稳定性好。在输入信号改变、特别是突然变化时控制系统的运作要稳定,而不是发散、振荡。要减少不稳定操作的变化幅度;4、只根据有效的输入来反应抗干扰能力强。 电控系统的目的是将装置按与输入有关的方式来控制,并与运行特点和控制器本身协调。装置的特性常受执行器的电磁特性影响,简言之,执行器是从控制器接收电功率的电终端,然后经内部的能量转换。得到一个机械的输出来控制装置。发动机电子控制系统如图2所示:图2电控系统控制机构组成1、CKP传感器 2、ECT传感器 3、CMP 传感器(进气凸轮轴) 4、CMP传感器(排气凸轮轴) 5、MAFT传感器 6、KS 爆震传感器(1、2汽缸) 7、KS爆震传感器(3、4汽缸) 8宽频带型上游HO2S 9 两极式下游HO2S 10油压传感器(低压油路) 11、油压传感器(高压油路) 12、电瓶,点火开关和继电器 13 APP传感器14 外界大气温度传感器 15油压开关 16刹车灯开关 17BPP开关 18CPP离合器踏板开关 19发电机 20电子节气门 21PCM 22FPDM(燃油泵控制模块) 23电动油泵单元 24点火线圈 25喷油器 26燃油计量阀 27VCT系统OCV电磁阀进气凸轮轴 28OCV电磁阀进气凸轮轴 29冷却风扇控制和空调压缩机 30EVAP 电磁阀 发动机电子控制系统的控制方式如图3所示:图3电控系统控制方式1、开环控制:发动机工作时,ECU根据传感器的信号对执行器进行控制,而控制的结果(如燃烧是否完全、怠速是否稳定、有否有爆震发生等)是否达到预期目标无法做出分析,控制的结果对控制过程没有影响,这种控制方式称为开环控制。 2、闭环控制:闭环控制实质上就是反馈控制。在开环控制的基础上,控制系统根据实际检测到的开环控制结果的反馈信号来决定增减输出控制量的大小,而此时不再根据其他输入信号进行控制。闭环控制的特点是在控制器与被控对象之间,不仅存在着正向作用,而且存在着反馈作用,即系统的输出量对控制量有直接影响。三、常用的汽车检测设备 (一)VMM专用诊断工具 1、特点 首测项目:进气歧管真空度、油烟调整阀真空度、初级点火、次级点火、起动机充电电路氧传感器、空气流量传感器、进气压力传感器、车速传感器、爆燃传感器、ABS轮速传感器、CAN总线、LIN总线、FexRay喷油器燃油泵电池、交流发电机、起动电机电热塞、时间继电器等。 2、示波器 4通道示波器、EXT触发、60MHz带宽200MS/s实时采样率、10K-16M记忆深度每通道、频率计数器、频谱分析。 3、任意信号源25M任意波输出(正弦波可输出高达75M)、便于模拟传感器、200MSa/s DDS、12位垂直分辨率。 4、其它 8-36V广泛的输入电压,适合于汽车电源检测USB 2.0接口即插即用;LAN和WIFI接口可选超过20种自动检测功能,通过/不通过检测功能,适合工程应用。软件支持:Windows NT,Window 2000,Windows XP,VISTA,Windows 7提供VC、VB、LABVIE二次开发示例源代码。 (二)VCM专用检测设备 Integrated Diagnostic SystemIDS是福特公司2006年推出的诊断系统(如图3所示),具有:检测功能、编程功能、防盗功能。 1、VCM功能 1)读故障码、清故障码:读数据流:绘制数据流曲线;系统设定;控制单元编程;自检;记录和回放。 2)VCM可测试系统:发动机;自动变速器;ABS;牵引力控制;稳定性控制;安全气囊;防盗、中央门锁;仪表、巡航、悬挂、空调;电控转向系统。 3)IDS诊断系统VCM配置清单 1xIDS诊断程序DVD;1xVCM通讯模块;1xOBDII接线;1xUSB-网线4m;VCM/IDS等于VCM/IDS + JLR IDS;FLY切换软件实现2套软件福特和马自达IDS软件、路虎JLR IDS软件安装到一台电脑内。 2、产品构成1)原装VCM II诊断接口,16针诊断接线和USB线 2)无线接入适配器 3)一年的软件年费 (三)万用表 1、万用表的功能 1)蜂鸣档测导通性。 2)测电压、电流、电阻。 2、万用表的使用方法 1)熟悉表盘上各符号的意义及各个旋钮和选择开关的主要作用。 2)进行机械调零。3)根据被测量的种类及大小,选择转换开关的挡位及量程,找出对应的刻度线。4)选择表笔插孔的位置。(四)燃油压力表 功用测量燃油系统油压,检测燃油系统是否有泄漏。 2、使用方法 1)泄压?关闭点火开关,用扳手拆下供油分配管(注意:由于残余油压,在拆油管时最好用布包住螺帽连接处)。 2)用适配器1318/6和1318/7将压力测试仪V.A.G1318与燃油供油管1和燃油分配管相连接。 3)打开压力测试仪的截止阀,手柄指向燃油流动方向。起动发动机,并以怠速运转。燃油压力允许值约350 kPa。若油压达到允许值,则拔下燃油压力调节器的真空管。燃油压力必须至少升高到约400 kPa。关闭点火开关,检查燃油系统的密封性。观察压力表的压力降。在10 min后,必须大于200 kPa。若保持压力降到200 kPa以下,说明燃油系统有泄漏。四、电控发动机的常见故障与分析 (一)电控发动机的常见故障现象和原因 1、起动困难 1)起动转速低,应检查蓄电池电源、电路接触、起动机状态等; 2)点火系统不良,高压火花不正常; 3)燃油泵供油不足、油路堵塞等; 4)冷起动喷油器及其控制回路不良; 5)怠速补偿系统不良; 6)点火时间不当;过早或过晚; 7)水温传感器不良; 8)进气系统严重漏气,混合气太稀; 9)电插头松动不牢,元件不工作。 2、怠速不稳 1)进气系统漏气,使混合气过稀; 2)冷起动喷油器漏油; 3)辅助空气阀工作不正常; 4)怠速调整不当; 5)各缸喷油器喷油不均; 6)气门间隙不当; 7)点火时间不当或点火系不良。 3、热车怠速不稳1)怠速控制阀或其回路不良;2)氧传感器不良; 3)水温传感器不良; 4)排气再循环系统不良;5)点火系统不良; 6)热车无修正信号。 4、发动机回火 1)混合气过稀、燃烧速度缓慢; 点火系统不良或点火时间过晚; 燃油供给系统不良,供油不足; 进气系统漏气,混合气过稀; 气门间隙不当,气门动作不正常; 排气系统不畅通; 点火顺序错乱。 5、发动机运转无力1)燃油压力低,供油不畅; 2)点火系统不良或点火正时不当; 3)发动机压缩系统不良;4)空气流量计或进气压力传感器不足; 5)发动机磨损严重,气缸压缩力不足。 6、发动机有间歇性故障 1)电线接头松动,逐项拧紧固牢;2)检查点火系统及各缸高压火花;3)检查分电器的状态;4)检查真空管是否有漏气; 5)人为地振动,观察故障现象是否变化。 (二)常见故障的检测方法 1、人工直观诊断方法 直观诊断概括起来为六个字。即:看、问、听、摸、嗅、试。1)看:即目测检查发动机工作状况,如排气颜色、机油颜色及液面、消耗量是否正常,各部件是否漏油、漏水,然后再综合分析判断。2)问:就是问驾驶员,车辆行驶里程,经常运行的条件,维护情况,车辆技术状况。故障产生的时间与具体症状, 了解故障出现时的情形,这对诊断分析故障有很重要的参考价值。3)听:主要是仔细倾听发动机各部位的工作响声,有无爆燃、有无敲缸、有无进气管或排气管放炮等,并和正常响声进行比较分析,判断出哪些部位响声异常,响声是发生故障和产生事故的前兆,需认真对待。4)摸:用手触摸有关部位的温度和振动情况。从而可判断相应部件工作是否正常。5)嗅:汽车发电机正常工作时应无异味产生,若嗅到有浓汽油味、橡胶烤焦味等。表明有故障,必须仔细检查产生气味的部位。6)试:根据前述检查,有针对性地试车,就是通过试车。对发动机的技术状况进行检测,以便进一步确定故障部位。 2、利用随车自诊断系统诊断 随车故障自诊断可以对系统的故障进行自诊断,在电控发动机故障诊断中是一种简便快捷的诊断方法,但是其诊断的范围和深度远远满足不了实际使用中对故障诊断的要求。常出现发动机运行不正常,而故障产生的原因可能与发动机电控系统无关的现象。 3、利用简单的仪表诊断 利用以万用表为主的通用仪表,对汽车故障进行诊断。这种诊断方法的特点是简单、设备费用低。主要用以对微机控制系统和电气装置的诊断。也可以用于对故障进行深入诊断。 4、专用诊断仪器的诊断 专用诊断仪器大多数为带有微处理器的电控装置。对汽车故障的诊断十分有效,其中包括各种形式的发动机故障分析仪、底盘及转动故障诊断仪、发动机电脑综合分析仪等,其中尤其以发动机电脑分析仪所占比例最大。诊断效果也最好,专用诊断仪器根据体积大小可分为台架式电脑分析仪、便携式电脑分析仪和袖珍型电脑分析仪。在对汽车电控系统进行的故障诊断中,使用最广的是便携式发动机电脑分析仪。 5、运用故障诊断表检查 例如发动机无故障码,但故障实际存在或有发动机故障代码,但根据故障代码内容检查该部件良好时,可按照故障诊断表中的编号顺序依次检查。若怀疑不是电控系统的故障,则按发动机机械故障和其他故障表进行检查和判断故障。运用故障诊断表所指示的诊断程序进行检测,以缩小范围,迅速找出故障部位。这种方法是十分实用和有效的。故障诊断表中列出了故障现象、检测部位及检测的顺序,栏目中数字代表检测的部位。对于某一故障现象,将其需要检测部位按检测顺序排列在相应的栏目中。1)如发动机不能起动的故障诊断与排除流程图 电动发动机不能转动或转动很慢,其主要原因是蓄电池或起动系统有故障,可检查蓄电池或起动系统进行排除:如果曲轴转动正常而发动机不能起动,其主要原因是燃油喷射系统传感器、执行器、电控单元及线路的故障。可按图示4的流程进行诊断排除。 图4发动机不能起动的故障诊断与排除流程图 福特发动机怠速过高故障检修:一辆1.8L的福克斯电控汽油喷射发动机,冷起动时,需踩几次油门踏板才行,起动后不需踩油门踏板,车速就能达到70km/h,发动机怠速居高不下。引起上述故障的主要原因有以下几个方面: (1)怠速调整螺钉调整不当; (2)节气门开度过大或节气门位置传感器调整不当; (3)怠速控制阀卡死或进气管漏气。电控发动机是通过电控怠速控制阀来保证发动机正确的怠速转速的,而不是由人工调整节气门开度的大小来决定。电脑根据发动机水温和节气门位置来决定发动机的怠速转速。一般发动机在怠速运转时,稳定转速为70050r/min。当电脑接收到节气门位置、发动机负荷、水温及转速信号后,经过运算,指令怠速控制阀进行调节。当怠速转速低于设定转速值时,电脑指令怠速控制阀打开进气旁通道,使进气量增加,以提高发动机转速;当怠速转速高于设定转速值时,电脑便指令怠速控制阀关小进气旁通道,使进气量减少,以降低发动机转速。怠速转速值的调节是在发动机工作情况下进行的, 当节气门位置传感器调整不当或节气门开度过大时,节气门开关便无法将正确的怠速转速工况传给电脑,电脑也就无法调节发动机的怠速转速,就会出现怠速过高或过低的现象。当节气门积碳过多、节气门关闭不严或是怠速控制阀卡死、进气管破裂及接口漏气松动时,也会造成怠速过高或过低的故障。 检修方法如下: (1)侧量节气门的电压,正常值应为0.4-0.5V (2)清洁节气门阀体,并调节节气门开度; (3)清除怠速控制阀及进气孔内的积碳; (4)检查进气管接口是否松动、破裂,防止进气歧管漏气。按以上各步骤排除故障后,在没有故障码的情况下,如发动机怠速仍不正常,可接以下步骤进行调整: (1)必要条件:热车,发动机无故障,电气设备不工作,变速杆位于空档(P档)或(N挡)位置,节气门体、阀片和空气孔应干净无积碳。 (2)顶置凸轮轴发动机怠速调整法拆下怠速控制阀(ISC)的线束连接器;起动发动机,在1500r/min时运转30s后,再使发动机回到怠速时运转检查怠速转速是否在625-725r/min之间,若不合适,调节节气门调整螺钉进行调整。(3)侧置凸轮轴发动机怠速调整拆下曲轴箱通风阀(PCV)管,并使管孔开度为5mm左右;拆下怠速控制阀的线束连接器;起动发动机,在2500r/min时运转30s后,再使发动机回到怠速转速;检查怠速转速是否在770-830r/min之间,否则,需调整怠速调整螺钉。五、电控发动机的案例分析 (一)案例一福克斯发动机故障灯无故点亮1、故障现象? 一辆长安福特福克斯1.8 L自动挡轿车?行驶里程4.26万 km。据用户反映发动机故障灯在行驶过程中点亮?但车辆行驶没有感觉异常。 2、故障分析? 使用故障诊断仪IDS调取故障码,显示混合气过稀。该车进气计量采用进气压力传感器,分析造成混合气过稀的原因主要包括,油路问题包括燃油、油泵以及喷油器等、MAP传感器故障、氧传感器故障、动力系统控制单元PCM故障或控制线路故障以及燃烧室积炭等。查询车辆维修记录,1个月前做过发动机深层除炭、全车油路清洗、进气系统清洗以及三元催化器清洗。因