毕业设计92天津工程师范学院发动机自诊断系统的研究

1 天津工程师范学院 毕 业 设 计（论文） 题 目 发动机自诊断系统的研究 性 质： 毕业设计 毕业论文 学生姓名 钱森 年 级 级 系 别 汽车工程系 专 业 汽车检测与维修 指导教师 魏健 2 目 录 摘 要 ： . 3 Abstract： . 3 绪 论 . 3 诊断系统的概述 . 4 诊断系统的功能 . 4 自诊断系统的工作原理 . 5 故障自诊断测试 . 6 进入自诊断测试 . 6 故障码的显示 . 6 电控系统自诊断原理及在大众车系上的运用 . 8 电控系统自诊断原理 . 8 大众车系的自诊断功能 . 8 地址码 . 9 故障诊断仪的选择和使用 . 10 自诊断功能使用程序 . 10 查询控制单元版本 (功能 01)和控制单元编码 (功能 07) . 11 故障码 . 11 测量数据块 . 11 丰田 5AFE 型发动机自诊断系统应用分析 . 12 自诊断系 统的工作原理 . 12 自诊断系统的应用 . 14 备用系统 . 17 总 结 . 17 参 考 文 献 . 18 致 谢 . 18 3 发动机自诊断系统的研究 作者：钱森 (天津工程师范学院 汽车检测与维修专业 ) 摘 要 ： 汽车上的电子控制部件越来越多 ， 涉及到发动机、底盘和车辆行驶控制技术等方面。当其中 的某一元件发生了故障 ， 仅从其外表或依靠传统的检测工具很难去检查 ， 现代新型的发动机管理系统中都设有自诊断功能 ， 称为“车载故障诊断” ， 该系统的任务是不断监测车辆异常之处 ， 从中找出故障。 关键词 ： 故障码 地址码 数据块 自诊断 Abstract： There are more and more power-operated parts on buses， relating to engine， chassis and steering technology etc When a part breaks down， it is difficult to check with usual methods Some modern engines management system“ generally bring the self -diagnosis function， called” Onboard Breakdown Diagnosis， with task of constantly monitoring the abnormalities and finding out the breakdowns Keywords: Failure codes Address codes Data blocks Since diagnosis 绪 论 随着汽车工业的迅速发展和对汽车性能要求的越来越高，电子控制技术在汽车上的应用越来越广泛，从发动机、变速箱到放抱死刹车 、碰 撞安全气囊、自动空调、空气悬挂、防盗门锁等都实现了电脑控制。 概括地说，电脑控制系统主要由电脑板、各种传感器、执行器以及配线等组成。电脑板根据来自各种传感器的信号，进行信号处理、比较和计算，判断运行状况和决定最佳的工作参数，然后发送电信号到执行器达到所要控制的目 的。电脑控制系统是一个精密的系统，无论是传感器、执行器、配线、连接器，还是电脑板出故障，都会影响到整个系统的工作性能。然而，该系统的线路复杂，元件和可能故障部位多，但靠经验来分析和排除故障需要慢慢地摸索。因此，现代汽车的电脑控制系统基本上都设置了故障诊断功能。 当电脑板4 检测出该系统网络中出现故障或不正常信号时，通常使组合仪表上的对应警告灯点亮，同时，电脑记录下诊断代码，供故障诊断时读出故障代码。 诊断系统的概述 现代汽车电子控制系统愈来愈复杂，当发生故障时要判断故障的部位就更困难。因此， 在电子控制系统中，一般都具有故障自诊断功能。例如，当发动机 ECU 检测来自传感器和执行器的故障时，立即将 “检查发动机 ”(CHECK ENGINE)指示灯点亮，同时将故障信息以故、代码的形式存入存储器中。故障代码一旦存入，即使将点火开关关闭，指示灯熄灭，仍然保留在存储器中。 对车辆进行检修时，借助于 ECU 的故障诊断接口 (插座 )，按特定的程序，用人工跨接的方法或使用故障诊断仪 (亦称电脑检测仪或电嘀解码器 )，可以将 ECU 存储器中的故障代码调出，并以灯光闪烁的方式或直接由诊断仪显示屏以数字形式显示出来，从而帮助维修 人员快速正确地判断故障的类型和范围。 故障排除后，同样按特定的程序，用人工方法或借助于诊断仪，将存储在 ECU存储器中的故障代码清除掉，以免与新产生的故障代码混淆，给检修带来困难 。 诊断系统的功能 现代汽车的电控系统都配备有自诊断系统， ECU 的自诊断系统主要用于检测电子控制系统各部件的工作情况。自诊断系统具有以下功能： 1 检测电子控制系统的故障。 2 将故障代码存储在 ECU 的存储单元中。 3 提示驾驶员 ECU 已检测到故障，应谨慎驾驶。 4 启用故障保护功能，确保车辆 安全运行。 5 协助维修人员查找故障，为故障诊断提供信息。 故障的确认方法 ： 当某一电路出现超出规定范围的信号时，诊断系统就判定该信号线路出现故障。如果故障状态存在超过一定的时间，此故障代码就会储存在电控单元 ECU 的随机存储器中。如果在一定时间内该故障状态不再出现，则电控系统把它判定为偶发性故障 ( 也叫间歇性故障 ) ，如果发动机启动 50 次故障不再出现，该偶发性故障代码就会自动消除。 5 自诊断系统的工作原理 计算机程序不断地将 ECU 的指令和系统的反应进行比较，同时检查各个传感器的信号是否 可信，以此确定系统是否存在故障。根据使用情况一般可分为以下几类： 1描述各电控总成工况参数的信号，这类信号的特点是各信号的数值都有正常的工作范围，当某传感器信号电压的数值超出了可能的范围，或者虽未超出范围，但出现在不应当出现的工况， 则可判为不可信。 例如车速在 90km h， 发动机转速3000r min， 进气 歧 管绝对压力 65kPa时出现 2的节气门开度，这显然是不可信的 。 2可同时根据几个传感器的信号计算出同一个物理量 (如空气流量 )，其计算结果与根据已被判定为无故障的传感器的计算结果不一致时，此传感器 可判为有故障； 3根据某传感器 (如发动机冷却液温度传感器和氧传感器 )信号变动所经历的时间和幅度，可判断系统是否存在某些方面的故障； 4来自相关电控系统的信号，若有故障，自诊断系统将立即报警。 一般情况输出控制电路可分为开环和闭环两类。闭环控制的电路有信号反馈，系统激活了某一个闭环控制功能，却无法达到目标，则可判断系统存在相关的故障； 开环控制的电路无信号反馈，其输出控制电路若发生故障，电控单元只有通过对各种输入信号进行判断才能确认故障。 诊断的输出接口常由仪表盘上的指示灯、电控系统检测插座(CHECKCONNECTOR)、故障诊断插座 (TDCL)等组成。 诊断与处理过程是在电控汽油喷射系统中，若该电控系统一旦发生故障，其诊断与处理过程如下： (1)传感器系统故障的诊断。 发动机在运转时，如果传感器输出电路的信号电压超出了规定的范围，自诊断系统即判定此信号有故障。例如，冷却水温度传感器工作正常时，其输出电压值应在 0 3V0 4V的范围内，否则被诊 信 号 故障。 自诊断系统并不立即判定为有故障。 为了使发动机不因水温传感器的故障而停止运转，在出现此故障信号的同时，自诊断系统的电控单元，会立即采用预先存储的正常水 温数值 (如 80 )，对发动机进行控制，使其仍能维持工作，同时系统将继续进行故障监测，如果相继若干次监测为合格， ECU便将故障指示灯熄灭。 (2)执行系统故障的诊断。发动机在运转时， 电控系统按照发动机的工况，不断地向执行机构发出各种指令。若执行系统不能正常工作，则其故障由监控回路把信6 息输给电控单元，由电控单元进行故障显示，并及时采取相应的措施，以确保发动机安全运转。例如，当发动机点火系统的功率管工作有故障时，其点火监控回路就没有正常工作的确认信号输回电控单元，这时电控单元就会发出报警信号，并向执行系统发出停 止喷油的指令，以防未燃的混合气过多地进入排气系统的催化反应器中，从而造成该处理器的失效与损坏。 (3)电控单元本身故障的诊断。电控单元内设有监控回路，用以监控电控单元是否按正常的控制程序工作。在监控回路内设有监视时钟， 按时对电控单元进行复位。当电控单元发生故障时，程序不能正常执行，时钟就不能使电控单元复位，据此可判为有故障 (通常在电控单元内备有应急回路，保证发动机维持运行 )。 故障自诊断测试 进入自诊断测试 在进入自诊断测试时，首先要进入自诊测试状态，可利用诊断跨接线进行短路的方法，一般是用诊断 跨接线短接故障检测插座中相应的两插孔 (“诊断输入插孔”和“搭铁插孔” )进行触发；或采用按下诊断按钮开关；拧动微机控制装置上的“诊断模式选择开关”；点火开关在 5s内连续开关 3次 (ON OFF ON OFF ON)等方法进行。进入自诊断测试状态后，不同的诊断测试模式，将完成不同的诊断测试功能，一般有两种诊断测试模式：一是静态测试模式，简称 KOEO(Key ON Engine OFF)模式，即点火开关“ ON”，在发动机不运转的方式下测试，该模式下，主要是提取存储在存贮器中的历史故障码和在静态测试状态下发生故障的故 障码；二是动态测试模式，简称 KOER(Key ON Engine Run)模式，即点火开关“ ON”，在发动机运转的情况下测试，该模式下，主要是读取在动态测试状态下发生故障的代码。 故障码的显示 发动机微机控制自诊断系统，大都将其诊断的结果以故障代码的形式显示，常见的显示方式有：数字显示，其故障码的方式直观又简便，在一些高档轿车上应用较多；或利用仪表板上的发动机故障指示灯的闪亮规律显示故障码。大部分发动机微机控制系统的故障码采用这种显示方式，通常以故障指示灯闪烁次数和亮灭时间的长短显示故障码 (测试时只 要将发动机附近或仪表板下方的故障检测插座内两个特定的插孔用一根导线连接，然后通过观察仪表板上的发动机故障指示灯的闪亮规 律7 与次数就可以读取故障代码 )。如控制系统工作正常，电控单元内存无故障代码，则故障指示灯以每秒 5次的频率连续闪亮，见图 1。 若电脑中已灯以每秒 2次的闪亮频以利用指针式万用表率闪烁，将两位数组成的故障代码的十位数和个位数，先后用指示灯的闪亮次数来表示出来，如当故障代码为 23时，这时指示灯先以上述频率闪亮 2次，以表示代码的十位数为 2，随后熄灯 1 5s，再以相同频率闪烁 3次，以表示个位数为 3，然后时间间隔 2 5s，指示灯再作类似的闪烁，来输出存有的下一个故障代码。当电脑内储存有几个故障代码时，电脑将按故障代码的大小，依次将所有的储存故障代码显示出来，相邻两个故障代码之间的停顿时间为 2 5s，当所存故障代码全部显示完后，灯闪停顿 4 5s，然后重新开始显示，如此反复，直至从检测座上拔下连接导线为止。见图 2； 电脑 也可存有故障代码，则发动机故障指示显示故障代码。故障指示灯显示故障码的原理基本相似，不同的是用指针式万用表指针的摆动代替发动机故障指示灯的闪烁；还可以用 LED显示的方法。 LED即发光二极管的英文缩写，有些厂家用一个或多个发光二极管来显示故障码，这些 LED一般就装在微机控制装置上，其指示故障码的方式为：采用一个 LED时，其指示方式与仪表板上的故障指示灯显示故障的方式相同。采用两个 LED时，一般为两个不同颜色的发光二极管，红色发光二极管闪烁的次数代表故障码的十位数码，绿色发光二及管闪烁的次数代表故障码的个位数，见图 3。 采用四个 LED时，各发光二极管分别代表 8、 4、 2、 1 四个数字，显示故障码时，将发亮 LED所代表的代码相加即为所显示的故障码，见图 4。 8 电控系统自诊断原理及在大众车系上的运 用 电控系统自诊断原理 由于车辆的主要功能日益依赖于电子技术，当相关的电子或电气元件出现故障时，应能迅速找到，当更换相应的元件也需要正确设定以适应该车型及该车情况。解决的办法是将自诊断功能并入电子系统，这样就可以用电脑 (电子控制模块 )已有的电子智能化连续监控、查找、存储和诊断故障。 自诊断功能及范围大小主要是由电子控制单元 (电脑 )的设计功能决定的。原则上所有与控制单元有信号通信的电子电气元件，控制单元可以通过信号是否过大或过小来判断这些元件的电路及相关线路是否正常。 大众车系的自诊断 功能 9 大众车的每一个电子控制单元如：空调电子控制单元、组合仪表电子控制单元、安全气囊电子控制单元等都可能有以下全部或大部分诊断功能： 通过故障诊断仪和车上的 16针诊断插座相连，诊断仪和控制单元也建立了通信联系，诊断仪不仅能接收数据。而且能向控制单元发送指令和数据来命令控制单元进入某个自诊断功能。 地址码 由于每个电子控制单元都有上述全部或大部分控制功能。就对不同电子控制单元编制了各自的地址码，以便有选择地进入各控制单元的各个自诊断功能。 10 常用地址码表 故障诊断仪的选择和使用 （ 1）选择 目前国产的故障诊断仪有：金德 K81，元征 X431，金奔腾，车博士等。 （ 2）使用方法 1)先决条件 蓄电池电压不低于 11 5V。相关熔断器应正常 ； 2)在点火开关 OFF 时，把诊断仪与 16 针插座相连接。 3)点火开关 ON 时，屏幕应显亮，尔后按照屏幕提示选择相应的地址码一功码，即可执行诊断。在各种汽车维修杂志中发表的“故障排除实例”中，常用数字代表操作步骤，如 08-02。 08 是地址码，表示“空调，暖风系统”， 02 则是前述的功能码，指“读取故障存储器 (读故障码 )”。有的诊断仪不显示 02，而直接显示“ 读取故障存储器”，按屏幕上提示的按键，即可进入此功能。同理，“ 08 06(08， 06)”， 06 是指“结束输出”，即退出诊断。按动屏幕上提示的按键，即可“结束输出”。如果是 1 08 02 这是指用原厂 V A G1551 等型故障诊断仪，应先选择了“ 1 快速数据传输” 。 再选择 “ 08 02” 。 自诊断功能使用程序 (1)读取故障存储器读码 )后，再清除故障存储器 (清码 )：发动或试车后再次读码 (2)对故障码内容进行检修后，再次读码，若无码，但系统仍有故障现象，就用11 “执行元件诊断” (功能 031或“读出测量数据块” (功能 081)； (3)在读码 (功能 02)前或后，在“读出测量数据块”前或后，可进行“查询控制单元版本” (功能 01)，如果查到的版本号与本车型不符，应进行“控制单元编码” (功能 07)，或更换。 (4)如仍找不到故障原因，则应根据故障现象，撇开自诊断功能，按系统工作原理及经验来分析判断原因。 查询控制单元版本 (功能 01)和控制单元编码 (功能 07) 德国车，尤其是大众车由于其电子控制单元大都是由专业汽车零部件商 (如： 博世、西门子开发生产的。 很多用途相近的控制单元，在硬件上是相同的。而大众车系极广，例如宝 莱发动机排量从 1 4L到 2 3L。有汽油机、柴油机之分 ； 加上各种配置及选装件 ， 车型逾百种。再如宝莱、高尔夫、帕萨特，他们有的系统或零 部件 (如仪表 )可能是基本相同的，但与的相配的系统 (如发动机 )总有些不同。为了使一种硬件的控制与单元用于多种功能相近但有所不同的车型，采用对控制单元编码的功能 (07)。功能 07实质上是从控制单元调出和确定适合本车型所用的软件系统。例如宝莱舒适性系统中央控制单元就可编 8种码。所以在更换控制单元时，都应进行编码。 故障码 大多数故障码反映的是电气元件及其与控制单元和电源间线 路有无短路和断路，少数是反映传感器的性能。例如： 00779 车外温度传感器 G17对地短路或对正极断路鹰 i路。这种短路或断路既可能发生在传感器中，更可能发生在与此传感器相应的线束中和插接器处。但是如果传感器及线束无短路或断路，即使传感器不正常，例如把 30cC空气认作 15cC空气输入电控单元，但仍在工作范围内 (气温 50 120 )，电控制单元不会生成一个有关传感器 G89的故障码。 也就是尽管传感器己坏 。但读不到有关的故障码。如果在空调工作时，把车外温度传感器上的线束插接器拨下又插上，则空调控制单元也会存储一个 “ 779SP”故障码， SP表示“偶发故障”。实际上插接器端子间短暂的接触不良、线路和元件中偶发的断路、短路都可能引起SP型故障 （ 故障码读取、故障排除、清码等原理及思路与发动机系统是相同的 )。 测量数据块 (1)测量数据块简介 测量数据块学名叫“保持帧”，它是指某一特定时间车辆工作状况数据块。测12 量数据块俗称“数据流” (严格地说数据流和测量数据块是不相同的 )。如果说故障码主要反映的是电路中有无短路，断路故障，那么测量数据块是从控制单元中得到所有运行参数。目前国产大众车将这些参数分为 70个部分，并且还会 不断增加。这 70个部分的序号就是“三地址码”如“ 17-组合仪表”。由于每个系统的测量数据块都较大，大众公司又将其分为若干显示组，如宝来组合仪表的测量数据块就 7个显示组，每组有 4个显示区。 (2)测量数据块的应用 车身电控系统中对测量数据块的应用原理和我们所熟悉的发动机电控系统是相似的。用来帮助对车身电控系统中的执行元件和传感器查找故障及数据测试。主要是看读到的数据有无超过正常值或偏离实际值。例如“七”中，已知外界气温 30 (凭感觉或温度表 )，而车外温度传感器在测量数据块中读得为 15。这种情况下虽然未读相 关故码，也要怀疑车外温度传感器 G17是否性能不良了。 丰田 5A FE型发动机自诊断系统应用分析 5A FE型发动机是丰田公司一款四缸多点喷射式电控发动机，国产的合作车型中花冠 (Corolla)及威驰 (Vios)轿车均采用了该型号发动机。该型号发动机配备的计算机控制系统中设有故障自诊断系统，用以监测电子控制系统各部件的工作状态，并适时地通过故障警示灯显示是否有故障发生。而花冠及威驰轿车主要用途为私家车，用户在不具备专业知识的情况下，对于故障警示灯的闪亮都带有一定的恐惧感，从而影响到正常的驾驶操作。若用户初步 掌握了发动机自诊断系统的原理及使用方法，必将提高使用者对车辆使用的信心，提高行车安全性，同时对于车辆的及时维修、保障使用性能及延长使用寿命都是大有益处的。 自诊断系统的工作原理 （ 1） 自诊断系统的基本组成 故障自诊断系统的基本组成如图 1所示。 13 图 1发动机故障自诊断系统组成 1)只读存储器 ROM：用于存储能保障自诊断系统正常工作的监控程序、诊断标准及故障运行时的预定参数等，工作时供 CPU提取和查询信息。 2)读写存储器 RAM：存储故障码，同时也存储发动机电子控制系统的学习修正参数。 3)故障诊断插 座：将故障诊断插座的 TE1和 E1端子短接，可使 RAM与故障警示灯之间的连接线路为通路，若 RAM中存储有故障码，发动机故障警示灯就会闪示故障码。一般故障诊断插座上还分布有其他用于检查电子控制系统电路故障、检测系统部件参数的检查端子。 4)后备系统：在 ECU和曲轴位置传感器等出现故障后，为维持发动机的基本运行而设置的备用电路。后备电路投入工作时，将点亮故障警示灯，以提醒驾驶员；同时根据点火开关、节气门位置传感器等信号，提供基本的喷油、点火等控制信号。 （ 2） 自诊断系统基本原理 在 ECU中设置了判别各输入信号的监 控程序和有关诊断标准参数，工作中，自诊断系统不断地监测发动机各传感器输入的电信号、执行器的反馈信号。 当出现信号异常或消失、电信号的值超出了设定范围时，自诊断系统就会 做 出有故障的判断，并根据不同的情况 做 出相应反应。 1)故障警示：当出现影响行车安全、会造成事故或其他较严重的故障时，自诊断系统使仪表板上的发动机故障警示灯闪亮，提示驾驶员停车检修。 2)故障码存储：自诊断系统将其所监测到的故障以故障码的形式存储起来，进行14 修理时，可先提取故障码，以便于准确、迅速查找和排除故障。 3)故障运行：为使发动机不因一些传感 器的信号消失或异常而停止工作，而是自动地使系统在设定的参数下工作，以维持发动机基本的运行。如：发动机温度传感器信号异常或消失时，系统则以起动时 200、运行时 800的标准参数进行控制，以使发动机能够起动和“带病坚持工作”。 4)安全保障：当发动机电子控制系统出现影响汽车行车安全或导致某部件损坏的故障时，自诊断系统会立即停止发动机的工作，以确保安全。如：点火系出现故障，系统接收不到电子点火器的反馈信号 IGf时，就立即停止喷油，以避免过量喷油带来的危险和浪费。 自诊断系统的应用 （ 1） 故障码的读取条件 1)蓄电池电压不应低于 12V； 2)关闭全车所有用电负荷； 3)将自动变速器换档杆置于 N或 P位； 4)将点火开关置于 OFF位置； 5)用 SST(专用跳线 )将故障诊断插座中的 E与 TE端子跨接。 （ 2） 故障码的读取操作 一般由“ CHECKENGINE”故障警示灯闪亮次数与闪亮时间长短显示故障码数值。 1)系统正常信号输出波形如图 2所示。 2)故障码的显示如图 3所示，故障灯闪亮时间的长短将遵循下述规律： 由接通点火开关到出现第一个故障码之间间隔 4 0min； 故障码的第一位数字和第二位数字之间间隔 1 5min； 故障码和故障码之间间隔 2 5min； 所有故障码循环与下一循环之间间隔 4 5min； 15 故障诊断码数列反复时间将与故障诊断插座端子 TE1和 El被连接的时间一样长。在完成故障诊断检查之后，断开点火开关，将 SST(专用跳线 )从故障诊断插座上拆下。 5A FE型发动机常见故障代码及相关故障信息如表 1所示。 16 3)故障码的清除。 对故障部位进行修理后，一般采用拆下 EFI的 15A保险丝至少 30min的方法清除保存在 ECU存储器内的故障码。保险丝拆下时间的长短取决于环境温度 (温度低 ， 保险丝拆下时 间应长 )，拆下保险丝之前应先切断点火开关。 在消除故障码后，应进行一次工况试验，以确认“ CHECKENGINE”故障警示