數(shù)據(jù)流分析在電控發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用研究

謝銳波

（韶關(guān)學(xué)院物理機(jī)電與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

數(shù)據(jù)流分析在電控發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用研究

謝銳波

（韶關(guān)學(xué)院物理機(jī)電與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

數(shù)據(jù)流分析在發(fā)動機(jī)故障分析中有重要的意義，對于發(fā)動機(jī)發(fā)生的一些疑難雜癥，隱性故障沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析一般是難以解決的.根據(jù)數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生機(jī)理，探討了如何正確快捷地獲取數(shù)據(jù)流，準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流分析方法并靈活應(yīng)用.

數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)流分析；分析方法；故障診斷

隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的不斷快速發(fā)展，電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用到汽車的控制系統(tǒng)中，汽車的發(fā)動機(jī)、底盤、車身、電器系統(tǒng)全部都采用了電子模塊化進(jìn)行控制.如果單憑傳統(tǒng)的經(jīng)驗對汽車發(fā)動機(jī)進(jìn)行盲目的拆卸維修，將會造成很多不必要的損失和時間浪費(fèi).為提高發(fā)動機(jī)故障排除的效率，從業(yè)人員必須要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和行之有效的分析問題、解決問題的方法.我國經(jīng)過這幾年的素質(zhì)教育的快速發(fā)展，全國的高校與高職院校培養(yǎng)了一大批素質(zhì)優(yōu)秀的一線維修工.很多維修工已經(jīng)掌握了扎實(shí)的汽車?yán)碚撝R，但在實(shí)際維修中還不能很好的建立一套診斷思維模式，例如大部份維修工只是利用發(fā)動機(jī)故障碼來對發(fā)動機(jī)的故障進(jìn)行診斷分析，很少利用數(shù)據(jù)流系統(tǒng)分析對發(fā)動機(jī)的故障進(jìn)行排除.若僅靠發(fā)動機(jī)故障碼來分析故障原因，有時未必能準(zhǔn)確的判定故障所在位置，因為故障代碼僅僅是記錄發(fā)動機(jī)ECU判斷某個傳感器或執(zhí)行器的數(shù)值是否正確的結(jié)論，而且發(fā)動機(jī)發(fā)生的有些故障不會產(chǎn)生故障碼.例如：發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)發(fā)生泄漏時，雖然發(fā)動機(jī)的真空度發(fā)生了變化，但ECU不會存儲故障代碼，使得維修人員往往無從下手解決問題.因此需要使用故障診斷儀及萬用表對發(fā)動機(jī)進(jìn)行動態(tài)數(shù)據(jù)流的檢測并記錄，然后分析發(fā)動機(jī)相關(guān)傳感器動態(tài)數(shù)據(jù)流的變化規(guī)律，根據(jù)發(fā)動機(jī)正常工況數(shù)據(jù)流與有故障時的數(shù)據(jù)流進(jìn)行對比，利用數(shù)據(jù)流的分析方法，從而找到發(fā)動機(jī)故障點(diǎn)的所在是一條比較可靠且高效的途徑.

1　發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)的控制過程

發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)控制過程是由傳感器（如轉(zhuǎn)速傳感器、凸輪軸位置傳感器、節(jié)氣門開度傳感器、水溫傳感器等）收集發(fā)動機(jī)的實(shí)時工況數(shù)據(jù)，這些傳感器以電壓、電流或脈沖等參數(shù)形式輸入發(fā)動機(jī)電腦ECU，發(fā)動機(jī)電腦ECU根據(jù)輸入的信號進(jìn)行實(shí)時處理，然后控制相應(yīng)的執(zhí)行器進(jìn)行工作，在一定條件下發(fā)動機(jī)的反饋系統(tǒng)介入工作，實(shí)時監(jiān)測發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并實(shí)時將監(jiān)測結(jié)果反饋給ECU，使ECU能相應(yīng)的做出一些控制參數(shù)的調(diào)整，讓發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最佳的工作狀態(tài).

2　數(shù)據(jù)流產(chǎn)生機(jī)理、特性及獲取方法

2.1數(shù)據(jù)流產(chǎn)生機(jī)理

發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流是發(fā)動機(jī)電腦ECU與各傳感器和電控執(zhí)行元件通訊的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過OBD診斷接口，利用故障診斷儀可以讀取實(shí)時數(shù)據(jù).實(shí)時數(shù)據(jù)隨發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況的變化而變化，在發(fā)動機(jī)工作時把各種實(shí)時數(shù)據(jù)按照不同的要求進(jìn)行組合形成數(shù)據(jù)組，由于顯示的一系列是各種傳感器與執(zhí)行元件數(shù)值參數(shù)，因此被稱為發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流［1］.發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)主要有ECU、傳感器和執(zhí)行元件組成分別是信號處理裝置信號輸入裝置和信號輸出裝置.根據(jù)各傳感器、執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，在工作時會產(chǎn)生直流信號、交流信號、頻率調(diào)制信號、脈沖信號和多行竄行數(shù)據(jù)信號等幾種電信號，數(shù)據(jù)流就是各傳感器與執(zhí)行元件的工作電壓、電流、溫度、脈沖時間及速度等工作狀態(tài)的真實(shí)反映.

2.2數(shù)據(jù)流的特性

發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流主要有以下3個基本特性：（1）讀取方便；（2）展示數(shù)據(jù)信息量大；（3）數(shù)據(jù)實(shí)時性強(qiáng)與精準(zhǔn)度高的優(yōu)點(diǎn).隨著發(fā)動機(jī)電控制系統(tǒng)電子化程度的不斷提高，單憑傳統(tǒng)經(jīng)驗或利用萬用表進(jìn)行檢測，已經(jīng)很難解決因傳感器或執(zhí)行元件產(chǎn)生的電信號變化所引起的電控系統(tǒng)故障，而利用故障診斷儀讀取發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流進(jìn)行故障原因分析，已經(jīng)成為解決發(fā)動機(jī)故障的新手段.

2.3獲取發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流的方法

發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)流的獲取方式有兩種方式：一是在線式電路測試，主要是使用“發(fā)動機(jī)綜合分析儀”，將綜合分析儀的探頭連接到發(fā)動機(jī)相應(yīng)的傳感器或執(zhí)行元件的線路上進(jìn)行檢測.二是通信式電腦診斷，主要是使用故障診斷儀俗稱“解碼器”連接車載OBDⅡ診斷接頭來實(shí)現(xiàn)汽車電腦和診斷儀之間的通信，從而獲取數(shù)據(jù)流.

3　數(shù)據(jù)流分析的常用方法

從事汽車維修的技術(shù)人員不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要能夠掌握如何通過故障診斷儀讀取電控發(fā)動機(jī)在故障發(fā)生時各個相關(guān)傳感器采集的數(shù)據(jù)和各執(zhí)行元件的執(zhí)行參數(shù)，并能夠掌握如何利用數(shù)據(jù)流的實(shí)測參數(shù)來分析故障的實(shí)用方法，這樣才能高效的診斷出產(chǎn)生故障的部位及原因.數(shù)據(jù)流的常用分析方法主要包括：參數(shù)分析法、因果分析法、時間分析法、比較分析法和關(guān)聯(lián)分析法［2-6］.

3.1參數(shù)分析法

參數(shù)分析法是利用解碼器讀取電控發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的各種數(shù)據(jù)參數(shù)，然后將這些參數(shù)變化規(guī)律和變化范圍進(jìn)行分析，例如轉(zhuǎn)速、噴油脈寬、節(jié)氣門開度、冷卻液溫度、氧傳感器等要在一定的范圍內(nèi)變化而且有一定的規(guī)律.參數(shù)分析即當(dāng)發(fā)動機(jī)故障發(fā)生時利用解碼器讀取相關(guān)傳感器的實(shí)測參數(shù)，進(jìn)而分析這些參數(shù)變化量和變化范圍進(jìn)行判斷出故障原因的方法.

3.2因果分析法

因果分析法是在電控程序中有許多因果關(guān)系的參數(shù)數(shù)據(jù)，通過觀察記錄并分析其參數(shù)的響應(yīng)過程和結(jié)果是否相符合.在發(fā)動機(jī)工作的過程中，許多數(shù)據(jù)之間存在一定的因果關(guān)系.例空調(diào)系統(tǒng)，如果把空調(diào)的AC開關(guān)打開，那發(fā)動機(jī)電腦得到一個開空調(diào)的信號輸入，此時發(fā)動機(jī)電腦就會同時輸出幾個指令即增加怠速馬達(dá)的開度，提高怠速；接合壓縮機(jī)電磁離合器；起動冷凝箱冷卻風(fēng)扇，給制冷劑降溫；當(dāng)發(fā)動機(jī)的冷卻液溫度過高時，發(fā)動機(jī)水溫度傳感器就會把檢測到高溫信號發(fā)送到發(fā)動機(jī)電腦，此時發(fā)動機(jī)電腦會根據(jù)此信號強(qiáng)制起動冷卻風(fēng)扇給發(fā)動機(jī)冷卻水箱降溫，這就是傳感器與執(zhí)行器之間對應(yīng)的因果關(guān)系，也是發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)常用的控制形式，因果如果不對應(yīng)發(fā)動機(jī)就會出現(xiàn)異常狀況.利用因果分析法可以將這些參數(shù)根據(jù)邏輯因果關(guān)系連貫起來分析，這樣有利于高效的判斷出故障原因，并找到相應(yīng)的故障點(diǎn).

3.3時間分析法

各傳感器檢測到的參數(shù)，發(fā)動機(jī)電腦不僅要分析其數(shù)值的大小，而且還要分析其響應(yīng)的速率、頻率、變化率.例如要確認(rèn)氧傳感器是否正常工作，不但要分析氧傳感器電壓信號大小變化情況還要分析電壓信號的變化速率；在分析發(fā)動機(jī)負(fù)荷大小時，如果要分析發(fā)動機(jī)加速時的噴油脈寬是否正確，就要根據(jù)節(jié)氣門開度電壓的大小及節(jié)氣門開度的變化率來分析加以確認(rèn).

3.4比較分析法

比較分析法是在同等條件下讀取相同型號的發(fā)動機(jī)相同數(shù)據(jù)組的參數(shù)進(jìn)行的比對分析，這種分析法對于解決間歇性故障或疑難故障有著很好的作用，通過幾個數(shù)據(jù)值變化比對分析可以快速地診斷出有故障的傳感器，進(jìn)而分析出故障的原因.特別是在缺乏維修技術(shù)資料和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)時，就很難判斷定某一執(zhí)行元件或傳感器是否正常工作.如果此時用同類車型發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，即可以對有故障發(fā)動機(jī)的故障部位做出判斷.在一線的修理中，很多維修工會使用替換法進(jìn)行判斷，利用此簡單的方法，可以達(dá)到事半功倍的效果，但在進(jìn)行換件比較診斷時，應(yīng)當(dāng)注意要先做一定的診斷分析，這樣才能做到有的放矢的去解決問題.

3.5關(guān)聯(lián)分析法

要使發(fā)動機(jī)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，其控制系統(tǒng)存在很多關(guān)聯(lián)的關(guān)系，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)電腦獲取的空氣流量信號數(shù)值異常時，經(jīng)常最先出現(xiàn)的故障碼是氧傳感器信號不良.此時發(fā)動機(jī)電腦所顯示的故障碼，并不一定就是相應(yīng)的傳感器出了故障.因此當(dāng)我們在對電控系統(tǒng)的相關(guān)傳感器檢測時，需要對各傳感器之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系做進(jìn)一步分析，才能準(zhǔn)確的診斷故障的原因及出故障的位置.

4　數(shù)據(jù)流分析的實(shí)例

一臺桑塔納2000GSI小汽車，因發(fā)動機(jī)出現(xiàn)怠速抖動現(xiàn)象進(jìn)廠檢修，維修工首先用X-431故障診斷儀讀取發(fā)動機(jī)的故障代碼，顯示沒有故障代碼，此時將發(fā)動機(jī)熱車至水溫達(dá)80℃左右的正常工作溫度，用X-431診斷儀讀取數(shù)據(jù)組002、006、004、009、024發(fā)動機(jī)怠速工況相關(guān)數(shù)據(jù)：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油脈寬、進(jìn)氣量、節(jié)氣門開度、氧傳感器的電壓和點(diǎn)火提前角等數(shù)據(jù)并記錄下來（詳見表1）.

表1　發(fā)動機(jī)怠速主要數(shù)據(jù)流

從表1的數(shù)據(jù)流分析可以看出，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動在760～840 r·min-1之間，噴油脈寬在2.40～2.85 ms之間波動，空氣流量信號也是在3.96～4.89 g·s-1之間波動，超過了怠速工況的正常范圍，點(diǎn)火提前角信號和節(jié)氣門開度電壓值在正常范圍內(nèi)，氧傳感器顯示過空燃比過濃的電壓信號，其數(shù)值主要集中在0.58～0.70 V的區(qū)域內(nèi).根據(jù)發(fā)動機(jī)的電控原理可知，發(fā)動機(jī)電控單元是根據(jù)進(jìn)氣量的大小來確定噴油脈寬的，由于電控單元從空氣流量計得到了過高的空氣流量信號，電控單元必增大噴油脈寬增大，此時可燃混合氣就會過濃，在閉環(huán)控制中氧傳感器檢測空燃比過濃，就對噴油脈寬進(jìn)行實(shí)時修正，盡量減小噴油脈寬使得可燃混合氣變稀，但噴油脈寬的大小主要是決定于根據(jù)空氣流量傳感器的信號，此時過高的空氣流量信號使可燃混合氣還是處于偏濃狀態(tài).此時對空氣流量計進(jìn)一步檢測，當(dāng)用萬用表檢測空氣流量計11號與ECU 4號引腳之間的線路時，見圖2，發(fā)現(xiàn)線阻值達(dá)1Ω(標(biāo)準(zhǔn)值是＜0.5Ω)，檢查線路并重新接好后，再次讀取數(shù)據(jù)流一切數(shù)據(jù)正常.

本文的案例中，由于空氣流量計插口的4號端子與ECU的11號端子之間導(dǎo)線阻值過大，這種情況造成ECU錯誤的獲得過大的空氣流量信號，因過高的空氣流量信號，ECU增大了噴油脈寬的信號給噴油器，增大的噴油脈寬使得混合氣變濃，雖然氧傳感器在閉環(huán)控制中對其過濃的混合氣進(jìn)行修正，但由于ECU獲取的空氣流量信號始終偏大，因為噴油脈寬大小主要是根據(jù)空氣流量信號的大小來決定的，因此ECU就一直增大噴油量，使得氧傳感器對可燃混合氣的修正效果不明顯，那么可燃混合氣就一直處于較濃的狀態(tài)，氧傳感器在數(shù)據(jù)流中顯示的電壓值就集中在濃混合氣區(qū)域.

圖2　空氣流量計電路圖

5　結(jié)語

本文通過分析數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生機(jī)理，探討了如何正確快捷地獲取數(shù)據(jù)流，準(zhǔn)確掌握數(shù)據(jù)流分析方法，并利用故障案例分析，全面運(yùn)用了關(guān)聯(lián)分析法、比較分析法以及數(shù)值分析法，從而快速準(zhǔn)確的解決問題.在一線的維修技術(shù)人員如果都能正確地獲取這些數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，弄清各數(shù)據(jù)間存在的因果關(guān)系或邏輯關(guān)系并能靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)流分析法，大部份維修技術(shù)人員即使是在沒有積累多年維修經(jīng)驗情況下也能將大部分比較難處理故障在短時間內(nèi)排除.

［1］張錢斌.基于數(shù)據(jù)流分析的電控發(fā)動機(jī)故障診斷應(yīng)用研究[J].安慶師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，20(3)：89-91.

［2］閻光虎，參發(fā)良.發(fā)動機(jī)關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2014(8)：38-40.

［3］王冬良閔永軍.電控發(fā)動機(jī)故障數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)特性分析與診斷優(yōu)化[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2013(12)：56-60.

［4］姚國輝.電控汽車數(shù)據(jù)流在故障分析中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2011(12)：123-124.

［5］張放.電噴發(fā)動機(jī)的數(shù)據(jù)流分析[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2013(9)：46-52.

［6］謝東升.電控發(fā)動機(jī)故障診斷中數(shù)據(jù)流分析[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(13)：130-131.

［7］王冬良.電控發(fā)動機(jī)故障數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)特性分析與診斷優(yōu)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

謝銳波(1981-)，男，廣東揭東人，韶關(guān)學(xué)院物理機(jī)電與工程學(xué)院實(shí)驗師，碩士；研究方向：汽車檢測與維修.

（責(zé)任編輯：邵曉軍）