赛豹汽车电控系统波形分析及故障诊断Word文件下载.docx
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3.5曲轴位置传感器………………………………………………………………16
3.6车速传感器……………………………………………………………………18
第四章执行器波形分析…………………………………………………20
4.1喷油驱动器波形分析…………………………………………………………20
4.2怠速调节器……………………………………………………………………21
4.3碳罐控制阀TEV………………………………………………………………22
4.4EGR电磁阀………………………………………………………………………24
第五章赛豹汽车波形分析实例…………………………………………………25
5.1赛豹汽车点火初级线圈电流波形分析………………………………………25
5.2赛豹汽车压力传感器波形的测试……………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………………28
第一章绪论
1.1引言
在汽车诞生后的100多年间，汽车技术得到飞速的发展。
从20世纪70年代初起，随着电子技术的飞速发展，电脑技术的日益完善，电子技术进入了汽车制造领域，并且以惊人的速度向汽车结构内部扩展，使汽车的性能、质量都得到了飞跃性的进步。
由于汽车电子化进程的飞速发展，给汽车维修界带来前所未有的冲击。
汽车产品中大量引进电子技术，引起了汽车维修技术划时代的变革。
传统的维修技术对当代的汽车维修已经束手无策。
时代在召唤新型的维修技术，即新的检测方式、新的维修方式和工具、新的维修业的组织形式和管理体制。
随着汽车的不断智能化、高科技化，电子检测诊断仪器也不断采用最新科技，并与电脑科技紧密联系。
要掌握现代汽车维修的技术，必须对电子检测诊断仪器进行全面深入的了解和掌握。
本文论述的主要内容即是哈飞赛豹汽车电控系统波形分析及故障诊断技术的应用。
1.2车用示波器的特点及操作说明
示波器通过在显示屏上同时提供电压和时间测量，解决了测量快速变化信号的难题。
示波器所显示的实际是根据电压信号随时间的变化所描述的曲线图，它提供给了我们对信号电压变化趋势、幅度、频率、相关性等等比普通数字电压表多得多的分析依据及方法。
示波器控制按照其功能可分为两种。
一种控制Y轴上的电压，一种控制X轴上的时间。
在示波器上，这些控制通过示波器上的开关和旋钮实现，帮助技术人员确定信号位置，并在屏幕上进行调节。
有些汽车专用示波器采用了先进的数字技术，控制调节可用屏幕上的菜单进行选择，这种改进使示波器上的控制旋钮数量减少，操作简单快捷。
1.3本文研究的主要车型
哈飞赛豹汽车是一款完全自主知识产权的三厢轿车，除装备东安三菱的4G18（1.6L）发动机外，还可选装沈阳航天三菱的4G3S4M（2.0L）发动机。
电喷系统4G18发动机采用日本三菱技术的多点燃油喷射（MPI）系统和联合电子M7.9.7系统，4G63发动机采用北京德尔福公司匹配的MT20U电子控制系统。
本文以4G18电控系统为研究对象，进行波形分析及故障诊断。
该系统采用多点顺序喷油控制，其控制策略包括起动控制、怠速闭环控制、空燃比闭环控制、碳罐控制、过渡工况控制、点火角控制、爆震控制、空调控制、滑行断油和超速断油控制、三元催化器的加热和保护控制、系统自诊断等。
第二章电控点火系统波形分析及故障诊断
传统的点火系统，其点火时刻的调整是依靠机械离心式调节装置和真空式调节装置完成的，由于机械的滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时刻在最佳值。
而用ECU控制的点火系统，则可方便地解决以上问题。
因为用微机可考虑更多的对点火提前角影响的因素，使发动机在各种工况下均能达到最佳点火时刻，从而提高发动机的动力性、经济性、改善排放指标。
ECU控制点火系统主要有ECU、传感器和执行器三大部分组成。
因此了解电控点火系统的诊断方法是很重要的。
2.1电控点火系统波形分析
哈飞赛豹4G18点火系统是双火花线圈独立点火系统（DFS），独立点火系统是一种无分电器电子点火系统（DIS）,利用电子方法分配电火花，电控单元（ECU）结合传感器的信号来控制点火正时和点火提前角，电控单元采集和处理数据，为不同条件下确定理想的点火提前角，曲轴和凸轮轴位置传感器的信号提供电控单元，以控制点火线圈初级电路的通电时间。
图2-1双火花独立点火系统
在这种独立点火系统中，点火线圈是一种带有两个次级输出端的点火线圈，即每个点火线圈与两个火花塞相连，点火时。
在相对应的两个汽缸里同时产生两个火花，其中一个在汽缸A的工作冲程内（主火花），而另外一个在汽缸B的排气冲程内（辅助火花），反之也相同，且这两个火花的极性相反：
一个火花塞在正常方向跳火，从中央电极到负的侧电极；
而另一个火花塞正好相反，从侧电极到中央电极，使之形成侧电路，由于排气时火花塞间隙之间电阻很小，只要很低的电压便能跳火，所以使主火花保证有足够高的电压。
发动机的点火线圈是由两部分的线圈组成：
低压部分的初级线圈和高压部分的次级线圈，赛豹车型初级线圈的电流被截止时，初级线圈会产生200V~300V的电压，而在次级线圈上将产生高达15KV~20KV的电压，所以，高，低压两者的波形有所不同。
2.2次级点火波形分析
次级点火波形能够提供有关各个汽缸点火和燃烧情况的非常有价值的资料。
点火时，次级线圈产生很高的电压，当电压逐步升高到一定值，火花塞上产生火花，此电压即是点火电压。
随后电压迅速下降到另一电压值并维持一段时间，此电压即是燃烧电压，燃烧时间就是电压维持在燃烧电压值的时间。
在燃烧时间结束时，点火线圈中的能量基本耗尽，残余的能量在线圈上形成阻尼振荡。
学会次级点火波形的观察、分析方法，对诊断点火系统相关的故障是非常有用的。
标准次级点火波形图例：
图2-2标准次级点火波形
次级点火波形分成三部分:
点火部分：
点火部分有一条点火线圈和一条火花线，点火线是一条垂直的线，它代表克服火花塞空气间隙所需要的电压。
火花线则是一条近似水平的线，代表维持电流通过火花塞间隙所需的电压。
中间部分：
中间部分显示点火线圈中剩余的能量，它会通过来回振荡消耗能量，这时晶体管处于断路状态。
闭合部分：
闭合部分代表线圈的通电时间，这段时间是电脑ECU内晶体管导通的时间。
2.3赛豹汽车典型故障波形分析
2.3.1单列波
图2-3故障波形
次级波形的火花线向下倾斜且不稳定，有细小的多余波形出现，而火花线的持续电压也不正常。
其故障原因是火花塞上具有较多的积碳和油污。
碳层是具有一定的电阻的导体，火花塞积碳就相当于在火花塞上并联一个分路电阻，与次级电路闭合回路。
当触点打开时，次级电路内产生泄露电流，使击穿电压下降，火花塞的放电过程不稳定。
图2-4故障波形
次级波形的火花线上下波动的现象。
其故障原因是电子燃油喷射系统中的喷油嘴工作不良，喷油不均，引起汽缸内混和气的混合雾化不均匀，在做功冲程的燃烧不稳定，致使火花线的持续阶段电压不稳定，火花线出现缓慢上下波动现象。
图2-5故障波形
次级波形出现上下平移，其故障原因次级电路出现间歇性断电，导致次级波形有上下波动
2.3.2并列波
图2-6故障波形
各缸并列波形中，一个或多个汽缸的击穿电压过高（平均值高出5kv以上），其故障原因是：
a火花塞电极间隙过大造成击穿电压升高；
b与火花塞连接的高压分线断路，相当于再次级电路中附近加一个间隙，这就造成要很高的击穿电压才能使击穿电极之间的间隙放电。
图2-7故障波形
各缸并列波形中，一个或多个汽缸的击穿电压过低，其故障原因是：
a火花塞脏污；
b火花塞间隙太窄；
c可能火花塞导线搭接在发动机上；
d可能点火线圈故障。
2.4初级点火波形分析
点火初级波形是跨接在控制单元上得到的。
分析初级波形的作用1.由于点火初级燃烧的过程可以通过初级和次级点火线圈的互感返回到初级电路，所以点火线圈初级波形对故障诊断是非常有用的；
2.点火初级波形主要用于检查火花塞，高压线的短路和断路故障，或检查火花塞污损的故障，这是造成点火不良的重要原因；
3.赛豹汽车4G18发动机点火波形不易测试，测试初级点火波形就比较容易。
标准初级点火波形，如图2-8：
图2-8标准初级点火波形
ab段：
为ECU信号截止时，初级线圈上初级电压的迅速增长，而这时次级线圈的电压也迅速增长，当次级电压达到击穿电压的时候，火花塞的电极间隙被击穿。
bc段：
当火花塞的电极间隙被击穿时，两电极之间要出现火花放电，使次级电压骤然下降，而由于点火线圈的初级和次级之间的变压器效应，初级电压也迅速下降。
abc段:
当火花塞两电极间出现火花放电时，会伴随出现高频振荡，由于点火线圈的初级和次级之间的变压器效应，初级波形中也会出现，也就是abc段，所以abc段称为高频振荡波形。
cd段：
在火花塞放电的持续时间里，初级线圈的电压变化，也反映了火花塞的火花放电持续时间。
de段:
当次级火花放电完毕时，点火线圈和点火线圈电容器中的残余能量要继续释放，初级电路中出现低频振荡波形，de振荡终了时为一段直线，高于基线的距离表示施加于初级电路上的触点两端的电压。
而触点在e点闭合。
fa段:
当ECU信号导通后，有微弱的闭合振荡，初级电压几乎降为零，显示如一条直线，一直延续到ECU信号的下一次截止。
2.5赛豹汽车点火提前角信号波形分析
点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始，到活塞运行到上止点时的一段时间内曲轴所转达的角度。
由于在测试时示波器不能直接测试出具体值，必须采用双通道波形，分别列出初级点火波形与曲位信号波形，才能得出相对的点火提前信号值。
图2-9点火提前角信号波形
如上图所示，A为初级点火波形，B为曲轴位置传感器信号波形，因提前角读数中包含一个60°
的偏置，因此发动机在怠速时实际的点火提前角为11.3°
。
在加减速时，电子点火正时信号将发生改变，其实际改变量将影响点火闭合角（点火线圈通电时间）和点火提前角。
当启动发动机时看到点火波形是一条平直的波形，也就是说发动机实际上没有启动着，可能说明曲轴位置传感器、控制电路、线路或插头出了故障。
可先找到点火参考信号的起源处——曲轴位置传感器，用示波器测试曲轴位置传感器的信号，接着检查点火初级电路或控制电路。
点火系统是发动机电控系统中最重要的部分，通过对点火系统波形的分析判断，可以有效提高哈飞赛豹汽车故障解决的能力。
2.6赛豹汽车电控系统故障诊断
（1）单缸次级点火波形可查明的故障如下：
①分析单缸的点火闭合角（点火线圈的充电时间分析）
②分析点火线圈和次级高压线路性能（燃烧线或点火击穿电压分析）
③检查单缸混合气空燃比是否正常（燃烧线分析）
④查出造成汽缸断火的原因（燃烧线分析，判断污损或破裂的火花塞）
（2）多缸并列次级点火波形可查明的故障如下：
①诊断出各缸高压线的漏电
②诊断出火花塞的漏电情况
第三章传感器波形分析及故障诊断
传感器是指能够感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置。
简单的说，传感器是把非电量转换成电量的装置。
传感器通常由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成。
传感器对电控系统是非常重要的，一旦传感器出现故障，整个电控系统便处于瘫痪状态。
因此，对传感器故障的诊断、检查与维修，是现代汽车电控系统维修的关键，而利用示波器检查传感器的输出信号波形，从而对传感器的故障进行诊断和维修是一种非常有效的方法。
以下介绍怎么利用汽车示波器检查赛豹车各种传感器的输出波形，从而对传感器的故障进行诊断。
3.1进气歧管压力传感器
进气歧管压力传感器（MAP），是燃油喷射系统中通过测量进气歧管的真空度变化从而测量进气量的传感器，是一种间接测量发动机进气量的传感器。
其作用是通过检测进气歧管或动力腔内空气的压力变化来反映发动机的负荷状况，并将发动机的负荷状况转变为电信号输入发动机控制单元ECU。
哈飞赛豹4G18发动机进气歧管压力传感器是压电型传感器，可根据大气压力与进气歧管压力差提供给电控单元“负荷信号”。
电控单元提供5V电压给传感器，传感器根据进气压力的不同而反馈0-5V的电压至电控单元。
哈飞赛豹汽车进气歧管压力传感器是一个三线传感器，输出的是模拟信号。
进气歧管压力传感器在怠速时的输出电压为1.25V，当节气门全开时略低于5V，全减速时接近0V。
进气歧管压力传感器在真空度高时产生低的电压信号（接近0V），而真空度低时将产生高的电压信号（接近5V）。
一般故障现象：
熄火、怠速不良等。
3.2节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上，它将节气门开度转换成电压信号输出，以便微机控制喷油量。
赛豹汽车节气门位置传感器（TPS）安装在节气门轴上，在电子燃油喷射系统中，是用于检测节气门开度的传感器。
节气门位置传感器的作用很重要，电脑利用其传送过来的信号计算发动机负荷，作为点火时间控制，排气再循环控制，怠速控制和制动变速器换挡等的重要参数。
如果节气门位置传感器出现故障，将会引起加速滞后和怠速问题，以及驾驶性能问题和尾气排放等问题。
从电脑的电源引来的5V电压对传感器的电阻材料供电，另一线连接电阻材料的另一端，为传感器提供接地。
第三根线连接至传感器的可动触点，提供信号输出至电脑。
本传感器实质是一个可变电阻（电位计），它的滑动触点臂与节气门轴相连，触点臂作为节气门电位计的滑动触点，电阻材料上的每点的电压由滑动触点探测，并与节气门角度成正比。
图3-1节气门位置传感器
节气门位置传感器产生的是一个清晰连续的电压波形，电压应随着节气门的开度增大而圆滑地上升。
传感器的电压应从怠速时低于1V到节气门全开时低于5V，波形上不应有任何断裂，对地尖锋和大跌落。
应特别注意在前1/4节气门开度中的波形，因为这段是驾驶中最常用的传感器碳膜电位计上的部分，因此前1/8至1/3的碳膜通常首先磨损，从而使波形出现异常现象。
节气门位置传感器出现故障将会导致：
行驶性能不良，动力不足；
加速不畅；
发动机熄火；
怠速转速不稳定等。
特别是传感器中碳膜磨损或断裂，不能向电脑提供正确的节气门位置信息，电脑不能正确为发动机计算混合气命令，引起驾驶性能故障和排气不良等现象。
3.3爆震传感器
爆震是发动机运行中最有害的一种故障现象。
如果发动机工作时持续产生爆震，
火花塞电极或活塞可能产生过热、溶损等现象，因此必须防止爆震现象的出现。
爆震现象的产生和点火时刻密切相关，同时还和汽油的辛烷值有关。
点火时刻提前，燃烧的高压力就升高，因而容易产生爆震。
而发动机使用的汽油的辛烷值过低，也容易造成爆震。
爆震控制的方式是采用爆震传感器，哈飞赛豹汽车爆震传感器安装在汽缸体上，其工作原理是利用压电晶体的压电效应，把爆震传到气缸体上的机械震动转换成电信号输入ECU，ECU把爆震传感器输出的信号进行滤波处理并判定有无爆震及爆震强度的强弱，并推迟点火时间。
爆震强，推迟点火角度大；
爆震弱，推迟点火角度小。
每次调整都以一固定的角度递减，直到爆震消失为止。
以后又以一固定的角度提前，当发动机再次出现爆震时，ECU又使点火提前角再次推迟，调整过程如此反复进行。
爆震传感器属于交流信号发生器。
当汽缸内发生振动时，它会产生一个小电压峰值：
汽缸产生的振动越大，爆震传感器产生的峰值就越大。
当达到一定高的频率时表明是爆震。
爆震传感器设计为测量5至15千赫范围内的频率。
另外，爆震传感器十分耐用，通常只会因本身的故障而失效。
图3-2爆震传感器波形
当发动机振动时，爆震传感器的波形显示为一条直线，在确定示波器与传感器的连接正确，回路接地正确后，其故障原因可断定为爆震传感器因物理损失（即压电晶体断裂）而不产生信号。
3.4温度传感器
为了解发动机的热状态，计算进气的质量流量及进行排气净化处理，需要有能够连续精确地测量冷却液温度、进气温度与排气温度的传感器。
哈飞赛豹汽车进气温度传感器是一个热敏电阻，为NTC型（负温度系数）传感器，传感器输送给控制器一个表示进气温度变化的电压。
当进气温度低时（空气密度大），热敏电阻的阻值大，传感器输入电脑的信号电压高；
反之，当进气温度高时（空气密度小），热敏电阻的阻值小，输入的信号电压底。
图3-3进气温度传感器波形
进气温度传感器的波形是：
传感器的电压应在3V~5V（完全冷车状态）之间，在汽车运行温度范围内电压降大约1V~2V范围，这其实是一个直流信号，关键是电压幅度，在各种不同温度下传感器必须输出对应的电压信号。
当进气温度传感器电路开路时，将出现电压向上直至参考电压值的峰尖（5V）；
当进气温度传感器电路对地短路时，将出现电压向下直至接地电压值的峰尖（0V）。
（1）不正常波形产生原因分析：
①空气滤清器是否有堵塞。
②检查线束和插接线有无松动或污损。
③确认传感电源是否有5V。
④电脑本身输出电压是否正常，接地是否良好。
⑤参考电压（或电阻）与温度对应表进行分析。
赛豹车型发动机冷却液温度（ECT）传感器感和进气温度（IAT）传感器采用相同方式工作，所以试验步骤相似，同进气温度和燃料温度传感器一样，都是负温度效应的热敏元件，即当温度增加时电阻减少的二线模拟传感器。
冷却液温度传感器用5V参考电源信号供电，向控制电脑返回与温度成正比的电压信号，发动机冷却液温度传感器用来探测在水套中的发动机冷却液的温度。
当你将示波器或数字万用表与从温度传感器来的信号相接时，它们的电阻（和电压）是高的，当温度上升时，它们的电阻（和电压）是低的。
图3-4冷却液温度传感器波形
（2）不正常波形产生原因分析：
①是否有过热现象；
②冷却水位是否正常；
③参考电压（或电阻）与温度相对表；
④传感器电源是否有5V电压；
⑤电脑本身输出电压是否正常，接地是否良好。
多数车型燃油温度传感器（FT）、发动机冷却液温度（ECT）和进气温度传感器（IAT）是以相同的方式工作的，其测量方法也相同。
3.5曲轴位置传感器
曲轴位置传感器亦称点火信号发生器，用于点火正时控制。
赛豹汽车4G18发动机曲轴位置传感器有两种形式，联电系统采用磁电式曲轴位置传感器，三菱系统采用霍尔效应式曲轴位置传感器，现对三菱系统采用霍尔效应式曲轴位置传感器波形进行分析，磁电式曲轴位置传感器占不做介绍。
霍尔效应式曲轴位置传感器由两个部件组成。
一个部件是与分火头制成一体的定时转子即所谓的触发叶轮;
另一个部件是霍尔信号发生器。
触发叶轮由导磁材料制成，
其上的叶片数与发动机缸数相同触发叶轮由分电器轴带动。
霍尔信号发生器由霍尔集成电路、永久磁铁等组成，两者之间留有一个空隙，以便叶轮的叶片能在隙内转动。
工作原理：
触发叶轮由分电器轴带动旋转，每当叶片进入永久磁铁与霍尔集成电路之间的空气隙时，永久磁铁的磁场被叶片旁路，霍尔集成电路表面无磁场作用，它内部的霍尔元件不产生霍尔电动势。
当叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁场经导磁板、空气隙形成磁路并作用在霍尔集成电路上，其内部的霍尔元件产生霍尔电动势输出。
这样随着叶轮的旋转，每个叶片都会使霍尔集成电路产生脉冲输出。
该脉冲或经电子点火组件控制点火或经ECU点火。
图3-5霍尔曲轴位置传感器波形
波形分析：
（1）波形频率应与发动机转速相对应，当同步脉冲出现时占空比才改变，能使占空比改变的唯一理由是不同宽度的转子叶片经过传感器。
除此之外脉冲之间的任何其他变化都意味着故障。
（2）查看波形形状的一致性、检查波形上下沿部分的拐角。
由于传感器供电电压不变，因此所有波峰的高度（幅值）均应相等。
实际应用中有些波形有缺憾或上下各部分有不规则形状，这是正常的，关键要求保持一致。
（3）如果在波形检测设备0V电压处显示一条直线，则应：
确认波形检测设备和传感器连接良好；
确认相关的零件（曲轴）都在转动；
用示波器检查传感器的电源电路和发动机ECU的电源及接地电路；
检查电源电压和传感器参考电压。
（4）如果在波形检测设备上显示传感器电源电压处显示一条直线，则应检查传感器接地电路的完整性；
确认相关的零件都在转动；
如果传感器的电源和接地良好，波
形检测设备显示在传感器供电电源电压处一条直线，则很可能是传感器损坏。
（5）如果有脉冲信号存在，应确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度、频率和形状等判定性依据。
数字脉冲的幅值必须足够高（通常在起动时等于传感器供电给电压），两个脉冲间的时间不变（同步脉冲除外），并且形状是重复可预测的。
曲轴位置传感器的正常波形：
输出电压的幅值不变，频率随发动机转速的变化而变化；
电压的水平上线达到参考电压；
电压的水平下线几乎到达接地电压，若离地太高说明电阻太大或接地不良；
电压的水平上下线均为平滑直线；
电压的幅值等于参考电压；
波形为方形，电压的转变为垂直直线。
3.6车速传感器
车速传感器是用于检测汽车车速的传感器。
赛豹汽车的车速传感器是磁电式。
磁电式车速传感器是一个模拟交流信号发生器，它是由带两个接线柱的线圈及磁芯组成。
这两个线圈接线柱是传感器的输出端子，当铁制的环状翼轮（有时称为磁组轮）随车速转动经过传感器时，便在传感器的线圈中感应出一个交变循环的电压信号。
其工作原理：
磁组轮上的每个齿轮
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