8146解祥迪波形分析在现代气车故障诊断中的应用.docx
《8146解祥迪波形分析在现代气车故障诊断中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《8146解祥迪波形分析在现代气车故障诊断中的应用.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
8146解祥迪波形分析在现代气车故障诊断中的应用
编号
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目
波形分析在现代汽车故障诊断中的应用
学生姓名
解祥迪
学号
82011146
院系
汽车工程系
专业
汽车检测与维修技术
班级
820111
指导教师
汪东明副教授
顾问教师
二〇一三年十一月
摘要
随着汽车电子技术的应用和发展，汽车的电子化、智能化程度越来越高。
波形分析在汽车故障诊断中越来越受重视，与故障诊断仪相比，波形分析有着必可比拟的优势，更能从根本上判断出故障原因。
本文首先介绍了电子信号的五大类型和电气元件波形产生的机理，浅谈了未来的发展方向，讲述了电气元件的正常波形和故障波形，介绍其故障产生原因。
结合波形分析典型案例进行了详细分析，增加了对波形分析在现代汽车故障诊断中的应用丰富了专业知识，为今后的工作打下了良好的基础。
关键词：
电控发动机；故障诊断；波形分析
Abstract
Howtoquicklymasterthestructureofelectronic-controlledengineprincipleandmethodoffaultdiagnosis,hasbecometheurgentmaintenanceproblems.Byusingwaveformanalysismethodinthediagnosisofelectronicallycontrolledenginefailureisanewtypeofautomobileenginefaultdiagnosis,hasbecometheurgentmaintenanceproblems.Byusingthewaveformanalysismethodinthediagnosisofelectronicallycontrolledengineisanewtypeofautomobileenginefaultdiagnosis,waveformanalysistechniquesusedinvehiclemaintenanceandrepair,cangreatlyimprovethespeedandtheaccuracyofautofaultdiagnosisusingwaveformanalysistest,Thevariousparametersoftheoscilloscopecandisplayideassignalusingtheseparameterscandeterminetheideasignalwaveformisnormal,andthenthroughthewaveformanalysiscanfurthercheckthecircuitofthesensor,actuator,andallpartsofthecircuitandcomputercontrollerfailure,andrepair.
Keywords:
Electronic-controlledengine; Failure analysis; Waveform
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1波形分析的重要性1
1.2汽车电子信号的五大类型1
1.3汽车电气元件波形产生的机理2
第二章KT600汽车专用示波器4
2.1汽车示波器的应用4
2.2KT600汽车专用示波器5
2.3KT600汽车专用示波器使用方法及注意事项8
第三章汽车电气元件波形分析11
3.1传感器的波形分析11
3.1.1氧传感器波形分析11
3.1.2进气温度传感器波形分析15
3.2执行器波形分析16
3.2.1点火系统波形分析16
3.2.2喷油驱动器波形分析19
3.3交流发电机波形分析20
3.4蓄电池电源测试波形分析22
第四章波形分析典型案例24
4.1制动抖动、轮速传感器性能异常24
4.2发动机运转不稳定，故障指示灯亮25
4.3发动机不能启动26
第五章总结与展望30
5.1总结30
5.2论文存在的不足及展望30
致谢31
参考文献32
第一章绪论
1.1波形分析的重要性
现代汽车技术的不断发展，电子信息技术的发展更为迅猛，在汽车上装用的电子设备越来越多，这就对今天的汽车故障诊断提出了新的挑战。
如何快速、准确地诊断出汽车电子控制系统的故障，是现代许多汽车维修人员面临的一个难题。
众所周知，对现代汽车的故障诊断大致有4种方式，即解码器诊断、汽车专用万用表诊断、数据流分析和波形分析。
目前，我国汽修行业对解码器的使用已非常普遍，大多数维修人员都掌握了利用解码器对汽车进行故障诊断。
但是，诊断汽车故障只有解码器是不够的。
有维修经验的人都知道，绝大部分的解码器只能解决当仪表盘上的“故障灯”亮时系统监测到的故障，但问题的难点是系统“故障灯”不亮而汽车仍有故障的情况，如汽车电子控制系统中的传感器和执行器在长时间的使用过程中会磨损、腐蚀、变形和老化，它们的性能则随之变差，此时电控单元往往就不能判定它们有故障。
另外，即使“故障灯”亮时用解码器读出了故障码，也很难判断一个复杂系统的故障部位，如丰田汽车14号故障码为点火系统故障，而点火系统由很多零部件组成，因此很难确定故障的部位。
此时利用检测设备中的的示波器功能对所怀疑部件进行波形测试，便可使维修人员快速了解被检测部件的工作性能，从而快速找到故障零部件。
但是要求掌握正常波形与故障波形。
通过使用汽车专用示波器对点火波形进行采集、检测、分析总结资料，以实现对汽车专用示波器的熟练使用，通过正确波形与故障波形进行对比，对发动机点火波形的深入分析，就可以找到发动机常见点火故障从而准确进行检修，从而提高了维修的准确性和效率。
波形分析法就是利用汽车示波器获得汽车电子控制系统中的传感器、执行器等电子设备的波形信号（即电压随时间变化的电信号）,然后把这些实测信号与这些电子设备的正常波形信号进行对比,分析找出其中的差异,最后操作者根据自己的理论知识找出故障发生部位的方法。
利用检测设备中的示波器功能不仅可以快速捕捉汽车电路信号,还可以用较慢的速度来显示这些波形信号,以便我们一面观察,一面分析。
此外,汽车示波器还具有存储功能,可以显示已发生过的信号波形,这就为我们分析判断故障提供了极大方便。
1.2汽车电子信号的五大类型
当今汽车系统中存在五种基本类型的电子信号，把这五种基本的汽车电子信号称为“五要素”。
“五要素”可以看成是控制系统中各个传感器，控制电脑和其它设备之间相互通迅的基本语言，就像英语的字母，它们都有不同的“发音”。
正是“五要素”中各自不同特点，构成用于不同通信的目的。
当今汽车电子信号的五大基本类型：
1.直流（DC）信号
在汽车中产生直流（DC）信号的传感器或电源装置有--蓄电池电压或控制电脑（PCM）输出的传感器参号电压。
模拟传感器信号--发动机冷却水温度传感器、燃油温度传感器、进气温度传感器、节气门位置传感器、废气温再循环压强和位置，翼板式或热丝式空气流量计、真空和节气门开关，以及通用汽车、克莱斯勒汽车和亚洲汽车的进气压力传感器。
2.交流（AC）信号
在汽车中产生交流（AC）信号的传感器和装置有：
车速传感器（VSS）、防滑制动轮速传感器、磁电式曲轴转角（CKP）和凸轮轴（CMP）传感器、从模拟压力传感器（MAP）信号得到的发动机真空平衡波形、爆震传感器（KS）。
3.频率调制信号汽车中产生可变频率信号的传感器和装置有：
数字式空气流量计、福特数字式进气压力传感器、光电式车速传感器（VSS）、霍尔式车速传感器（VSS）、光电式凸轮轴和曲轴转角（CKP）传感器、霍尔式凸轮轴（CAM）和曲轴转角（CKP）传感器。
4.脉宽调制信号
在汽车中产生脉宽调制信号的电路或装置有：
初级点火线圈、电子点火正时电路、废气再循环控制（EGR）、净化、涡轮增压和其它控制电磁阀、喷油嘴、怠速控制马达和电磁阀。
5.串行数据（多路）信号
若汽车中具备有自诊断能力和其它串行数据送给能力的控制模块，则串行数据是由发动机控制电脑（PCM），车身控制电脑（BCM）和防滑制动系统（ABS）或其控制模块产生。
1.3汽车电气元件波形产生的机理
汽车电子控制系统的工作原理是电控单元通过接收各个传感器输入的电子信号,识别其电子信号特征,并依据CPU内存信息和这些电子信号特征来控制不同的执行器动作,从而保证汽车的正常运转。
当某些电子信号发生异常时,表明汽车存在着与之相对应的某些故障,因此可以通过汽车示波器检测这些电子信号,并分析其信号特征变化来进行汽车故障的诊断。
汽车中的每个电子信号都可以用5种判定依据中的一个或多个特征组成。
电子信号类型与判定依据之间的关系如表1-1所示。
每个电子信号必然与一个或多个判定依据相对应，以帮助计算机系统确认是什么类型的电子信号。
表1-1电子信号类型与判定依据的关系
信号类型
判定依据
幅度
频率
形状
脉冲宽度
阵列
直流
√
交流
√
√
√
频率调制
√
√
√
脉宽调制
√
√
√
√
串行调制
√
√
√
√
√
为了使汽车的计算机系统功能正常，必须去测量用于通信的电子信号，即用汽车示波器去“截听”汽车计算机中的电子对话。
当汽车中的传感器、执行器或电路从正常状态突变到故障状态时，它们在汽车示波器上显示的波形几乎总是在它5种判定依据上发生剧烈的变化，这就是为什么可用汽车示波器对汽车故障进行诊断，从而确定其故障部位的重要原因。
第二章KT600汽车专用示波器
2.1汽车示波器的应用
汽车诊断设备在强大的市场需求下蓬勃发展，汽车微机控制系统检测诊断设备的法杖经历了由简单的诊断仪、扫描器到汽车示波器等几个阶段。
简单的诊断仪是利用配套连线和车上的电子控制单元（ECU）进行数据交流的专用仪器，只能读取与清除ECU存储器内的故障信息（故障码及内容）；扫描器增加了对汽车微机控制系统数据扫描的功能，并能显示出微机控制系统等元件的实际运行参数（数据流），以便检修人员快速分析问题，确定故障部位。
但是对扫描工具来说，对错误信号的判断是有局限性的，对超范围的信号往往会错误的认为是正确的，或者是由于“假信号”发生太快，扫描工具不能同步捕捉信号而无法显示。
这也就是我们经常遇到的问题，汽车明明有故障，而扫描工具检测却显示系统正常。
图2-1ABS波形对比
举个简单的例子，一辆轿车的ABS系统时好时坏，客户要求维修，那么首先要连接诊断设备进行故障码读取，进行数据流分析，根据故障提示进行处理。
可是没有故障信息，进行路试，也没有出现顾客反映的问题，检测一切正常。
根据维修资料提示，连接万用表对ABS传感器进行电锯及电压测试，结果所显示的数值都在误差允许范围之内。
按照维修流程对ABS控制单元供电及相关线路进行测试，结果均为正常。
出现这种情况的时候，制造商的诊断流程推荐更换ABS控制单元，但是因为ABS控制单元和ABS泵是一个整体，必须一起更换，更换完ABS控制单元后，故障却没有排除。
出现这种故障的原因多半为传感器信号不良，搭铁不良，系统插接件连接不良等等，控制单元出问题的几率相对较低。
搭铁及插接件可以通过万用表测试完成判断工作，但是对于传感器信号的判断，万用表的表现却不是那么理想。
如图2-1所示为两个ABS传感器信号波形的比较，下面的传感器信号波形中间存在瑕疵，而这种问题万用表是无能为力的，甚至ABS控制单元也无法识别该传感器是不是真的有故障，今儿为维修检测工作带来了一些麻烦。
但是采用示波器测试，通过对传感器信号波形的分析，可以很容易的判断出故障的位置所在，问题轻松地以解决。
类似的例子还有跟多，如曲轴转角识别靶轮缺齿或齿因受外力作用而受损，可能导致车辆加速不良甚至熄火现象，有瑕疵的TPS传感器同样会影响车辆的动力性能。
2.2KT600汽车专用示波器
KT600汽车专用示波器（见图2-2）是博世汽车检测设备（深圳）有限公司独立开发完成的一款汽车专用示波器，它可以实时采集点火、喷油、电控系统传感器的波形，通过对传感器波形的分析可以准确的诊断传感器是否故障，通过对点火波形的分析不仅可以诊断点火系统的火花塞、高压线、点火线圈等各元器件故障，还可以分析出进气系统和燃油系统的可能故障点，为汽车的运行技术状况和故障诊断提供科学的依据。
图2-2KT600汽车专用示波器
基本功能：
（1）高速五通道汽车专用示波器，并可以进行参考波形存储。
（2） 汽车初级、次级点火波形分析；多种次级波形显示方式，并显示点火击穿电压、闭合角，燃烧时间等。
（3）通用示波器功能。
（4）记录仪功能 。
（5）发动机分析仪功能（选配）。
技术特色：
（1）采用国际工业标准四层电路板技术，使产品的稳定性和抗干扰能力更强。
（2）国内第一款实时显示真实波形的汽车专用示波器。
（3）免插卡设计使操作更简单。
（4）独有的设备硬件自诊断功能 。
（5）软件互联网升级更快捷。
（6）独特联机数据流波形显示并回放，可以精确的捕捉数据流的细微变化。
（7）装备业内领先的32位主控CPU+高速数字处理芯片，处理速度更快 。
（8）采用了可编程超大规模集成电路设计，使硬件设计更稳定更可靠，并且能进行在线硬件升级。
KT600正面视图（图2-3）：
图2-3KT600正面视图
KT600背面视图（图2-4）：
图2-4KT600背面视图
KT600上接口视图（图2-5）：
图2-5KT600上接口视图
KT600下接口视图（图2-6）：
图2-6KT600下接口视图
KT600汽车专用示波器的随机附件包括示波测试连接线、电源线、自诊断接头等（如图2-7）。
KT600附件及功能见表2-1。
图2-7KT600示波器及配件
表2-1KT600附件及功能
名称
功能
电源延长线
给主机提供电源，可以连接汽车点烟器接头或者汽车鳄鱼夹
汽车点烟器接头
连接电源延长线和汽车点烟器给主机供电
汽车鳄鱼夹
连接电源延长线和汽车电瓶给主机供电
测试探针
连接到通道CH1、CH2、CH3、CH4、输入，带接地线，可以×1或者×10衰减
示波延长线
可以连接CH1、CH2、CH3、CH4通道，主要功能是延长输入信号线
一缸信号夹
连接CH5通道，可以检测发动机转速和利用为触发
容性感应夹
可以连接CH1、CH2通道，感应刺激点火信号
示波连接线
可以对接地线或者信号线进行延长，方便连接
2.3KT600汽车专用示波器使用方法及注意事项
在主界面上选择示波器分析仪，确认进入如图2-8所示菜单。
图2-8KT600主界面
只要在KT600的菜单里按下方向键选择需要检测项目，按（EXIT）键可以返回上级菜单。
选择通用示波器，按[ENTER]键确认，如图所示，在屏幕上有十个选项：
通道、周期、电平、幅值、位置、停止、存储、载入、光标、触发、打印、退出以及三个功能选项：
通道设置、自动设置、配置取存，按左右方向键可以对选择项目进行调整（见图2-9）。
图2-9KT600操作选项
按功能键可以选择通道1（CH1）、通道2（CH2）、通道3（CH3）、通道4（CH4）、任意组合方式。
选择周期调整，按上下键可以改变每单格时间的长短，如果开机时设定的是10mS/格，按下键则会变为5mS/格，波形就会变稀，按向上键则会变为20mS/格，波形会变密。
对纵轴的触发电平进行调整，对于同一波形，选择不同的触发电平，波形在显示屏上的位置就会跟着变化，如果触发电平的数值超出波形的最大最小范围时，波形将产生游动，在屏幕上不能稳定住。
按上下方向键可以调整纵向波形幅值的大小，KT600可以选择1：
500、1:
200、
1:
100、1:
50、1:
20、1:
10、1:
5、1:
2.5、1:
1.0和1:
0.5。
选择位置调整可以对波形的上下显示位置进行调整，按向上方向键，波形就会上移，按向下方向键，波形就会下移动。
注意事项 ：
1.测试点火高压线时，必须使用专用的电容探头，不能将示波器探头直接接入点火次级电路。
2.使用汽车示波器时，注意远离热源，例如排气管，催化器等，温度过高会损坏仪器。
3.汽车示波器在测试时要注意测试线尽量离开风扇叶片、皮带等转动部件，是风扇叶片绞切测线时的波形。
4.测试时确认发动机盖的液压支撑是好的，防止发动机盖自动下降时伤及头部或损坏汽车示波器。
5.路试中，不要将汽车示波器放在仪表台上方，最好是拿在手中测试。
第三章汽车电气元件波形分析
3.1传感器的波形分析
现代汽车有着复杂的传感器网，通过传感器组成的电路和系统，从汽车运行系统的每一部分得到信息，并以光速将信息传至计算机。
传感器告诉计算机汽车走的多快，发动机的每分钟转速时多少，发动机的负荷有多大，汽车是在转弯还是直行等等。
当所有的传感器工作正常时，汽车运行良好，排放较干净，效率也较高。
但是，和其他设备一样，传感器也会损坏。
当它损坏时计算机失去它的前沿信息，它便无法得到保持有效动作所需的信息，此时，必须找出哪一个传感器是坏的，修理它或更换它，让系统返回正常的工作状态。
下面我们研究如何检查波形，如何发现有故障的传感器。
3.1.1氧传感器波形分析
1.氧传感器简介
在电子燃油喷射发动机上，氧传感器是空燃比闭环控制系统中的一个重要元件，它的主要作用是通过检测发动机排气中氧气的含量来获得燃烧的混合气的稀浓信息，并将检测结果转变为电信号输入ECU，ECU根据接收的信号不断地对喷油脉宽进行修正，使发动机混合气尽量保持在理论空燃比附近，燃烧尽量完全，并使装在排气管上的三元催化转化器起到有效的净化尾气作用，减少汽车排气污染。
在氧传感器正常工作的情况下，如果发动机出现了某种故障使混合气不在理论空燃比附近燃烧，通过检测氧传感器的输出波形便可知道燃烧室的燃烧状况，进而分析引起这种燃烧状况的原因，以排除发动机运行状态的故障。
2.氧传感器的结构原理
现在汽车使用最多的是二氧化锆式氧传感器，如图3-1所示为二氧化锆式氧传感器的结构原理图，其基本元件是二氧化锆陶瓷管，即锆管。
图3-1氧传感器结构原理
1-锆管2-电极3-电极引线4-壳触点5-排气管6-多孔陶瓷支承7-废气
锆管内外表面都覆盖一层多孔性的铂模作为电极，外表面与废气接触，内表面与大气接触。
当汽车排气且温度高于300℃时，氧气发生电离，由于此时锆管内外表面存在氧浓度差，使氧离子从高浓度向低浓度扩散，因而在铂电极间产生电压，即氧传感器输出信号。
在铂的催化作用下，氧传感器输出电压将在理论空燃比（过量空气系数λ=1）时发生突变，见图3-2。
图3-2氧传感器输出信号
即混合气浓时产生高电压（接近1V）混合气稀时产生低电压（接近0V）。
发动机控制单元收到一个输入信号时，判断此时混合气浓度并向喷油器发出执行信号，修正喷油器的喷油脉宽，以使发动机混合器尽量保持在理论空燃比附近，即对空燃比进行闭环控制。
所以氧传感器输出波形将随空燃比的改变而改变，正常情况下氧传感器输出的标准波形如图3-3所示。
图3-3氧传感器标准波形
因为在实际中ECU要完全保持混合气在理论空燃比是不可能的，所以氧传感器对喷油脉宽的调节也是动态的，只能使混合气在理论空燃比附近的较小范围内波动，其输出电压通常会在0.1V~0.8V之间不断变化，并要求10s内变化大于8次以上。
发动机运行故障引发的氧传感器波形分析在汽车氧传感器工作正常的情况下，利用氧传感器输出波形随发动机混合气浓度变化而变化的关系，可以诊断一些发动机燃油、空气系统及部分机械故障。
下面主要讨论两种燃烧不正常的故障状态，混合气过浓或过稀，当发动机混合气过浓或过稀时，排气中氧的含量在氧传感器铂的催化作用下将变得很少或过多，导致氧传感器的电极电压将会向高电压或低电压一侧输出，如图3-4所示。
a.混合器偏稀时的波形b.混合气偏浓时的波形
图3-4混合气浓度与氧传感器输出的关系
在图中可以看出，在混合气偏稀时，排气中的氧含量增加，尽管在铂的催化作用下还是不能消耗完排气中的氧气，氧传感器内外两侧氧浓度差较小，输出信号较低，且由氧传感器反馈控制的加浓时间明显增加；在混合气偏浓时，排气中氧的含量减少，在铂的催化作用下几乎消耗了排气中所有的氧气，氧传感器内外两侧氧浓度差较大，输出信号较高，且由氧传感器反馈控制的减少喷油脉宽的时间明显增加。
当然除了混合气过稀或过浓外，发动机的燃烧状况还可能出现其他的状况，比如因为点火或喷油不良引发的发动机各缸工作状况不均匀、发动机燃烧效率降低；在发动机急加速、急减速时出现的燃烧不完全等故障，这些故障状态反映在氧传感器波形上就不是单一的混合气过浓或过稀时的高、低电压波形了，而可能是在正常波形或故障波形的基础上还出现了杂波。
图3-5氧传感器杂波波形
如图3-5所示，图中的是中等杂波，可能是正常的，也可能是发动机故障引起的；严重杂波一般是由于发动机出现了较明显的机械或电气故障引起的，下面都将作分析。
3.发动机运行状态故障分析
通过以上分析可知，当发动机出现某些机械或电气故障导致混合气过浓、过稀或发动机效率降低、各气缸工作不均匀时，可以通过测试氧传感器的波形得到此故障信息，进而分析发动机运行状态故障。
4.混合气偏稀时的故障波形分析
从波形图上看，氧传感器输出低电压的时间明显大于输出高电压时间，虽然ECU对这种过稀状态进行了调节，但这种调节不足以消除发动机的过稀状态，造成这种故障主要从以下几方面分析：
（1）进气量过大。
最有可能的原因就是进气系统漏气，在利用空气流量计的电控系统中，喷油量的控制是通过空气流量计的进气量计算的，如果空气系统存在漏气，那么空气流量计所测进气量将小于实际进气量，导致混合气过稀。
（2）燃油供给不足。
在电控发动机中，燃油供给不足的主要原因是油路堵塞或油压过低，当一个或多个喷油器脏污受堵时，将导致发动机的喷油量小于实际喷油量，另外当油泵出现故障导致转速下降或汽油泵滤网、汽油滤清器堵塞时，也会由于燃油压力下降导致混合气过稀。
（3）传感器故障。
由于某些传感器工作不正常，导致ECU调节喷油量减小，以使混合气出现过稀的状态。
5.混合气偏浓时的故障波形分析
从波形图上看，氧传感器输出高电压的时间明显大于输出低电压时间，虽然ECU通过氧传感器的反馈信号对这种过浓状态进行了调节，但这种调节不足以消除发动机的过浓状态，造成这种故障主要从以下几方面分析：
（1）供油过量。
造成发动机供油过量的原因主要是油路压力过高或喷嘴漏油。
具体部位有油压调节器出现故障导致油路压力过高、喷油器损坏导致漏油。
（2）空气流量计故障。
空气流量计发生故障时，导致不能准确计量进入发动机的空气量，有ECU计算的喷油量就不准确，也有可能导致混合气过浓的故障。
（3）个别缸缺火。
当有个别缸缺火时，该缸实际没有参与工作，喷入气缸的燃油没有被燃烧就排出了气缸，导致该缸排气时混合气过浓，当然这种故障波形是该缸排气时出现了一个波动或杂波，需要认真判别。
（4）传感器故障。
电控发动机工作时要根据各传感器的信号对喷油量进行修正，如同发动机出现混合气过稀一样，但某
升级会员 