论文设计发动机冷机难启动故障分析报告.docx

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论文设计发动机冷机难启动故障分析报告

发动机冷机难启动故障分析

摘要：

汽车电子控制燃油喷射发动机是机电一体化高新技术的产物，尤其是发动机的控制系统，它设置有多个传感器、执行器和电子控制元件。

在发动机冷车启动困难故障，根据电控发动机组成及工作原理对发动机传感器、执行元件、机械部分进行检测，最终找出引起故障的位置与部件，进行检修或更换配件工作，从而排除故障。

一、现代发动机电控系统组成及工作原理

目前，汽车发动机上主要的电子控制系统有：

电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统、进气控制系统、怠速控制系统、排放控制系统、自诊断系统等。

通常将电子控制燃油喷射系统、电子控制点火系统以外的其他控制系统统称为辅助控制系统。

发动机电子控制系统主要控制功能是燃油控制（控制喷油量和喷油正时）和点火控制（控制点火提前角、闭合角和爆震控制）。

1、电子控制燃油喷射系统

主要包括喷油量控制、喷射正时控制。

ECU主要根据空气流量传感器提供的进气量信号确定基本的喷油量，在根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器）信号对喷油量进行修正，能有效控制混合气空燃比，使发动机在各种工况下空燃比达到较佳值、在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而实现提高功率、降低油耗、减少排放污染等功效。

2、电子控制点火系统

主要功能是点火提前角控制和通电时间（闭合）控制与恒流控制。

系统可使发动机在不同转速、不同负荷条件下，根据各相关传感器信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理性的点火提前角点燃混合气，并根据蓄电池电压及转速等信号控制点火线圈初级电路的通电时间，从而改善发动机的燃烧过程，是发动机输出最大的功率和转矩，而将油耗和排放降低到最低限度。

此外。

系统还能进行爆震控制。

3、辅助控制系统

（1）进气控制系统

主要包括谐波进气增压系统（ACIS）、废气涡轮增压系统、可变气门正时系统、电子控制节气门系统（ETCS）等。

主要功用是根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以提高发动机的充气效率，从而改善发动机动力性。

（2）怠速控制系统

怠速控制（ISC）系统能在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入档位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。

（3）排放控制系统

对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。

排放控制主要包括汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统、废气在循环（EGR）控制系统、氧传感器及三元催化转化（TWC）控制系统、二次空气喷射控制系统等。

（4）自诊断系统

用来提示驾驶员发动机有故障，同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和围。

当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按ECU中预先设定的参考信号值工作，使发动机能继续运转以便能尽快到维修站检修，但发动机的性能有所下降。

在发动机运转过程中，ECU根据发动机控制系统的各传感器送来的信号，判断发动机当前所处的运行工况和运行条件，并从ROM中查取相应的控制参数数据，经中央处理器（CPU）的计算机和必要的修正后，输出相应的控制信号，控制发动机运转。

发动机电子控制系统的控制方式主要分为两种：

开环控制、闭环控制。

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、是否有爆震发生等）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，这种控制方式成为开环控制。

闭环控制：

闭环控制实质上就是反馈控制，在开环的控制的基础上，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，既系统的输出量对控制量有直接影响。

二、发动机传感器的结构及工作原理

1、空气流量传感器

结构：

热丝式空气流量传感器主要由发热元件、温度补偿电阻、信号取样电阻和控制电路等组成。

传感器壳体两端设置有与进气道相连接的圆形连接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械损伤的防护网。

传感器入口与空气滤清器一端的进气管连接，出口与流阀体一端的进气管连接。

工作原理：

当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门全闭或接近全比闭，所以空气量很小；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，热空气的质量小，因此，发热元件受到冷却的程度小，阻值减小幅度小，保持电桥平衡需要的加热电流小，故取样电阻上的信号电压低，ECU根据信号电压即可计算出空气量。

2、进气（歧管绝对）压力传感器

结构：

进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、电容式等。

由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛用于D型喷射系统中。

工作原理：

进气压力传感器检测的是节、气门后方的进气歧管的绝对压力，它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至电子控制器（ECU），ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。

3、节气门位置传感器

节气门位置传感器的作用是将节气门开度大小的状态变为电信号送入电子控制单元ECU。

电子控制单元ECU根据节气门开度大小，荻得发动机工况信息（怠速、部分负荷、全负荷等）和节气门开启的快慢程度获得加速、减速信息。

ECU以此作为判断发动机不同运行工况的依据，从而确定喷油器的喷油时间和点火提前角。

4、曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器

结构：

磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁轭组成。

工作原理：

当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期性的发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。

根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。

5、冷却液温度传感器

结构：

热敏电阻式温度传感器主要由热敏电阻、金属引线、接线插座和壳体等组成。

工作原理：

当被测对象的温度升高时，传感器阻值减小，热敏电阻上的分压值降低；反之，当被测对象的温度降低时，热敏电阻上的分压值升高。

ECU根据收到的信号电压值便可计算求得相应的温度值，从而进行实时控制。

6、进气温度传感器

将进气温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油量。

当进气温度低时，ECU将控制喷油器增加喷油量；反之，将控制喷油器减少喷油量。

如果进气温度传感器信号中断，就会导致启动困难、废气排放量增大等。

7、爆震传感器

发动机工作时因点火时间提前过度（点火提前角）、发动机的负荷、温度及燃料的质量等影响，会引起发动机爆震。

发生爆震时，由于气体燃烧在活塞运动到上止点之前，轻者产生噪音及降低发动机的功率，重者会损坏发动机的机械部件。

为了防止爆震的产生，爆震传感器是不可缺少的重要部件，以便通过电子控制系统去调整点火提前时间。

8、车速传感器

分类：

舌簧开关式、电磁感应式、光电式、可变磁阻式、霍尔式等

作用：

检测汽车行驶速度，并把检测结果输入给汽车仪表系统用于显示车速，或将检测的车速信号输入到需要车速信号的汽车控制系统的ECU。

三、发动机执行器工作原理及检修

1、电动燃油泵

作用：

供给燃油喷射系统规定压力的燃油

结构：

电动燃油泵主要由永磁式直流电动机、油泵、限压阀、单向阀和泵壳等组成。

工作原理：

当点火开关接通时，泵转子便随电动机一同转动，将燃油经输油管和进油口泵入燃油泵。

当油泵油压超过单向阀处弹簧压力时，燃油便从出油口经输油管泵入供油总管，再分配给各个喷油器。

当油泵停止工作时，单向阀将阻止汽油回流，使供油系统中保存的燃油具有一定压力，以便于发动机再次启动。

检修：

1当蓄电池电压正常，燃油泵熔断丝也正常时，接通点火开关，燃油箱附近应能听到燃油泵启动并工作约2s的声音。

测电压，正常的燃油泵继电器电压应等于蓄电池电压。

油泵电源电压越高，泵油量也就越大 。

2用万用表测量电动燃油泵两接线柱之间的电阻，其阻值应约为2~3Ω。

阻值过大，说明有断路或接触不良之处；阻值过小，说明有短路或搭铁故障。

3进、出油阀因磨损和汽油中酸性物质的腐蚀、胶质等影响，使油阀关闭不严，影响泵油量和泵油压力。

4单片式油阀可将其磨平或翻面使用；组合式油阀可用酒精清洗，除去胶质。

经修磨或清洗无效时，应更换新件

2、电磁喷油器

作用；根据ECU的喷油脉冲信号，精确计量燃油喷射量

结构：

电磁喷油器安装在燃油分配管上，主要由燃油滤网、线束插座、电磁线圈、针阀阀体、阀座、复位弹簧、O形密封圈等组成

工作原理：

当喷油器的电磁线圈接通电流时，线圈会产生电磁吸力吸引针阀阀体。

阀体上升时，针阀随阀体一同上升，针阀离开阀座时，阀门被打开，燃油便从喷孔喷出，由于燃油压力较高，喷出雾状燃油。

当喷油器的电磁线圈电流切断时，电磁吸力消失，阀体在复位弹簧的弹力作用下复位，针阀回落到阀座上将阀门关闭，喷油停止。

（发动机冷启动时，按照可编程只读存储器中预先编制的启动程序和预定空燃比控制喷油）

检修：

①先启动发动机，仔细听每个喷油器运作声音，如果听不到声音，应该检查配线连接器、喷油器等。

②用万用表测量喷油器端子间的电阻，对于电压驱动式高阻抗型喷油器，阻值应为12～16Ω；低阻抗型喷油器电阻值应为3～5Ω；电流驱动式喷油器阻值应为2～3Ω，否则更换喷油器。

③检查喷油器的喷油量，其值应为55～70mL/15s，并且各缸喷油量差值不大于10mL。

3、怠速控制阀

作用：

根据发动机的负荷情况，控制发动机怠速转速。

结构：

永磁转子步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构、阀芯、阀座等组成。

工作原理：

当步进电机的转子转动时，螺母将带动螺杆做轴向移动。

转子转动一圈，螺杆移动一个螺距。

因为阀芯与螺杆固定连接，所以螺杆将带动阀芯开大或关小阀门开度。

ECU通过控制步进电机的转动方向和转动角度来控制螺杆的移动方向和距离，从而达到控制怠速阀开度，调整怠速转速之目的。

检修：

①车上检查  当发动机熄火时，怠速控制阀就会发出“咔哒”的响声，使阀门开度退到最大位置。

若听不到复位时的响声，应进行检查。

②检查定子绕组的电阻值  拔下连接器插头，用万用表检测插座上定子绕组电阻值应当符合规定。

永磁转子步进电动机式怠速控制阀 有2组或4组线圈，各组线圈的阻值约30～60Ω。

若阻值不符规定，应予更换新品。

四、冷车启动影响分析

五、发动机故障现象及分析

1、冷车不易起动 原因分析 ：

在汽车修理标准中规定：

在环境温度-５℃以上，每次使用起动机５ｓ，最多使用３次发动机应起动。

随着现今汽车技术含量的提高，许多用户对此标准早已不认可，他

们希望使用起动机在５ｓ就应起动成功，而且现代的电控发动机一般都能做到。

如果发动机出现起动困难的故障时，故障原因一般包括：

1起动系统故障，如蓄电池电能不足、起动机损坏或起动机电路存在故障；

②发动机机械故障，如进气管漏气，活塞与气缸之间封闭不良，以及气门关闭不严导致气缸压力低； 

③进气门背部及进气管积炭过多，导致喷入的汽油被积炭吸附而不能进入燃烧室； 

④发动机管理系统故障，如转速传感器信号弱，水温信号不正确，以及线路接触不良； 

⑤点火系统存在故障，如火花塞积炭过多或间隙不正确，高压线漏电，以及点火线圈损坏等； 

⑥供油系统故障，如燃油系统保持压力不足，喷油器泄漏或堵塞等。

解决方法：

1检查蓄电池、启动机等启动系统；

 ②用汽缸压力表进行发动封检测； 

③用工业窥镜检查发动机汽缸上部是否有积炭

④检查油泵是否正常工作； 

⑤根据以上检查确定故障原因和部件，进行维修或更换配件。

2、冷车发动机怠速抖动

原因分析：

当发动机冷车起动后，若发动机出现没有冷车快怠速或转速不稳故障时，存在的故障原因一般包括：

1发动机机械故障，如各气缸压力低等；

2进气系统故障，如进气管漏气等；

 ③进气门背部及进气管积炭过多等； 

④发动机管理系统故障，如水温、进气温度信号不正确，线路存在故障等；

 ⑤点火系统存在故障，如火花塞积炭过多或间隙不正确，高压线、分电器盖漏电，以及点火线圈损坏等； 

⑥供油系统故障，如喷油器部胶质积炭过多造成喷油器关闭不严或堵塞等。

 解决方法：

1检测汽缸压力；

 ②用万用表检测各传感器； 

③使用故障诊断仪查询故障码和数据流；

 ④用跳火法看各缸点火能量是否足够； 

⑤根据以上检查确定故障原因和部件，进行维修或更换配件。

3、冷车加速闯车

原因分析：

虽然很多汽车厂商的使用说明书上表明冷车起动后无需预热就可起步，但笔者认为发动机在起动后若能稍微预热３～５ｍｉｎ，对发动机将大有益处。

因为这样可以减少发动机的机械磨损，对小排量发动机可以使起步动力充足。

如果冷车起动后就急加速会出现轻微闯车现象，若闯车现象严重，故障原因一般在于：

①发动机机械系故障，如气缸压力低导致发动机功率下降，在冷车状态更为突出； 

1进气门背部及进气管积炭过多，导致喷入的汽油被积炭吸附而不能进入燃烧室

2发动机管理系统故障，如水温、进气温度信号不正确，线路故障等；

 ④点火系统存在故障，如火花塞积炭过多或间隙不正确，高压线、分电器盖漏电，点火线圈损坏等； 

3供油系统故障，如喷油器部胶质积炭过多造成喷油器关闭不严或堵塞等。

解决方法：

①用汽缸压力表进行发动封检测； 

②用万用表、示波器等设备对发动机电器元件进行测量； ③用工业窥镜检查发动机汽缸上部是否有积炭； ④检查喷油器是否堵塞或密封不严； 

⑤根据以上检查确定故障原因和部件，进行维修或更换配件。