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1、电控发动机故障诊断与分析学士学位论文/毕业设计(论文) 常州机电职业技术学院毕业设计（论文）系 部： 车辆工程系 专 业： 汽车检测与维修 题 目： 电控发动机故障诊断与分析 2013年5月 毕业设计（论文）中文摘要 汽车电控发动机是电子技术与汽车技术的完美结合，电控技术能够提高发动机的动力性、燃油经济性、加速性能和起动性能。所以，对于电控系统的结构认识和故障诊断就显得十分重要。 本文首先是对电控系统的组成（信号输入装置、电子控制单元和执行元件）进行总体论述，接下来由于应用在发动机上的子控制系统尤以电控燃油喷射新系统较为复杂难懂，所以本文对其结构和工作原理进行了详尽阐述；还有对其辅助控制系统（

2、怠速控制系统、排放控制系统和故障自诊断系统）也加以补充；最后是对汽车电控发动机控制系统故障诊断与方法分析。 关键词：电控发动机 控制系统 故障分析与检测毕业设计（论文）外文摘要Title：Fault diagnosis and analysis of electronic control engineAbstract：Auto electronic control engine is the combination of electronic technology and vehicle technology perfect, electronic control technology can

3、 improve the engine power, fuel economy, acceleration performance and the starting performance. So, it is very important for understanding structure and fault diagnosis of electronic control system. This paper is composed of electronic control system (signal input device, electronic control unit and

4、 actuator) to the general discussion, then the application in the engine electronic control system, especially in the electronic fuel injection system is more complicated, so this paper elaborates on the structure and the working principle and control system of the auxiliary; (idle speed control sys

5、tem, emission control system and fault diagnosis system) has to be added; the last is the most practical method is to control the engine fault diagnosis and analysis system of automotive electronic control, column. Keywords: electronic control engine control system fault analysis and diagnosis目 录1 绪

6、 论 11.1 电控发动机技术概述 11.2 发动机电控系统简介 31.3 应用在发动机上的电子控制系统 32 电控发动机系统组成 62.1 信号输入装置 62.2 电子控制单元 72.3 执行元件 83 汽油机电控燃油喷射系统 103.1 电控燃油喷射系统概述 103.2 电控燃油喷射系统的功能 143.3 电控燃油喷射系统的组成与基本原理 184 电控发动机辅助控制系统 204.1 怠速控制系统 204.2 排放控制系统 214.3 故障自诊断系统 255汽油机电控发动机控制系统故障诊断与分析 295.1汽油机电控发动机控制系统故障诊断 295.2电控发动机的诊断流程 305.3电控发动机

7、检修方法分析 32结 论 37致 谢 38参考文献 391 绪 论1.1 电控发动机技术概述电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:（1）结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。（2）功能控制的集中性。电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成,电控燃油喷射系统又包括了燃油系统、进气系统和电控系统三个组成部分。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性

8、,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。 1.1.1 电控发动机技术的发展电子技术与汽车技术的结合形成了一门新技术汽车电子技术，随着汽车技术和电子技术的发展，汽车电子技术也得到了迅速发展。汽车电子技术已成为一个国家汽车工业发展水平的标志。汽车电子技术的发展始于20世纪60年代，可分为三个阶段：第一阶段，从20世纪60年代中期到20世纪70年代中期，主要是为改善部分性能而对汽车电器产品进行的技术改造，如1955年汽车上装用了第一个电子装置晶体管收音机，1960年美国克莱斯勒公司和日本日产公司在汽车上装用了硅二极管整流的交流发电机，同年美国通用公司将IC（集成电路）调节器应用于汽车上。20世纪70年

9、代末期到20世纪90年代中期是汽车电子技术发展的第二阶段，进入20世纪70年代后，随着汽车数量的日益增多，汽车安全问题和排放污染日益严重，能源危机的影响更加突出，在汽车发达国家相继制定了严格的排放法规和汽车燃油经济性法规，为解决汽车安全、污染和节能三大问题，电子技术在汽车上的应用更加广泛和完善，如1967年德国BOSCH公司研制出电控汽油喷射系统，1970年美国福特汽车公司首先在汽车上应用了除发动机以外的电控装置电子控制防滑（防抱死）装置，1973年美国通用公司在汽车上装用了Ic点火装置，1976年美国克莱斯勒公司在汽车上首先装用了电控点火系统。20世纪90年代中期以后为汽车电子技术发展的第三

10、阶段，随着社会和汽车相关科学技术的进一步发展，电子技术在汽车上的应用已逐步扩展到车用汽油发动机机以外的底盘、车身和车用柴油发动机等多个领域，电子技术在汽车上的应用越来越普遍，各种车用电控系统也日趋完善。 早期的车用电控系统均是相互独立的，由于电子技术的发展水平有限，电子控制系统只能单独对汽车的某一功能进行控制。采用独立控制系统，很难实现全面的综合优化控制，控制效果也很差。现代汽车上广泛应用的是集中控制系统，它是将多种控制功能集中到一个电子控制单元上，使汽车上的电控系统结构和线路大大简化，成本也随之降低，为电控技术在汽车上的普及推广提供了有利条件。实现高度集中控制及集中故障诊断的整车控制技术是汽

11、车电控发展必然趋势。1.1.2 电控技术对发动机性能影响 众所周知，汽车发动机的运行工况是多变的，只有电子控制的灵活性和电子控制单元强有力的综合处理功能，才能使发动机在各种运行工况下实现全面优化运行，从而提高发动机性能。(1)提高发动机的动力性在汽油发动机上，电控燃油喷射取代了传统的化油器，减小了进气系统中的进气阻力，部分发动机上还采用了进气控制系统等，提高了充气效率，而且电控系统保证进入发动机气缸的空气得到充分利用，从而提高发动机动力性。(2)提高发动机的燃油经济性在各种运行工况和运行环境下，电控系统均能精确控制发动机工作所需的混合气浓度，使燃烧更完全、燃油利用更充分，从而提高发动机的燃油经

12、济性。(3)降低发动机的排放污染电控系统对发动机在各种运行工况和运行环境下优化控制，提高了燃烧质量，同时各种排放控制系统在汽车上的应用，都使发动机的排放污染大大降低。(4)改善发动机的加速和减速性能在加速或减速运行的过渡工况下，电子控制单元的高速处理功能，使控制系统能够迅速响应，使汽车在加速或减速反应更灵敏。(4)改善发动机的起动性能在发动机起动和暖机过程中，控制系统能根据发动机温度变化，对进气量和供油量进行精确控制，从而保证发动机顺利起动和平稳经过暖机过程，可明显改善发动机的低温起动性能和热机运转性能。此外，电控系统对发动机各种运行工况的优化控制和电控系统的不断完善，使发动机的故障发生率大大

13、降低。自我诊断与报警系统的应用，提高了故障诊断的速度和准确性，缩短了汽车因发动机故障而停驶的时间，具有良好的社会效益和经济效益。1.2 发动机电控系统简介1.2.1 发动机电控系统基本组成 电子控制系统（简称电控系统）是指采用计算机等电子设备作为控制装置的自动控制系统。任何一种电子控制系统，其主要组成都可分为信号输入装置（传感器）、电子控制单元（ECU）和执行元件（执行器）三部分。 电子控制系统中的信号输入装置是各种传感器。传感器的功用是采集控制系统所需的信息，并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。电子控制单元（ECU）是一种综合控制电子装置，其功用是给各种传感器提供参考（基准）电压，接受传

14、感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的电信号进行存储、计算和分析处理，根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。执行元件是受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。1.2.2 发动机电控系统的分类电子控制系统有两种基本类型：即开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统的控制方式比较简单，ECU只根据各种传感器信号对执行元件进行控制，而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。而闭环控制系统除具有开环控制的功能外，还是对其控制结果进行检测，并将检测结果（即反馈信号）输入给ECU，ECU则根据反馈信号对其控制误差进行修正，所以闭环控制系统的控制精度比开环控制系统高。 1.3 应用在发动机上的电

15、子控制系统(1)电控燃油喷射系统在汽油机电控燃油喷射（EFI）系统中，喷油量控制是最基本的也是最重要的控制内容，电子控制单元（ECU）主要根据进气量确定基本的喷油量，在根据其他传感器（如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和燃油排放性。除喷油量控制外，汽油机电控燃油喷射系统的功能还包括喷油正时控制、断油控制盒燃油泵控制。(2)汽油机电控点火系统汽油机电控点火系统（ESA）最基本的功能是点火提前角控制。系统该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，选择最理想的点火提前角点燃混合气

16、，从而改善发动机的燃烧过程，以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。此外，电控点火系统还具有通电时间控制和爆燃控制功能。(3)怠速控制系统汽油机怠速控制(ISC)系统是发动机辅助控制系统，其功能是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、变速器是否挂入挡位等，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。(4)排放控制系统其功能主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括：废气再循环（EGR）控制，活性炭罐电磁阀控制，氧传感器和空燃比闭环控制，二次空气喷射控制等。(5)进气控制系统进气控制系统的功能主要是根据发动

17、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。(6)增压控制系统增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上，ECU根据检测到的进气管压力，对增加装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。(7)巡航控制系统驾驶员设定巡航控制模式后，ECU根据汽车运行工况和运行环境信息，自动控制发动机工作，使汽车自动维持一定车速行驶。(8)警告提示由ECU控制各种指示和报警装置，一旦控制系统出现故障，该系统能及时发出信号以警告提示，如氧传感器失效、油箱油温过高等。(9)自诊断与报警系统在发动机控制系统中，电子控制单元（E

18、CU）都设有自诊断系统，对控制系统各部分的工作情况进行监测。当ECU检测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时，立即点亮仪表盘上的“CHECK ENGINE”灯（俗称故障指示灯），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范围。对车辆进行维修时，维修人员可通过特定的操作程序(有些需借助专用设备）调取故障码。故障排除后，必须通过特定的操作程序清除故障码，以免与新的故障信息混杂，给故障诊断带来困难。(10)失效保护系统失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，

19、以便发动机能继续运转。例如，冷却液温度传感器电路有故障，可能向ECU输入低于50或高于139的冷却液温度信号，失效保护系统将自动按设定的标准温度信号（80）控制发动机工作，否则会引起混合气过浓或过稀，导致发动机不能工作。此外，当发动机对工作影响较大的传感器或电路发生故障时，失效保护系统则会自动停止发动机工作。例如，汽油机控制ECU收不到点火控制器返回的点火确认信号时，失效保护系统则立即停止燃油喷射，以防大量燃油进入气缸而不能点火工作。(11)应急备用系统 应急备用系统的功能是当控制系统电脑发生故障时，自动启用备用系统（备用集成电路），按设定的信号控制发动机转入强制运转状态，以防车辆停驶在路途中

20、。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能，但不能保护发动机性能。 除了上述控制系统外，应用在发动机上电控系统还有 冷却风扇控制、配气正时控制、发电机控制等。应当说明的是，上述各种控制系统在不同的汽车发动机上，只是或多或少地被采用。此外，随着汽车技术和电子技术的发展，发动机控制系统的功能必将日益增加。 2 电控发动机系统组成2.1 信号输入装置在控制系统中，传感器是采集并向ECU输送信息的装置。目前广泛应用的发动机集中控制系统中，同一传感器的信号，可用于需要此信号的、不同功能的子系统控制中。不同发动机的控制系统，其控制功能和控制所需的信息不同，使用传感器种类也不完全相同。2.1.1 信号输入装

21、置的类型及功用 发动机集中控制系统所用的传感器主要有以下十种：(1)空气流量计（MAFS）在汽油机L型电控燃油喷射系统中，由空气流量计测量发动机的进气量，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。(2)进气管绝对压力传感器（MAPS)在汽油机D型电控燃油喷射系统中，由进气管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力，并将该信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。(3)节气门位置传感器（TPS）汽油机节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化，如全关（怠速）、全开及节气开闭的速率（单位时间内开闭的角度）信号，此信号输入ECU，用于燃油喷射控制及其他辅助控制（如EGR、开闭

22、环控制等）。(4)凸轮轴位置传感器（CMPS）凸轮轴位置传感器给ECU提供曲轴转角基准位置信号(G信号），作为喷油正时控制和汽油机点火正时控制的主控制信号。(5)曲轴位置传感器（CKPS）曲轴位置传感器有时称转速传感器，用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为喷油正时控制和汽油机点火正时控制的主控制信号。(6)进气温度传感器（IATS）进气温度传感器的功用是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射控制和汽油机点火控制的修正信号。(7)发动机冷却液温度传感器（ECTS）冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射控制和汽油机点火控制的修正信号。冷却液温

23、度传感器信号也是其他控制系统（如怠速控制和废气再循环控制等）的控制信号。(8)车速传感器（VSS）车速传感器检测汽车的行驶速度，给ECU提供车速信号（SPD信号），用于巡航控制和限速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。(9)氧传感器主要在汽油机上使用的氧传感器用来检测排气中的氧含量，向ECU输送空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制。(10)爆燃传感器（KS） 主要在汽油机上使用的爆燃传感器用来检测汽油机是否爆燃及爆燃强度，将此信号输入ECU，作为点火正时控制的修正（反馈）信号。2.2 电子控制单元 电子控制单元（ECU）俗称“电脑”，是发动机控制系统的核心，其功用是按照一定的程序对各种输入

24、信号进行运算、储存、分析处理，然后输出指令，控制执行元件工作，以达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。2.2.1 电子控制单元的基本功能 发动机控制ECU的功能随车型而异，但都必须有如下基本功能： (1)给传感器提供标准5V电压，接受传感器和其他装置的输入信号，并将输入的信息转换成微机所能接受的数字信号。 (2)储存该车型的特征参数和运算所需的有关数据信号。 (3)确定计算输出指令所需的程序，并根据输入信号和相关程序计算输出指令数值。 (4)将输入信号和输出指令信号与标准值进行比较，确定并存储故障信息。 (5)向执行元件输出指令，或根据指令输出自身已储存的信息（如故障信息等）。 (6)自我

25、修正功能（学习功能）。 在维修中如果怀疑ECU有故障，可通过检测ECU各端子的工作参数与标准进行比较来确定，最好的方法是用一个已知无故障的ECU代替，若故障现象消失，说明原ECU有故障。ECU发生故障一般无法修理，必须更换。2.3 执行元件 执行元件受ECU控制并具体执行某项控制功能的装置。 在发动机集中控制系统中，执行元件主要有：喷油器、点火器、怠速控制阀、巡航控制电磁阀、节气门控制电动机、EGR阀、进气控制阀、二次空气喷射阀、活性炭罐排泄电磁阀、油泵继电器、风扇继电器、空调压缩机继电器、自诊断显示与报警装置、仪表显示器等。随着控制功能的增加，执行元件也将相应增加。（1）喷油器喷油器是电喷系

26、统中的一个执行元件，即接受发动机控制单元(Electronic Control Unit或者Electronic Control Module，简称ECU或ECM)的喷油信号，定时定量喷出汽油。其实，喷油器就是一个电磁阀，喷油器内部有个电磁线圈，外面经插座与ECU相连，喷油器头部的针阀与衔铁连为一体。当电磁线圈通电时，便产生吸力，将衔铁和针阀吸起，打开喷油孔、燃油经针阀头部的轴针和喷孔之间的环形间隙高速喷出，并形成雾状，与空气很好地混合。使混合气在气缸内的燃烧更充分，也正是喷油器在燃油雾化方面比化油器更好，才保证了电喷发动机的燃烧更完全、废气污染物排放更少。电磁线圈不通电时，磁力消失，弹簧将衔

27、铁和针阎下压，关闭喷孔停止喷油。 喷油器针阀的升程很小，一般为0.1mm0.2mm，在百分之一秒左右的时间内开启和关闭，然而就是这0.1mm和百分之一秒保证了发动机的正常工作，因此，喷油器是一个精密装置。如果汽油中含有杂质，将会影响到喷油器的正常工作，为了避免喷油器被杂质堵塞，除了要在供油管路中安装燃油滤清器外，在每个喷油器尾部也都必须布置一个燃油滤清器。在设计制造方面，为了避免油管内汽油在高温下形成气泡，影响喷油效果，喷油器在进气管上的安装位置必须能保证较好地隔绝从发动机传来的热量，供油管路的布置也必须考虑到这一点。ECU得到信号后，能指令延长或缩短喷油时间，使喷油量与进气歧管真空度相匹配。

28、当节气门开启时，大量空气进入气缸，进气歧管真空度降低，那么传感器会输出信号使ECU增加喷油时间，喷出较多燃油以恒定空燃比。当节气门关闭时，流入气缸的空气减少，进气歧管真空度提高，那么传感器会输出信号使ECU减少喷油时间，以便减少喷油量。（2）怠速控制阀怠速控制阀装在节气门旁通空气孔上，由怠速控制器依据点火信号，在引擎转速低于750RPM时，即使怠速控制阀动作，以提升引擎转速， 在引擎转速超过1050RPM后，则停止动作。在配备冷气系统的车种，又将此控制阀称为怠速提速阀后因冷气压缩机动作后，产生引擎负载，使引擎怠速降低，而怠速控制阀随之动作，以维持怠速的稳定性。 怠速控制阀由点火开关供电，只要点

29、火开关转至ON位置，怠速控制阀即通电，发动机电脑控制其电路搭铁。当发动机的工作参数偏离正常值时，便使用该阀来调整怠速转速。怠速转速是通过控制旁通节气门体的空气量来调整的。发动机起动后，怠速控制阀开启一段时间进气量增加，使发动机怠速转速提高约150r/min-300r/min。当发动机冷却液温度较低时，怠速控制阀开启，以获得适当的快怠速。发动机电脑根据不同的冷却液温度，通过改变传到怠速控制阀的信号强度来控制怠速控制阀柱塞的位置。步进电机式怠速控制阀是世界上目前应用最多的一种怠速控制装置。用于汽车电喷系统旁通空气通道的开度，从而调节旁通气量，使发动机转速达到所要求的目标值。结构原理：由永久磁铁构成

30、的转子，激磁线圈构成的定子和把旋转运动转换成直线运动的进给丝杆及阀门等部分组成。它利用系统供给的步进信号进行转换控制，使转子可以正转，也可以反转，从而使阀芯（丝杆）进行伸缩运动以达到调节旁通空气道截面的目的，从而稳定怠速，并达到理想的怠速转速。（3）EGR阀 EGR阀是一个用来控制反馈到进气系统的废气再循环量的机电一体化产品。它通常位于进气歧管的右侧，靠近节气门体，有一通向排气歧管的短金属管与它相连。其作用是对进入进气歧管的废气量进行控制，使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。EGR阀是废气再循环装置中非常重要的、关键的部件。 3 汽油机电控燃油喷射系统3.1 电控燃油喷射系统概述3.1.1汽

31、油喷射系统的发展史 汽油喷射系统从20世纪30年代使用于军用飞机发动机上，最早装用汽油喷射系统的汽车，出现在1945年的汽车展览会上，是德国奔驰公司生产的奔驰300SL汽车，该车装用的机械式喷射系统与柴油机供给系统基本相同，利用柱塞泵和喷油器直接向气缸内喷油。此后改进为向进气管喷油。 机械式汽油喷射系统采用连续喷射方式，即在发动机工作中，喷油器连续不断地将汽油喷入进气管。机械式汽油喷射系统简称为“K型”汽油喷射系统，“K”是德语kontinuum连续的第一个字母。K型汽油喷射系统是利用机械方式控制汽油喷射量。在20世纪60年代之前，化油器在汽油机供给系统中占主导地位，仅在国外生产的赛车和豪华型

32、轿车上采用K型汽油喷射系统；20世纪80年代末期，我国一汽集团公司引进德国大众技术生产的奥迪100五缸和六缸发动机仍然选装K型汽油喷射系统。20世纪60年代，随着汽车数量的日益增多，在汽车发达国家相继制定了严格的排放法规，以限制汽车排放污染物的数量；20世纪70年代，受能源危机的影响，迫使各国纷纷制定汽车燃油经济性法规；在这一背景条件下，汽油喷射技术也得到了进一步的完善和发展。机电组合式汽油喷射系统就是20世纪60年代末在机械式汽油喷射系统的基础上发展起来的，简称“KE型”汽油喷射系统，其中的“E”指电子控制。KE型汽油喷射系统是在K型喷射系统的基础上，增加了一个由电脑控制的电液压差调节器，电脑根据冷却液温度、节气门位置等传感器的信号，通过调节器改变供油压差，调节汽油供给量，从而达