基于数据流分析的电控发动机故障诊断研究实验报告

本科学生毕业论文实验报告书
毕业论文实验报告
一、实验目的：
汽车数据流是指电子控制单元与传感器和执行器交流的数据参数，通过诊断接口，由专用诊断仪读取的数据，且随时间和工况而变化。

汽车电控单元中记忆的数据流真实的反应了各传感器和执行器的工作电压和状态，为汽车故障诊断提供依据，读取汽车数据流可以检测汽车各传感器的工作状态，并检测汽车的工作状态。

运用“数据流”功能进行故障分析可准确发现故障部位，避免凭借经验法，盲目拆卸而造成损失，提高故障诊断的准确率。

同时又是故障代码分析法的有力补充。

一般来讲，若能读出故障码，可按故障码的内容诊断故障；若读不出故障码，则需借助动态数据流来进一步诊断故障。

特别是由传感器特性发生变化而引起的故障，数据流功能更具有其特殊的优势。

因此，在电控汽车的故障诊断中，凭借经验法和使用故障代码功能的同时，要充分利用数据流。

汽车故障诊断与检测过程中数据流功能的重要性。

虽然很多维修人员也清楚借助于汽车故障诊断仪，读取数据流对参数进行全面的观察和分析，可迅速诊断出故障点。

本文中“数据流主要参数分析" 就是为了让众多维修人员掌握数据流的主要参数分析知识。

原厂规定的正常数值范围偏大，以及同时有很多数据参数超范围等很多问题，在掌握数据流分析与应用技巧的情况下，就能迎刃而解。

二、实验器材：
1、丰田花冠实验用车1辆；
2、丰田汽车故障诊断仪OBD-Ⅱ1台、万用表1块；
3、丰田花冠汽车实验测控柜 1台
三、实验时间：
2012年4月23日至5月4日
四、实验地点：
丰田实训中心
五、实验方法：
将采用切断传感器信号，观察数据流变化，并与“标准值”进行对比，从而完成对发动机数据流测定的方法，进行故障模拟，并对典型故障分析。

六、实验内容：
1、1ZZ 发动机数据流表
在下表中，“正常状态”下列出的值为参考值。

确定发动机故障时，不能仅仅依赖这些参考值。

测试的步骤为：
（1）发动机暖机
（2）将点火开关置于OFF位置
（3）将智能检测仪连接到DLC3
（4）将点火开关置于ON位置
（5）打开智能检测仪
（6）选择以下菜单项：Powertrain/Engine and ECT/Data List （7）参考下表检查结果
表1.1 1ZZ发动机数据流标准值表
2、根据1ZZ发动机的控制策略和维修手册上的标准值，对本发动机数据流进行测试。

首先切断单个主要传感器，所测数值如下表。

表1.2实验数据流表1
实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。

通过与标注值对比得，当发动机空气流量计出现故障时，发动机熄火，相关数据流也产生相应变化，点火提前角为5°，ECU计算负载增加，进去温度较高，氧传感器输出电压为零，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。

曲轴位置传感器故障时，发动机熄火，点火提前角为5°，ECU 计算负载增加，进去温度较高，氧传感器输出电压减小，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。

凸轮轴位置传感器故障时，ECU计算负荷增加，转速增加，冷却液温度降低，与氧传感器相关的短期燃油修正增加，VVT控制系统关闭。

水温传感器故障时，空气流量减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，短期燃油修正增加。

进气温度传感器故障时，空气流量值减少，转速减小，进气温度达到最小值，短期燃油修正值增加。

氧传感器故障时，空气流量减少，转速减小，氧传感
器输出电压达到最小值超出正常范围，短期燃油修正值增加。

表1.3实验数据流表2
实验分析：发动机怠速状态，P档位时测得。

通过与标注值对比得，当发动机空档开关出现故障时，转速减小，冷却液温度减小，空挡位置开关关闭。

怠速控制阀故障时，转速增加，冷却液温度降低，进去温度较高，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。

爆震传感器故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度降低，氧传感器输出电压减小，与氧传感器相关的短期燃油修正增加。

节气门位置传感器故障时，空气流量减少，转速减小，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压减小。

喷油器故障时，空气流量值减少，转速减小，氧传感器输出电压减小，短期燃油修正值增加，气缸缺火率异常。

点火器故障时，发动机熄火，点火提前角为5°，ECU计算负载减小，冷却液温度升高，进去温度较高，VVT控制关闭。

蓄电池电压故障时，空气流量值减少，转速减小，进汽温度较高。

表1.4实验数据流表3
实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。

通过与标注值对比得，当发动机FC燃油控制出现故障时，发动机熄火，相关数据流也产生相应变化，喷油时间数值很高，点火提前角为5°，ECU 计算负载增加，空气流量减少，氧传感器输出电压为零，VVT控制系统关闭，气缸缺火率增加。

FP油泵故障时，发动机熄火，喷油时间数值很高，点火提前角为5°，ECU计算负载增加，进去温度略小，氧传感器输出电压为零，VVT控制系统关闭。

点火开关故障时，空气流量值减少。

蒸发控制阀故障时，点火提前角略有减小，ECU计算负载增加，转速增加，冷却液温度减小。

ECU5V电源故障时，空气流量值减少，节气门位置信号为零。

点火反馈信号故障时，发动机熄火，
点火提前角为5°，ECU计算负载增加，空气流量减少，氧传感器输出电压超出正常范围，VVT控制系统关闭。

4、断开多个传感器时，进行测定数据流值，如下表;
表1.5实验数据流表4
实验分析：上面实验数据发动机怠速状态，P档位时测得。

通过与标注值对比得，当发动机水温传感器和节气门位置传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度较高，节气门位置信号为零。

水温传感器、节气门位置传感器和进气温度传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零。

水温传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器和氧传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压异常。

水温传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、氧传感器和凸轮轴位置传感器出现故障时，空气流量值减少，转速减小，冷却液温度达到最小值，进去温度异常，节气门位置信号为零，氧传感器输出电压异常，VVT控制状态关闭。

七、实验总结：
通过以上上实验数据我们可以知道当某些传感器或部件发上故障时，数据流都会发生变化，并且具有一定的规律，从而我们可以反向推出，当某些数据流发生变化时，可以判断出是哪些传感器或者部
件发生了故障。

发动机发生故障时，转速可能发生变化超出正常范围，转速升高或降低与凸轮轴位置传感器、水温传感器、进气温度传感器、氧传感器、空档开关、怠速控制阀、爆震传感器、节气门位置传感器、喷油器、蒸发控制器、蓄电池电压等发生故障有关。

通过以上上实验数据我们可以知道当某些传感器或部件发上故障时，数据流都会发生变化，并且具有一定的规律，我们也可以看到每个传感器故障时，汽车所反映的故障现象，根据喷油及点火的控制策略的分析，需要读取的数据主要传感器有①空气流量计②冷却液温度传感器；③节气门位置传感器；④氧传感器；⑤曲轴位置传感器；
⑥凸轮轴位置传感器等。

下面通过流程图的形式表达出传感器和发动机故障现象的关系。

通过对实验数据的分析，观察到故障下数据流的变化，论证了发动机的电控策略，总结出诊断电控发动机的方法。

八、典型故障分析
[故障案例一]
设置故障：断开冷却液温度传感器，观察汽车现象并按本文方法进行故障分析
故障现象：
一辆丰田花冠轿车，在冬天早晨无法起动。

诊断与分析：
通过与车主交流得知，汽车起动困难，进行故障模拟，汽车无法起动。

按照本文方法我们采用相应仪器对发动机的燃油压力和气缸压力、喷油嘴、配气相位、点火正时以及火花。

塞的跳火情况进行了检查，没有发现问题。

发动机有油、有火，也就是说电路与油路正常，但是发动机就是不能起动。

经多次起动后检查，火花塞没有被“淹”的迹象，说明故障原因是冷起动加浓不够。

而影响冷起动加浓不够的主要原因可能是冷却液温度传感器工作不正常。

众所周知，冷却液温度传感器的作用是在冷却水温较低的冷机状态下，加浓空燃比，使发动机稳定的起动与工作。

如果当发动机在冷机状态下传感器不能发出冷机状态信号，则空燃比变得稀薄，发动机处于不正常状态。

用故障诊断仪检测发动机ECU，无故障码输出。

通过读取该车发动机静态数据流发现，发动机ECU输出的冷却液温度为105℃，而此时发动机的实际温度只有2～3℃。

很明显，发动机ECU所接收到的水温信号是错误的，从而导致ECU没有接收到正确信号而发出加浓空燃比指令，使得发动机在冷机时不能正常起动。

这说明冷却液温度传感器可能失准，造成了空燃比失准。

为了确认，用万用表测量冷却液温度传感器与电脑之间线束的电阻与电压情况，发现既没有断路，也没有短路，电脑给冷却液温度传感器的5V参考电压也正常。

于是拔下冷却液温度传感器进行电阻检查，阻值也正常，说明它没有失效。

通过观察，
冷却液温度传感器表面水垢较厚，于是清除水垢后，重新装好冷却液温度传感器并起动发动机，一切正常，故障排除。

[障案例二]
设置故障：断开空气流量计传感器，观察汽车现象并按本文方法进行故障分析
故障现象：
一辆丰田花冠轿车，发动机怠速不稳，排气管冒黑烟，油耗超标。

诊断与分析：
向客户了解情况，根据故障现象，初步判定为混合气太浓的故障。

根据本文造成混合气太浓的故障原因主要有：冷却液温度传感器工作失常、空气流量计工作失常、节气门位置传感器工作失常、燃油压力过高、喷油器漏油等。

读取故障码，无故障码存储。

可能原因较多，在没有故障码的情况下，如果只是按照经验法逐个查找或更换很可能走弯路。

合理运用数据流结果就不一样了。

根据故障原因分析，首先对冷却液温度传感器、空气流量计、节气门位置传感器和氧传感器进行动态数据流分析。

冷却液温度传感器数据正常，但氧传感器信号在0．6～0．9V之间连续变化，拔下一根真空管，数据能够下降，并数据跳动迅速，说明氧传感器本身没问题。

节气门开度数据正常，读取空气流量计数据时，怠速时显示流量为10.6g/s，明显高于正常值。

至此可以看出本实例属于“节气门开度正常而进气量与之不匹配”的故障。

根据分析结果可以得出可能原因主要有：传感器信号失真，气体内漏，发动机由于辅助设备而增加负荷。

而结合故障现象“气体内
漏，发动机由于辅助设备而增加负荷"很快就能排除，因为气体内漏，发动机由于辅助设备而增加负荷一般不至于引起冒黑烟。

由此可以确定故障一般是在空气流量计及其线路上，更换空气流量计故障排除。

[故障案例三]
设置故障：断开1，3号喷油器，观察汽车现象并按本文方法进行故障分析
故障现象：
一辆丰田花冠轿车，出现加速不良故障。

故障诊断与分析：
通过客户所述故障分析，进行故障症状模拟，观察怠速时发动机运转有轻微抖动，原地空踩加速踏板，各工况正常。

根据本文判断像油路故障，但检查油压正常，检查冷却液温度传感器，进气温度传感器，节气门位置传感器等。

读取故障码，无故障码显示。

读取数据流，数据显示：怠速转速850/min，冷却液温度88℃，节气门开度为74°，喷油脉宽为5．6ms，氧传感器电压为0．3V左右。

从上述数据看出节气门开度偏高(正常8～64°)，可能是节气门体脏，节气门卡，节气门位置传感器信号不正常稍有偏差，或为怠速调整所致。

结合故障现象，怠速时喷油脉宽为5.6ms，即使节气门开度信号故障偏差了这么10°的角度，也不会使喷油脉宽相差这么多，所以节气门开度稍偏大，可能是怠速调节引起，至少不是主要故障原因。

数据明显偏大的有喷油脉宽，也就是喷油时间偏长，但氧传感器电压偏低，即显示混合气过稀，表面上看数据矛盾。

到这里有些维修人员就一筹莫展了，
甚至怀疑数据流的应用价值。

针对这类故障，关键是确定混合气是否真的过稀，如果确定了这点排除故障的方向就很明了了。

分两种情况：1)如果混合气不稀，很明显故障是由于氧传感器“谎报军情”，喷油器加大喷油脉宽。

2)如果确实过稀，氧传感器显示正常，是因为混合气确实过稀，并且通过增大喷油脉宽还是不能使混合气达到正常。

(即超过了氧传感器的修正范围)，查找引起混合气极稀的原因。

确定混合气是否过稀，可以通过人为增加混合气浓度，看氧传感器有没有反应来确定。

氧传感器信号能迅速升高，说明氧传感器正常。

上述案例，拔下一根真空管，喷化油器清洗剂，氧传感器信号能迅速升高到0．9V 左右，显然氧传感器能正确反应混合气浓度。

由此看来故障属于上述第二情况。

原因主要有漏气，油压极低，喷油器赃物堵塞等，它们引起混合气极稀，氧传感无法修正。

用真空表检查进气歧管真空度，以及检查油压均正常，拆下喷油器果然有两个喷油器堵塞严重，清洗后汽车正常。

上述案例中正是通过综合分析喷油脉宽信号和氧传感器信号，才得以迅速排除故障。

如果仅按经验法或仅对单个数据做单独分析很可能多走弯路。

因而要运用汽车的很多关联因素作综合分析。