发动机工作不良故障诊断与排除基础知识

发动机工作不良故障诊断与排除基础知识
1.微机控制点火系
微机控制的点火系是在普通电子点火系的基础出，电子技术的高速发展以及超微计算机在汽车工业上应用的必然结果。

采用微机控制点火系统，可使发动机实际点火提前角接近理想点火提前角，在各种运转条件下，点火提前角可获得复杂而精确的控制：怠速时，最佳点火提前角使发动机运转更平稳、排放污染最低、油耗最小；部分负荷时，可降低油耗和提高行驶特性；大负荷时，能满足发动机最大转矩输出和避免工作中产生爆震的要求。

1.1微机控制点火系的组成
微机控制的点火系主要由传感器、电子控制单元(ECU)、执行器(点火器、点火线圈、火花塞等)组成，如图所示。

图微机控制点火系的基本组成
传感器（包括各种开关）主要有曲轴位置传感器、空气流量计（或绝对压力传感器）、水温传感器、进气温度传感器、氧（O2）传感器、节气门位置传感器、车速传感器、爆震传感器、空调开关信号等。

各种传感器的构造与工作原理，因篇幅有限，这里不作描述，请参阅《电控发动机》等其它参考资料。

电子控制单元(ECU)的作用是根据发动机各传感器输入的信息及内存的数据，进行运算、处理、判断，然后输出指令（信号）控制有关执行器（如点火器）动作，实现对点火系的精确控制。

执行器根据电子控制单元(ECU)或其它控制元件的指令(信号)，执行各自的功能。

1.2微机控制点火系的作用
微机控制点火系统的功能主要包括点火提前角、通电时间及爆燃控制三个方面。

微机控制的点火系统按有无分电器分，可分为有分电器的微机控制点火系统和无分电器的微机控制点火系统两大类，目前有分电器的微机控制点火系统正在被淘汰，而广泛应用无分电器的微机控制点火系；按微机控制的方式分，可分为开环控制和闭环控制两种。

开环控制是指微机检测发动机各种工作状态信息，并根据这些信息从内部存储器中调出相应的点火提前角(这一点火提前角是综合考虑到经济性、动力性、排放等要求，并经过大量的试验优化的结果)，然后输出控制信号对点火时刻进行控制。

这种控制方式对控制结果不予以反馈。

闭环控制是指微机以一定的点火提前角控制发动机工作的同时，还不断地检测发动机的有关工作状态，然后将检测到的有关信息反馈给控制单元(ECU)，控制单元(ECU)根据需要对点火提前角进行修正，如图所示。

闭环控制的反馈信号
可以有多种，如爆震信号、转速信号汽缸压力信号等。

目前广泛采用的是通过检测爆震传感器的爆震信号，来判断点火时刻的早晚，进而实现点火提前角的最佳控制。

图闭环控制的微机控制点火系
1.3 微机控制点火系的工作原理
在了解微机控制点火系统的控制原理之前，首先让我们来了解微机控制点火系统是怎样实现点火提前角、通电时间及爆燃控制三个主要功能的。

其中通电时间的控制（也就是闭合角的控制）在普通电子点火系统中已作描述，这里不再赘述。

点火提前角的控制
在微机控制点火系统的控制单元(ECU)内，首先存储了通过实验得出的发动机在各种工况及运行条件下最理想的点火提前角。

并按起动时点火提前角控制、起动后点火提前角控制两种模式来实现控制。

发动机起动时，按ECU内存储的初始点火提前角(设定值)对点火提前角进行控制。

起动时点火提前角的设定值随发动机而异，对某一发动机而言，起动时的点火提前角一般设定固定值10°左右。

发动机起动后为正常运转模式，此时ECU根据发动机的转速和负荷信号，确定基本点火提前角，再根据其它有关信号进行修正，最后确定实际的点火提前角，并向电子点火控制器输出执行点火信号，以控制点火系的工作。

发动机正常运转模式下，实际点火提前角的确定(计算)方法各车型有所不同，主要有以下两种类型：
丰田车系：实际的点火提前角＝初始点火提前角＋基本点火提前角＋修正点火提前角
日产车系：实际的点火提前角＝基本点火提前角×点火提前角修正系数
1）起动模式点火提前角的控制
在发动机起动过程中，发动机转速变化大，且由于转速较低(一般低于500r ／min)，进气管绝对压力传感器信号或空气流量计信号不稳定，ECU无法正确计算点火提前角，故一般将点火提前角设定为某一初始值(10°左右)。

此时的主控制信号是发动机转速信号(Ne信号)和起动开关信号(STA信号)。

2）发动机正常运转模式点火提前角的控制
（1）基本点火提前角的确定
发动机起动后正常运转模式时，ECU根据发动机的转速和负荷(单位转数的进气量或基本喷油量)确定基本点火提前角，不同转速和负荷时的基本点火提前
角数值存储在ECU内的存储器中，当ECU检测到发动机某一转速和某一负荷时，即调取相对应的存储值作为点火控制的基本点火提前角。

发动机起动后正常运转模式主控信号有：进气管绝对压力传感器信号(PIM 信号)或空气流量计信号(Vs信号)、发动机转速信号(Ne信号)、节气门位置传感器信号(IDL信号)、燃油选择开关或插头信号(R—P)、爆燃信号(KNK)等。

（2）点火提前角的修正
不同的微机控制点火系统，对点火提前角的修正项目和修正方法也有所不同。

修正方法有修正系数、修正点火提前角两种。

修正系数(或修正点火提前角)与修正项目之间的关系曲线都是存储在ECU中，ECU根据初始点火提前角、基本点火提前角和修正系数(或修正点火提前角)计算出实际点火提前角来作为输出指令控制点火执行器。

微机控制点火系的主要修正项目有：冷却液温度修正、怠速稳定修正和空燃比反馈修正等。

①冷却液温度修正。

冷却液温度修正又可分为暖机修正和过热修正。

发动机冷车启动后的暖机过程中，随冷却液温度的提高，可燃混合器的燃烧速度加快，燃烧过程所占的曲轴转角减小，点火提前角也应适当减少。

暖机修正曲线如图所示，不同车型的微机控制点火系统稍有差异
图暖机修正曲线
暖机修正的主控信号有冷却液温度传感器（THW信号）、进气歧管绝对压力传感器信号（PIM信号）或空气流量计信号(Vs信号)、节气门位置传感器信号(IDL信号)等。

冷却液温度过高时，为了避免产生爆震，点火提前角的修正曲线如图所示。

发动机处于怠速工况运行(IDL触点接通)时，冷却液温度过高，一般是由于燃烧速度慢、燃烧过程所占的曲轴转角过大所造成的发动机过热。

此时应增大点火提前角，减小散热损失。

正常运行工况(IDL触点断开)，当冷却液温度过高时，为了避免产生爆燃，则应减小点火提前角。

过热修正的主控信号有冷却液温度传感器（THW信号）、节气门位置传感器信号(IDL信号)等。

图过热修正曲线
②怠速稳定修正。

发动机在怠速运转过程中，由于负荷等因素的变化会导致转速改变，ECU为了保证怠速时发动机的稳定运转，将根据实际转速与目标转速的差值修正点火提前角，怠速稳定修正曲线如图所示。

怠速稳定修正的主控信号有发动机转速信号、节气门位置传感器信号、车速信号、空调开关信号等。

图怠速稳定修正曲线
③空燃比反馈修正。

空燃比反馈控制的目的是根据氧传感器的反馈信号来调整喷油量的多少，从而达到最佳的空燃比控制。

但喷油量的变化必然带来发动机转速的变化，为了稳定发动机转速，ECU将对点火提前角进行修正，其修正曲线如图所示。

图空燃比反馈修正曲线
爆震控制
爆震是可燃混合气不正常燃烧时，高压气体的冲击波反复撞击缸壁时所发出尖锐的敲缸声。

产生爆震的原因很多，如点火提前角过早、可燃混合气的浓度与质量、燃油辛烷值等。

其中点火提前角是最主要的原因同，消除爆震最有效的途径就是减小点火提前角。

因此发动机的爆震控制也就是点火提前角的控制。

微机控制点火系爆震控制的原理如图所示。

在控制单元ECU中存储有在某一设定时间T，如果ECU在t≥T的时间段没有收到爆震信号，则ECU将实际执行的点火时间提前角在原提前角的基础上提前某一角度，如图中的t1、t2时间段大于等于设定时间T，则点火提前角得到了提前；如果ECU在t＜T的时间段内收到了爆震信号，则ECU将实际执行的点火时间提前角在原提前角的基础上减小某一角度，如图中的t3时间段小于设定时间T，则点火提前角被减小，再收到，再减小。

这样，微机控制的点火系统总能将点火提前角控制在爆震的边缘，从而得到最佳的点火提前角控制。

图爆震控制的原理
1.4微机控制点火系的工作过程
无分电器的微机控制点火系统又称直接点火系或全电子化点火系统。

其主要特点是：用电子控制装置取代了分电器，利用电子分火控制技术将点火线圈产生的高压电直接送给火花塞进行点火，点火线圈的数量比有分电器电控点火系统多。

根据点火线圈的数量和高压电分配方式的不同，无分电器的微机控制点火系统又可分为独立点火方式、分组点火方式和二极管配电点火方式三种类型。

（1）独立点火的微机控制点火系统。

独立点火的微机控制点火系统如图所示。

其特点是各缸均有一个点火线圈，即点火线圈的数量与气缸数相等。

图独立点火的微机控制点火系
由于每缸都有各自独立的点火线圈，所以即使发动机的转速很高，点火线圈也有较长的通电时间(闭合角大)，可提供足够高的点火能量。

与有分电器电控点火系统相比，在发动机转速和点火能量相同的情况下，单位时间内通过点火线圈初级电路的电流要小得多，点火线圈不易发热，且点火线圈的体积又可以非常小巧，一般直接将点火线圈压装在火花塞上。

独立点火的微机控制点火系统工作时，电控单元ECU根据各种传感器的信号综合计算，最后确定各缸点火提前角的精确时刻，向点火模块发出指令IG t1、IG t2、…IG t6、由点火模块直接控制各缸点火线圈初级电路的搭铁，并产生次级高压直接传给火花塞。

与此同时，点火模块向电控单元ECU反馈IG f信号。

（2）分组点火的微机控制点火系统
分组点火的微机控制点火系统如图所示。

在设计上将两个活塞同时到达上止点位置的气缸(一个为压缩行程的上止点，另一个为排气行程的上止点)分为一组，共用一个点火线圈。

系统中点火线圈的总数量等于气缸数的一半。

从图中可以看出，与独立点火的微机控制点火系统(参见图相比，电控单元ECU只给点火器提供了一种IG t信号，但多了IGdA和IGdB辅助判缸信号。

这是因为IG t信号只指令点火器执行点火，但到底该哪一组共用的点火线圈点火，还需IGdA和IGdB辅助判断。

IG t、IGdA、IGdB三种信号共同控制点火器的工作过程如图示。

图分组点火的微机控制点火系统
当IG t信号为高电位时，使相应缸点火的初级电路接通，当IG t信号为低电位时，切断被接通的初级电路，在相应点火线圈的次级绕组产生高压，点燃可燃混合气使发动机做功。

例如，在图中，当第一个IG t信号为高电位时，此时的IGdA 和IGdB均为“0”，此时2、5缸点火线圈的初级电路被接通，当第一个IG t信号变为低电位时，2、5缸点火线圈的初级电路被切断，在2、5缸的次级绕组产生高压，经火花塞跳火，使发动机做功。

与独立点火方式相比，采用分组点火方式的微机控制点火系统，其结构和控制电路较简单，所以应用也比较多。

但由于保留了点火线圈与火花塞之间的高压线，能量损失略大。

此外，串联在高压回路的二极管，可用来防止点火线圈初级电路导通的瞬间所产生的二次电压(约1000～2000V)加在火花塞上后发生的误点火。

图分组点火的微机控制过程
（3）二极管配电点火方式
二极管配电点火方式的微机控制点火系统如图所示，主要是针对4缸或4
的整数倍气缸发动机而设计的点火系统。

其特点是：四个气缸共用一个点火线圈，点火线圈为内装两个级绕组N1和N2、次级绕组N3两端输出的特制点火线圈，利用四个二极管的单向导电性交替完成对1、4缸和2、3缸配电过程。

二极管配电点火方式微机控制点火系统的工作过程与分组点火的微机控制过程基本相似，工作时，VT1控制初级电路N1的通断，VT2控制初级电路N2的通断，在次级绕组N3中产生方向相反的次级高压，分别构成了“N3→VD1→火花塞1→火花塞4→VD4→N3”和“N3→VD3→火花塞3→火花塞2→VD2→N3”两条回路。

从而实现1、4缸和2、3缸的交替点火控。

二极管配电点火方式的微机控制点火系统对点火线圈要求较高，且受发动机气缸数的限制，故应用不是十分广泛。

图二极管配电点火方式
2.燃油供给
2.1燃油供应与传送
电动燃油泵从油箱中泵出燃油，经燃油滤清器强制过滤后，燃油被送往燃油分配管。

燃油分配管上装有由电磁控制的喷油器，可以精确地将一定数量的燃油喷入进气歧管。

在配有回油管的系统中，燃油流经油压调节器后多于的部分会返回油箱中。

在无回油管的系统中，油压调节器紧挨着油泵安装。

回油管就可省略了，这不仅可减少生产的成本，而且可降低油箱里的温度。

温度的降低意味着不仅碳氢化合物的排放更少，而且燃油蒸发排放系统的表现会更佳。

下图给出的是带回流管的燃油系统。

2.2燃油供给系统的组成：①电动燃油泵②燃油分配③燃油滤清器④油压调节器⑤电磁喷油器
3.3电动燃油泵
分类：按安装位置不同分为：
内置式——安装在油箱中，具有噪声小、不易
产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。

外置式——串接在油箱外部的输油管路中，易
布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。

构造及原理：
①涡轮式电动燃油泵结构：主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀、泄压阀组成。

原理：油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。

由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入；而出油室燃油不断增多，燃油压力升高，当达到一定值时，顶开出油阀出油口输出。

出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于下次起动。

如下页图所示
优点：泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点。

此外，由于不需要消声器所以可以小型化，因此广泛的应用在轿车上。

如大众、本田雅阁等等。

②滚柱式电动燃油泵结构：主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。

原理：如图，当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。

在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度,当转到与进油口连通时，将燃油吸入；而吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压力提高，受压燃油流过电动机，从出油口输出。

4）燃油泵的拆装与检测
①就车检查
●用专用导线将诊断座上的燃油泵测试端子跨接到12V电源上；
●将点火开关转至“ON”位置，但不要起动发动机；旋开油箱盖能听到燃油泵工作的声音，或用手捏进油软管应感觉有压力；
●若听不到燃油泵的工作声音或进油管无压力，应检修或更换燃油泵；
●若有燃油泵不工作故障，且上述检查正常，应检查燃油泵电路导线、继电器、易熔线个熔丝有无断路。

②拆装检测
拆装燃油泵时注意：应释放燃油系统压力，并关闭用电设备。

拆下燃油泵后，用蓄电池直接给燃油泵通电，应能听到油泵电机高速旋转的声音，注意：通电时间不能太长
③系统油压检测
●检查燃油，释放燃油系统压力。

●检查蓄电池，拆下负极电缆。

●将专用压力表接在进油管接头处。

●接上负极电缆，起动发动机使其维持怠速运转。

●拆下燃油压力调节器上真空软管，用手堵住进气管一侧，检查油压表指示的压力，多点喷射系统应为 MPa ,单点喷射系统为0.07～0.10MPa。

●接上燃油压力调节器的真空软管，检查燃油压力表的指示应有所下降（约为0.05 MPa）。

●将发动机熄火，等待10min后观察压力表的压力，多点喷射系统不低于MPa，单点喷射系统不低于0.05 MPa。

●检查完毕后，应释放系统压力拆下油压表，装复燃油系统。

6）燃油滤清器
一般采用纸质滤心，根据制造商要求进行更换。

安装时应注意燃油流动方向的箭头，不能装反。

7）油压调节器
作用：稳定燃油管的压力，使它与进气歧管之间的压力差保持恒定的kPa.
组成：主要由阀片、膜片、膜片弹簧和外壳组成。

如下页图所示。

原理：发动机工作时，燃油压力调节器膜片上方承受的压力为弹簧压力和进气管内气体的压力之和，膜片下方承受的压力为燃油压力，当压力相等时，膜片处于平衡位置不动。

当进气管内气体压力下降时，膜片向上移动，回油阀开度增大，回油量增多，使输油管内燃油压力也下降；反之，进气管内气体压力升高时,燃油的压力也升高。

8）喷油器的结构及控制原理
喷油器是电喷系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 Con—trol 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，弹簧将衔铁和针阎下压，关闭喷孔停止喷油。

喷油器针阀的升程很小，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。

电子控制系统由ECU、各类传感器和执行器组成。

ECU根据各个传感器的输入信号进行处理，精确计算出最终喷油持续时间和点火时间，控制怠速和快怠速，从而使发动机得到最佳动力性和经济性。

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。

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。

1－O形圈，
2－滤网，
3－带电插头喷油器体，
4－线圈，
5－弹簧，
6－带线圈衔铁的阀针，
7－带喷孔板的阀座。

9）喷油器的检修
●简单检查方法检查喷油器针阀开启时的振动和声响。

●喷油器电阻检查
●喷油器滴漏检查用专用设备检查，在1min内喷油器应无滴油现象。

●喷油量检查用专用设备检查，检查15s内的喷油量应为50～70mL。

10）喷油器常见故障
电控燃油喷射系统喷油器易损故障可分为机械故障和电路故障两种。

机械故障。

机械故障表现为喷油器由于粘滞、堵塞、泄漏而引起机械动作失效，造成发动机的运转出现损坏性工况，严重影响汽车的正常使用。

a.喷油器粘滞。

该故障是在发动机ECU发出喷油信号，喷油器的电磁线圈通电后产生磁吸力，由于针阀与阀座的间隙被残存的粘胶物阻塞，致使吸动柱塞升起的动作发涩，达不到规定的针阀开启速度，影响正常的喷油量。

喷油器发生粘滞故障后，发动机出现怠速不稳、起动困难、加速性能变差等症状。

产生喷油器粘滞的主要原因是使用了劣质汽油而引起的。

劣质汽油中的石腊和胶质，将会短期内引起喷油器粘滞，造成发动机早期故障发生。

b.喷油器堵塞。

该故障可分为内部堵塞和外部堵塞两种状况。

内部堵塞原因是汽油中混入杂质和污物堵塞喷油器内部的运动间隙，使喷油器机械动作失效。

外部堵塞原因是喷油器外部的喷射口被积炭和污物堵塞，造成喷油器喷射工作失效。

喷油器发生堵塞故障后，发动机起动困难、运转不稳、怠速熄火、加速性能变差，甚至造成发动机喘抖，导致机件异常磨损情况恶化。

由于喷油器堵塞的程度不同，堵塞的状况不同，发动机出现早期故障的症状也不同。

c.喷油器泄漏。

该故障可分为内部泄漏和外部泄漏两种状况。

内部泄漏的原因是喷油器在使用中早期磨损，造成喷油器在压力油路的施压状态下，不断向进气歧管内泄漏汽油。

外部泄漏的泄漏部位在喷油器和压力油管连接处，汽油泄漏在进气歧管外部，油滴在气缸体上，遇热后在发动机罩内蒸发，一旦出现电路漏电火花，随时都会引起火灾。

当喷油器发生内部泄漏后，发动机耗油量明显增加，而且发动机动力性变差，排放之一的HC值增高。

另外，由于喷油器内部泄漏造成喷射雾化不好，引起发动机运转不平稳，混合气燃烧不完全，排气冒黑烟。

喷油器外部泄漏后，发动机起动困难、怠速熄火、动力性下降、耗油量猛增、运转喘抖和加速困难。

电路故障。

喷油器自身的电路故障主要表现在电磁线圈上，可以归纳为线圈断路、线圈短路和线圈老化。

a.电磁线圈断路。

电磁线圈烧断的喷油器，燃油喷射工况中断，造成发动机无法运转。

造成线圈烧断的原因，主要是维修中盲目改动线路，造成接线错误，而将线圈绝缘层烧坏。

另外，在清洗喷油器的维护中，由于操作者不熟悉电磁线圈电阻值的知识，错误地将低阻值喷油器直接接到蓄电池电源上，导致线圈载流量超过限度，发热烧蚀线圈漆包线的绝缘层，严重的甚至烧断线圈的导线。

b.电磁线圈短路。

电磁线圈短路是指喷油器电磁线圈正常出现的脉冲控制电流，未经规定线路流动，而通过一条短捷的线路流动。

喷油器电磁线圈的连接方式是由一个双位导线连接器连接线圈首尾两端。

导线连接器送出的两根引线，一根接轿车蓄电池电源正极，另一根经过汽车的发动机ECU后，接入控制喷油器电磁线圈的搭铁回路。

喷油器电磁线圈发生短路故障，即未经发动机ECU而直接搭铁。

短路故障发生后，只要接通点火开关，喷油器就一直喷油。

在起动发动机时，由于油量过多，造成火花塞被淹而无法起动。

即便发动机勉强能起动，发动机运转工况也异常恶化，燃油消耗量过高，混合气过浓，产生爆燃而引起发动机喘抖，造成机械部件磨损加剧。

另外，过量的汽油还会在排气中燃烧，废气排放超限，严重冒黑烟，HC值极高，甚至损坏三效催化转化器。

产生喷油器电磁线圈短路的主要原因是维修中接线错误，导线连接器周围过脏。