汽车电控发动机故障诊断与维修

摘要

随经济快速发展，汽车技术也发生质的提高，汽车装置设置引入了电子化从而进入智能时代。控制汽车动力运作最关键的部位是发动机，其技术发展革新最为突出，电子技术控制将发动机各个部件连接起来，设置相对之前更为复杂。然而，今天的汽车维修只依靠传统的方法，不能满足汽车维修行业的社会要求。因此，如何准确、有效地发现和消除汽车发动机电子控制系统的故障，已成为汽车维修中亟待解决的问题。为了进一步提高汽车维修企业的维修服务水平。本文从汽车发动机电子控制系统的组成和工作原理出发，对常见的故障诊断方法以及故障诊断中使用的工具和设备进行介绍，对发动机电控系统故障诊断及维修的重点措施进行分析，结合具体案例进行分析应用。

　关键词：发动机；电控系统；故障诊断；故障排除

引言

　一、发动机电控系统概述

　　（一）发动机电控系统定义

科技进步带动了汽车技术发展，并将电子技术引入汽车发动机设计中，电子控制技术有利于发动机运作并提升性能，从而发动机内部设计和控制系统也变得更为复杂。第一，电子控制可以精准设置发动机的空气燃烧比，使得在任何条件下实现燃料的充分燃烧，避免燃料在使用中的缺少和浪费。第二，电子控制技术提升了汽车的排放功效，电子控制可更好地调节排气排放，减少空气污染。电子控制技术从整体上改善了发动机的工作性能，赋予其经济化并使其运作更稳定。发动机采用电子控制技术，使其内部体系检测更加完善，具有自动诊断能力，从而便利故障时维修工作的进行。发动机内部电子控制范围包括以下板块:电子汽油喷射、进气控制、怠速控制、电子控制点火、排气设置、自诊断报警线路。电子汽油喷射系统通过传感器反馈信号达到精准控制喷油器燃油喷射的时间和容量，发动机内部的进气压力传感器、进气温度传感器和水温传感器会进行信号的接收和反馈。在此条件下使得空气燃料比近似理论值，调制出最佳浓度的混合物，从而提升发动机的经济性能，改进燃油使用效率和燃气排放功能。发动机电子点火系统主要控制点火定时、爆震反馈和点火线圈的一次闭角控制。进气控制系统发动机进气系统可根据发动机转速和负荷的变化控制进气谐振涡轮增压、进气涡流、阀门定时和涡轮增压。在怠速控制系统(ISC)的闲置状态下，发动机ECU根据相关传感器信号或发动机负载信号，通过怠速调节空余速度的空气供应调理压缩机工作，以及变速器是否安装在相关的齿轮信号中，以获得最佳的闲置性能。排放控制装置主要包括废气再循环控制、氧传感器反馈控制和二次空气喷射控制。自动诊断报警系统主要功能是检测传感器和执行器是否正常运作，通常装置于ECU内部，诊断系统发现问题并进行诊断，信号通过传输会反馈在仪表板故障指示器上，驾驶员发现仪表板亮灯，由此得知发动机故障。故障信息由特定代码进行储存和传送，方便维修人员进入故障诊断仪器。故障代码可以帮助维修技术人员确定故障的范围和性质。

（二）发动机电控系统基本组成

传感器、控制单元(ECU)和执行器是发动机电子控制系统的主要构成部分。传感器的主要工作内容是测量并收集各个状态下发动机工作参数并将其转化为相应信号，将测量数据输送给控制单元。控制单元接收传感器采集的参数信号，据此计算工作指令，将控制参数发送给执行器，执行器根据接收的指令完成相应操作。控制单元发送的控制指令形成执行器的运作基准。另外，执行器还可向控制单元反馈信号，此种情况下属于电子控制系统的闭环控制。不同的发动机差异主要在于其内部的传感器和执行器构造不同，从而导致功能上的差异。传感器包括:气流传感器、凸轮轴位置传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、爆震传感器等。执行器包括节气门控制单元、点火线圈、电动燃油泵等。

　　（三）发动机电控系统工作原理

发动机电子控制系统分为两种方式：开环控制和闭环控制。其中采用开环控制的电子控制系统时，主要工作原理是采集并测量发动机的任一传感器，然后将收集到的电信号传送到电子控制单元中，控制单元作用是储存相关标准数据。ECU将收集到的数据进行相应运算，从而分析比较与标准数据间的差异变化，形成控制命令信号，并将其发送到执行器，执行相关操作以完成启动。计算机控制过程。发动机ECU根据收集的数据发布相应指令，执行器接收指令并执行，但并不将对应的控制结果反向反馈给ECU，此种情况是开环控制。然而闭环控制方式对此进行改进，执行器会将执行结果以信号形式反馈给ECU，以便及时更正错误指令。因此计算机可接收反馈信号，另外部分发动机会装置特制传感器接收信号。如后氧传感器在空气燃料比反馈控制、爆震传感器中的爆燃控制等。

　二、发动机电控系统故障诊断相关理论

　　（一）发动机电控系统常见故障类型

1.元件击穿

当汽车发动机长时间运作或者电路不正常会导致器件过热，包括发动机内部压力超过所承受的范围时都会导致元件击穿的情况。通常汽车发动机发生短路和断路的主要原因是元件击穿，其中元件击穿造成断路分为以下三种：发动机内部三极管、电容、其他元件，从而影响点火系统正常运作。

2.线路故障

通常情况下，接触不良和接线部位发生松脱均会造成线路故障。因为发动机内部由导线将各个器件和系统连接起来，构成完整体进行工作。发动机内部主要部件，传感器、ECU、执行器之间是采用导线连接。当发动机在正常运作过程中，某一部位的线路发生故障，传感器所收集到的信号参数无法正常输送，ECU接收不到信号，从而无法发送控制指令，执行器不能正常运作，导致发动机出现故障。

3.元件老化

发动机在日常长时间运作下，无论是受外部高温环境影响或是机器运作导致本身温度升高，在一定程度上均会损害电子元件，加速元件老化程度。另外发动机内部元件需及定期清理，否则堆积的灰尘和异物会影响元件的工作性能，造成不同程度的损害。

　　三、发动机电控系统故障诊断方法

　　（一）人工诊断

汽车内部的电控发动机具有自动诊断体系，可自行检测汽车运行过程中的部分故障，并且保证准确性。但日常的实际应用中可发现自动诊断体系存在检测范围局限、实际情况并不符合理想状态等问题。因此部分故障需要维修人员的人工诊断，与此同时，也对于人工诊断提出了更高的要求，为保证故障诊断的准确性，维修技术人员需要全面的理论知识以及丰富经验。本文将丰田皇冠汽车作为分析案例，当汽车发生回火故障时，第一，维修技术人员需要先确定回火故障原因，故障原因是汽车可燃混合气体未在要求时间内进行燃烧。那么第二，需要确定气体延迟燃烧的原因，根据相关的理论基础，可得知延迟燃烧可能是由于发动机气温过低，混合气体浓度不够或者是点火延迟等原因，从丰田皇冠汽车本身构造出发可排除点火延迟的因素，因为其采用的是电控点火系统。接下来可判断混合气体浓度未达到标准导致故障的可能性更大，通过判断电控发动机的温度是否处于正常范围，从而判断故障原因是否是混合气体浓度浓度不够，最后确定故障原因后，维修技术人员根据相关理论知识分析故障缘由，从而尽快提出解决方案，缩短故障维修时间提高工作效率。通过分析可得出人工诊断准确性、时效性以及成本更占优势，人工诊断可应用的范围更加广泛，其突出的成本优势，也决定了人工诊断的广泛应用性。

（二）汽车数字万用表故障诊断

车辆数字万用表主要用于测量电压、电阻、占空比、温度、频率、电路开关。其中，最常用的齿轮是电压和电阻。使用万用表时，应注意：开关齿轮及其范围是根据正确的功能选择的。为了准确显示测量数据，同一功能齿轮最好采用小范围齿轮。在测量组件的电阻时，不可能在线测量，更不用说通电时在线测量了。使用万用表后，应将功能选择开关放置在交流最大范围齿轮上，是为了避免下一个使用者不熟悉或者没有调整齿轮而进行直接测试，对万用表造成功能性的损害。通常情况下电路处于负连接状态，因为电池负线直接连接车体。为便于使用者连接，并且保证测试的准确性，万用表黑笔始终连接负极，并连接电池的负极零电位。在理想状态下可使用任何类型的金属部件作为万用表零电位接头，但在实际情况中电池负极连接点的接触电阻以及万用表黑笔连接点的电阻所产生的信号会使测量结果产生误差，另外经验不足的维修技术人员无法分辨误差影响故障诊断的判断和工作时长。传感器、执行器和ECU之间的通信信号大致可分为五种：直流电压信号、交流电压信号、调频信号、脉冲宽度调制信号和串行数据信号。同时在实际应用中，发动机电子控制系统使用万用表进行故障诊断测试具有一定局限性，当万用表的扫描频率范围小于数字万用表的信号频率，此时数字万用表不能准确及时接收到测量数据，另外发动机在运行过程中电子控制系统信号变化起伏过大时，数字万用表难免会不方便使用。

　（三）汽车故障诊断仪读取故障码诊断

汽车发动机的电子控制系统具备自动诊断功能，并且ECU可实时检测汽车运行状态下各个板块的工作状态，对于运行异常数据，自动诊断系统会进行检测并储存故障状态下相应的故障代码，便于维修技术人员在进行人工诊断时，浏览故障代码得知基本故障原因和确定故障位置，从而进行进一步分析，综上所述可知汽车故障诊断以故障代码为优先判断准则。维修技术人员在故障诊断过程中会先使用故障诊断仪器连接EC U取得相关的故障代码。不同品牌的车辆会根据汽车本身设计采用适应于自身的故障诊断仪器。使用读取故障代码进行故障诊断的缺陷：需要记录存储在发动机ECU故障代码内存中的故障代码。如果元件电路必须由电子控制系统监控，且故障发生后信号值超过标准范围，故障时间和频率达到一定水平，则自诊断系统将记录故障码和光仪表板上的相关故障。指示灯。例如，油压指示灯的阈值小于30Kpa，如果油压略高于30Kpa，但低于正常压力。其中一些是意外故障，电子控制系统根本不会存储故障代码。因此，仅仅通过调用故障代码来消除故障显然是不可行的。发动机电子控制自动诊断系统的主要工作机制是故障代码诊断，电控单元会记录并储存各个运行状态下的故障代码，通过故障诊断仪初步确定故障定位。一般来说，系统记录的故障代码只指示故障诊断的参考性质的诊断方向。比如，电子控制系统信号反馈的故障位置是氧传感器，但并不意味着是氧传感器发生运作问题，不可根据某个传感器所反馈的故障代码而单一判断此传感器发生故障，也有可能是传感器本身受损。但其他故障原因也可能导致发动机电子控制系统记录氧气传感器的故障代码。这在一定程度上会导致对过错的误判。如果维修人员盲目地相信故障代码告诉他们在不进行故意判断的情况下进行维护的信息，他们可能不可避免地犯方向错误。因此维修技术人员需要对于车辆构造以及相关专业知识十分熟悉，对于各种故障情况可进行有效分析，并及时作出解决措施。电子控制系统中的故障代码储存器只起到储存作用，并不能输出相关代码参数，它负责接收发动机运作过程中的信号，并不能改变数据本身性质。因此，故障代码内容可能较为宽泛，维修人员可作为参考，但不能直接通过浏览代码找出问题所在，因此维修技术人员需要结合理论知识对故障代码进行分析诊断。

　（四）运用数据流进行分析的故障诊断

发动机电子控制系统中的传感器、执行器和ECU运作时，会通过电信号进行数据的传输和执行，从而生成数据流。此时记录的数据流是跟随发动机运行状态的变化，进行实时更新，反馈系统运作的真实情况。通常进行故障诊断时，会将相关诊断设备连接发动机电路获取数据流信息，将收集到的信号与基准数据进行校对分析。数值参数和状态参数是分析数据流信息的主要两种参数。数值参数是作为标准数据的参考标准，具有正常运作下各个元件的正常参数范围，将收集到的实时数据与数值参数做对比，找到异常数据，确定故障位置和范围。状态参数指正常运作下各个器件的工作状态，比如基本的开关状态或者高低形式，将此作为标准，分析数据状态是否处于正常范围，如果不一致视为故障。

　（五）对各传感器执行器波形分析的故障诊断

博世汽车测试设备(深圳)有限公司专门研发了特定的专用汽车示波器，成型汽车型号是金德KT600，它可输送采集传感器的实时波形状态，包括汽车点火、电子控制系统、燃油喷射装置等部分。其中，对于分析比较点火装置的波形，可以达到更为全面范围的信号收集，利于故障原因诊断，涵盖点火系统、进气系统和燃油系统。对于分析比较传感器波形变化，可得出准确故障诊断结果。从而整体上提高汽车诊断系统的精准性和效率。基本功能：金德KT600示波器在国内首次实现了二次点火波形的实时显示。准确的点火同步，自动检测点火信号极性，无论是分配器点火，独立点火，双端点火都可以可靠地检测，相当于手持式发动机分析仪。它具有通用示波器的功能。示波器连接到电源后，可选择一条示波器探头连接线。使用示波器诊断故障的优点是：一些信号故障属于意外故障，并非所有问题都可以通过读取数据流找到。但利用波形分析可以在波形上显示每一分钟的数据变化，有利于分析各种复杂情况下的故障。比如，在分析诊断油门传感器的故障状态时，电压通常情况下是正常状态，汽车油门打开的瞬间，电压会突然变成0V，数据流分析方法无法准确判断故障时间点和范围，但波形分析方法可观察工作状态下的波形变化，将收集到的数据信息与标准波形进行对比，找到异常波形。示波器可采取到实时变化状态下运作数据，数据流只能采集经过处理的二手数据，执行器接收ECU对于故障诊断分析的数据然后反馈集成数据流。因此数据流数据难以保障信息准确性和有效性，当ECU发生局部故障时数据诊断会出现误差，执行器数据接收过程是正常状态，从而导致故障诊断有误，拖长诊断维修时间，降低工作效率。但目前，通过数据流和示波器诊断相结合，发现ECU或相关线路故障的局部故障并不难。

四、发动机电控系统故障诊断流程

　　（一）对点火系统检查

（1）对各个缸内火种进行监测。通常有三种方式：将火花塞拆卸后，使用分缸线连接火花塞并放入缸体内，完成以上动作后启动发动机判断跳火状况；利用点火测试仪设备检查跳火状况；通过判断正时灯闪烁状况，其中正时灯连接缸内高压线。（2）倘若汽车带分电器出现分缸线五跳火，应对中央线进行检查。倘若分缸线无火而中央高压线有火则分电器出现故障。倘若两者都没有火，则做以下检查：检查继电器和保险丝是否良好。否则更换新件。检查点火线圈。拔下点火线圈插头，检查点火线圈初级、次级线圈的电阻是否符合标准，否则更换。（3）检查点火器。检查点火器的电源及搭铁；（4）检查控制点火的传感器。检查发动机的曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器和转速传感器等。如果确定传感器故障，就更换新件。不能确定的，就先检查传感器到ECU的线路是否导通。初步外部观察检查ECU。是否有变形、泡水、烧焦等。

　（二）对油路的检查

检测出油是否正常，检查前提条件是不启动车辆，将燃油分配管与进油管分开后，打开点火开关观察出油状况。如果燃油出现，则需要检查油箱的油压是否在正常范围内，标准状态是200~300KPa，此时正确操作是断开喷油器与燃油滤清器，将油压表连接双方的断开处，然后启动车辆发动机。如果油压符合标准，那么需要对剩余的燃料供给部位进行检测，比如燃油滤清器，滤网，油泵和喷油器等。如果燃油不出现，需要检查燃油系统中的其他元件原件，检查完毕后，检测燃油系统的整条电路。检查顺序是保险丝、继电器、油泵，最后是系统电路，当以上检查都处于正常范围，那么需要检查燃油系统相关的传感器运作是否正常，最后检测ECU。

（三）对气路的检查

（1）空气滤清器是否堵塞。

（2）怠速控制阀是否关闭或卡死

（3）真空管是否脱落。

（4）各种连接卡箍是否拧紧。

（四）对机械部分的检查

首先看发动机是否能转动，然后用缸压表检查气缸压力，若缸压不在800~1300KPa范围或压差超过标准。则要检查配气正时、缸垫、正时皮带、活塞环密封性、气门密封性等。

（五）对电脑（ECU）的检查

规范的检查流程是：第一进行外部检测，主要检查范围包含烧伤，泡水，变形，插脚折断等。第二，进行器件电源电路的内部检查，根据实际情况，可拆解相关器件。经过收集相关实证数据，传感器、执行器和连接器等器件是导致电子控制系统发生故障的常见原因。然而针对ECU发生故障的可能性计算，车辆每开100,000公里，ECU发生故障的概率仅有1%，从而技术维修人员在进行故障诊断时可将ECU诊断放在最后，首先检查汽车零部件和连接处线路问题。

五、发动机电控系统故障诊断及维修

　　（一）运用合适的工具

当前的汽车维修技术通常使用解码器和示波器作为主要诊断工具，因为发动机电子控制系统所记录的数据流和波形较为复杂，解码器和示波器可将复杂的信息转化为简单的诊断术语，从而缩短故障诊断分析时间，有效提高维修技术人员工作效率，从而快速确定故障范围。其中数据流的形成是由执行器和传感器监测发动机运作的实时数据变化，ECU接收反馈信号，解码器可将收集到的组合数据分析为各个部位的单处数据。波形是由执行器和传感器分别与ECU连接时所发生的电压变化，示波器可读取静态数据和动态数据，将标准范围内的波形状态与收集到的信号数据进行对比。

（二）落实科学的程序

导致发动机电子控制系统出现故障的因素范围较为广泛，造成原因的多样性使得故障诊断及维修方法同样具有多样性。故障诊断需要有序的工作流程和执行标准，汽车行业的发展，具体表现为车辆技术的进步，因此对于车辆的诊断维修要求更为严格，需要使用科学的方式进行展开，对于电控发动机的故障诊断的时效性和正确性也提出了更高标准，科学合理的维修程序也可帮助维修人员迅速判断故障产生原因，快速修复。正确的车辆电动机维修流程是：首先维修技术人员在进行故障诊断前，需要与车主详细沟通。主要收集电控电动机故障发生的时间、故障现象、故障位置以及之前是否出现过类似情况，维修技术人员需要特别注意在车辆故障发生的前后阶段，车辆是否出现特别现象，并检查车辆的检修记录，分析是否为之前某次维修不彻底、维修不当导致此次故障。故障诊断和车辆维修前与车主沟通，可有效缩短维修时间提高工作效率，因为车主对于车辆使用和自身情况更加了解，通过沟通可缩小诊断范围，更快确定故障原因。当经过沟通后发现故障为基础的外部故障，那么维修技术人员只用检测发动机外部部分，发动机外部故障的诊断和维修都较为简单，基本确定故障原因后可快速解决问题。各个品牌的车辆所配置的发动机各不相同，因为不同品牌的车辆主打性能存在一定的差异，所使用的发动机配置并不相同。所以对于汽车行业的维修技术人员提出了更广泛的理论知识范围，要求维修人员在故障诊断过程中需要对各个类型的汽车发动机具有详细了解。在不同论文和书籍中对于各种类型的发动机构造、诊断和维修方面都有详细记录，维修技术人员需要参考相关资料进行实际的诊断操作。与此同时，现代车辆技术的发展，使得汽车行业进入智能化时代，现在车辆带有自行诊断系统，可以自动诊断具体故障区域，在维修中可以帮助维修人员更快定位故障，迅速解决问题。

　（三）坚持正确的方法

采取合适、科学的故障诊断及维修方法可以帮助维修人员在短时间内快速解决故障，最大程度地减少发动机故障对车主带来的不利影响。目前，人工诊断和仪器诊断是发动机电子控制系统故障诊断的主要两种方式，人工诊断和仪器诊断具有各自的优势和应用范围，同时也各有各的不足。为保障电控发动机系统故障诊断及维修的效果，维修时应将这两种方式结合起来，实现优势互补，先以人工方式初步检查，缩小故障排查范围之后以仪器配合检测，在具体位置上判断故障发生原因，落实有针对性的维修工作。

结论

汽车使用中出现问题频率较高为发动机启动故障，影响发动机运作因素较多，从而导致情况分析更为复杂，对诊断技术提出了高要求。但当前实际情况，多数汽车维修技术人员对于发动机原始构造运作基础的理论知识了解并不透彻，导致在诊断分析过程中，欠缺考虑并不能准确找到问题。即使找到原因也未能提供准确有效的解决方案，往往在诊断故障原因时就会花费大量时间进行不断试错以此找到答案。为此，希望在今后的日常生活和汽车生产活动中，我们可将各种故障情况作为研究内容，结合实际发生的案例进行分析记录，维修人员可通过理论学习加以实际操作提升自身技能，对于汽车故障诊断和维修工作具有实际指导意义。汽车技术革新和发展提高了对汽车维修人员的技术要求，汽车内部构造采用先进技术使其更为复杂，与此同时提高了汽车的使用性能。因此汽车维修人员不仅需要及时更新汽车技术的理论知识，还要做好汽车内部系统的保养计划，对待汽车故障诊断，需要精通各个检测设备应用。通过每次实战提高整体的维修水平，从而是适应于现代汽车维修技术的快发展和严要求。

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　致谢

感谢我的论文指导老师。从选题到查阅资料，论文提纲的撰写，期间论文的一遍遍修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我耐心的指导。因此，在毕业论文完成之际，谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢这篇论文所涉及到的所有学者，你们的研究给我提供了莫大的帮助。在搜集资料和论文撰写的过程中，如果没有各位学者们的研究成果的启发与帮助，我将很难完成本篇论文。感谢我的同学和朋友，他们在我的论文撰写的过程中给予了许多的帮助。