第十章发动机电控系统故障诊断

汽车电控发动机构造与维修汽车电控发动机构造与维修第十章发动机电控系统故障诊断第十章发动机电控系统故障诊断一任务引入二任务分析三相关知识四任务实施学习目标：1.了解车载诊断系统基本原理；掌握利用车载诊断系统进行故障诊断的方法；2.了解汽车故障诊断接口的位置及形状，掌握故障指示灯（CHECKENGINE）的功能；3.了解OBDII与OBDIII基本知识，掌握发动机ECU的失效保护功能和备份功能；4.掌握人工读取发动机故障代码的方法，能够根据故障代码进行故障检测与诊断，能够利用故障诊断仪进行故障检测与诊断。学习目标：1.了解车载诊断系统基本原理；掌握利用车载诊断系统进行故障诊断的方法；2.了解汽车故障诊断接口的位置及形状，掌握故障指示灯（CHECKENGINE）的功能；3.了解OBDII与OBDIII基本知识，掌握发动机ECU的失效保护功能和备份功能；4.掌握人工读取发动机故障代码的方法，能够根据故障代码进行故障检测与诊断，能够利用故障诊断仪进行故障检测与诊断。一任务引入现代汽车都配有车载诊断系统（又称自诊断系统），利用该系统，可以方便、快速地查找故障部位，给汽车故障诊断带来了巨大的方便。二任务分析车载诊断系统是指由ECU本身提供的车辆自我诊断的功能，作为维修人员，只要能够读出ECU内部的诊断数据，就可以确定故障的范围，从而使诊断测试更具有针对性。ECU内部的诊断数据可以人工读取，也可以使用故障诊断仪读取，如图10-1所示。三相关知识1.车载诊断系统的基本原理2.利用车载诊断系统进行故障诊断的方法3.汽车故障诊断连接器（诊断座）4.故障指示灯（CHECKENGINE）的功能5.发动机ECU的失效保护功能和备份功能1.车载诊断系统的基本原理ECU在正常工作的同时，还一直监视着电控系统各方面的信号，并把这些信号与存储器内部的标准值进行比较，从而判断是否有异常情况发生。以水温传感器的信号为例，在正常情况下，水温传感器的电压值应在0.1V～4.8V之间变化，如图10-2所示。如果ECU接收到的电压值在此范围以内，即判定水温传感器工作正常。如果电压值小于0.1V或大于4.8V，即判定水温传感器信号异常。对氧传感器信号的监测如图10-3所示。怠速时“混合气稀”的时间超过100s，或汽车行驶时混合气浓或稀的时间超过20s，即判定氧传感器信号异常。当ECU判定系统存在故障时，一般会点亮仪表板上的故障指示灯（CHECKENGINE），同时ECU的存储器内还会储存相应的故障代码（DTC）及定格数据。所谓定格数据就是故障发生时的相关运行数据，例如水温、转速、进气流量等，这些数据对于正确判断故障位置很有帮助。需要说明的是，ECU中所储存的故障代码与实际发生的故障可能会有所不同。例如：当空气流量计信号发生偏移但没有超出正常范围时，ECU不会认为空气流量计有问题，但由于混合气长期过浓或过稀，ECU会误认为氧传感器有问题，因而会储存氧传感器方面的故障代码，因此，读取故障代码后还需要做必要的原因分析，此时，读取定格数据就显得格外重要。ECU对执行器的监测可以依靠专设的反馈信号，如点火系统的IGF信号（丰田公司），也可以依靠电磁线圈的感应电动势或工作电流，如喷油器、怠速阀等。另外，ECU还通过诊断连接器提供与外部仪器（如：故障诊断仪仪）的数据通信功能，以便利用外部仪器读取、修改ECU内部的相关数据，或接受外部仪器的指令，执行相关的操作。2.利用车载诊断系统进行故障诊断的方法1)2)1)人工读取故障代码的方法因汽车的生产厂家而异，目前尚未统一。但在同一生产厂家的不同车型上，人工读取故障代码的方法却基本一样。人工读取故障代码后，一般还需要查阅维修手册，以确定故障代码的含义，然后按照维修手册的指引进行故障排除。2)汽车故障诊断仪（有故障阅读仪、数据扫描仪、故障检测仪、解码仪等多种称呼）有按键式（见图10-4）和触摸屏式（见图10-5）两种，国内产品有元征、车博士、金奔腾、修车王、金德等多种品牌。功能包括：读取故障代码、清除故障代码、读数据流、读取定格数据、基本调整、自适应匹配、读取电控单元（ECU）版本号、电控单元编码等。有些故障诊断仪还具有示波功能。读取故障代码功能：直接读取ECU存储器中的故障代码，并显示故障代码的内容（不必查阅故障代码手册）。清除故障码功能：清除ECU存储器中所储存的故障代码。读数据流功能：读取当前的运行数据，诊断人员可由此查找故障代码不能显示的故障。例如，发动机处于冷态，读取的水温数据却是80℃，显然说明水温传感器信号存在问题。读取定格数据（又称冻结帧数据）：读取产生故障代码时的相关运行数据。执行元件测试功能：通过与发动机ECU之间的通信，指令某个执行器工作。例如，指令某缸喷油器工作，从而判断该喷油器控制电路是否正常；指令怠速控制阀工作，从而判断怠速控制电路是否正常等。基本调整功能：使ECU内部记忆的数据与电控系统相关元件的实际状态相匹配，例如，重新设置步进电动机式怠速阀的步数。自适应匹配功能：修改或清除ECU内部的某些数据，使相关系统的工作适应某些特殊要求。例如，将发动机的怠速由800r/min调整到850r/min；更换ECU或防盗器后，清除ECU中的防盗记忆数据，使ECU重新记忆防盗密码等。读取电控单元（ECU）版本号功能：读取ECU的版本号，确保新购置ECU时，新的ECU与原车ECU的版本号相同。电控单元（ECU）编码功能：对新更换的ECU进行编码，以启用其中与目前车型及配置相适应的控制程序。例如，采用手动变速器与采用自动变速器的汽车，配有ASR（驱动防滑控制系统）与不配有ASR的汽车，发动机ECU的版本号可能相同，但所用的控制程序却不同。如果控制程序启用不当，可能会引起汽车行驶不良或产生严重故障。示波功能：直接显示电控系统的某些信号波形。例如，各种传感器的信号波形、点火控制信号波形、怠速控制阀工作波形、喷油器工作波形等。波形往往比数据更能反映故障的实质。例如，曲轴位置传感器信号轮发生缺齿故障时，相应的信号波形就会产生缺陷，而这种缺陷是故障代码和数据流难以准确描述的。3.汽车故障诊断连接器（诊断座）1)2)OBD-II3)OBD-II4)OBD-III汽车故障诊断连接器又称诊断座、诊断接口、数据读取接口等，一般位于发动机舱内、仪表盘下方或选挡杆的旁边，主要用于与故障诊断仪的连接，某些汽车还可用于人工读取故障代码。1)丰田汽车一般设有两个诊断连接器，分别位于发动机舱内和仪表盘下方，如图10-6所示。发动机舱内的为方形（DLC1型），仪表盘下方的为圆形（DLC2型）或国际通行的OBD-II型（丰田公司称为DLC3型），其中OBD-II型可以实现故障诊断仪与ECU之间的双向通信，诊断功能更强。DLC1型和DLC2型为并联关系，功能也基本一样，其盖子上标注有各端子的代码，如：TE1、TE2、E1、TC、+B、IG-、FP、VF1、VF2、OX1、OX2等。各端子的功能如下所述。TE1、TE2用来读取发动机和自动变速器的故障代码；E1为搭铁；TC用来读取ABS/ASR/ESP（制动防滑/驱动防滑/车身动态控制）系统和安全气囊（SRS）系统的故障代码；+B用于获取电源电压，也可以用于主继电器功能的检查；IG-用于获取发动机的转速信号，可与发动机点火正时检测仪相接或与转速表相接。FP用于燃油泵的检查；VF1、VF2用来检测混合气闭环调节功能；OX1、OX2用来检测氧传感器的信号。为了与不同形状的诊断连接器实现连接，汽车故障诊断仪所配备的数据连接接口也有各种形状，如图10-7所示。对于通用型汽车故障诊断仪，为了适应不同车系的需要，往往还配有各种车系的诊断卡，测试不同的车系时，需要选用不同的诊断卡，并将其插入故障诊断仪的卡槽中。2)OBD-IIOBD-II是第二代车载诊断系统的英文缩写，其诊断连接器有统一的标准，并规定一律安装在驾驶员侧仪表板下方。诊断连接器共有16个端子，其形状如图10-8所示，各端子的代号和含义见表10-1。OBD-II诊断连接器中，对关键性的端子，如电源、搭铁、资料传输线都作了明确的规定，其中，资料传输线有ISO（国际统一标准）和SAE（美国统一标准）两种。其他端子则提供给汽车制造厂使用，各汽车制造厂可以根据自己的技术特点与需要灵活使用。3)OBD-IIOBD-II故障代码由五位数组成，例如：P0351，其中：“P”——第一位为英文字母，是系统代码：“P”代表发动机和变速器组成的动力传动系统（POWERTRAIN）；“B”代表车身电控系统（BODY）；“C”代表汽车底盘电控系统（CHASSIS）；“U”代表网络系统。“0”——第二位为数字，表示由谁定义的故障代码：“0”或“2”代表由SAE/ISO定义的故障代码；“1”代表由汽车制造厂定义的故障代码；“3”代表由SAE/ISO或汽车制造厂定义的故障代码。“3”——第三位为数字，表示SAE定义的故障发生的范围或系统：“0”代表空燃比测量和排放控制系统；“1”代表空燃比测量；“2”代表喷油器线路；“3”代表点火系统或熄火；“4”代表排放控制系统；“5”代表车速或怠速控制系统；“6”代表ECU或输入/输出控制系统；“7”代表变速器控制系统；“8”代表非电控发动机的动力传动系统；“9”代表混合动力控制系统。“51”——第四、五位为数字，代表故障代码（00～99）。4)OBD-IIIOBD-III即第三代车载诊断系统，目前已经开始使用。它是OBD-II进一步的发展，在包容全部OBD-II功能的基础上，增加了许多新的功能，特别是将原来的有线数据传输转变成了无线数据传输（不再需要诊断连接器）。无线数据传输可以远程读出诊断数据，而汽车却不必在诊断的现场。这种情况下，只要汽车通过收费站之类的地方，无线监测点就可以自动完成排放检测。或者，在汽车维修人员到达汽车发生故障的现场之前，就可以确认故障发生的原因。或者，不论汽车位于何处，诸如需要更换机油、需要二级维护、需要进行某些部件的检查之类的信息也可以直接自动传到修理厂等。另外，拨入车辆数据传输频率，可以允许执法人员强制关闭发动机，使他们能够快速追赶上违法的车辆或控制被盗的车辆；汽车的驾驶与使用情况可以自动传到交通主管部门或其他政府部门，以便监测交通违章和滥用公务车辆的情况。可见，OBD-III可以给汽车的个性化维护与故障排除带来极大的方便，也给政府部门的执法带来便利。上述功能在技术上是完全可以实现的，但是，同样的功能也会给犯罪分子提供可乘之机，使受害人无法逃离受害现场，因而存在一定的争议，目前部分有争议的功能尚没有投入使用。4.故障指示灯（CHECKENGINE）的功能1)2)3)4)1)接通点火开关时，故障指示灯会点亮。当发动机转速达到或超过400r/min后，故障指示灯会熄灭。符合这一要求，表明故障指示灯的功能是否正常。2)电控系统存在故障时，故障指示灯将被点亮，以提醒驾驶员。如果故障被排除，则故障指示灯会在5s后熄灭。对于有些车型来言，即使故障被排除，也要连续三次行驶，且没有检测到新的故障，故障指示灯才会熄灭。3)可以通过故障指示灯的闪烁显示故障代码。4)如果在第一次行驶周期中检测到某个可能损坏三元催化器的熄火故障，故障指示灯即开始闪烁。如果在第二次行驶周期中还是检测到熄火故障，则故障指示灯闪烁，并储存故障代码及定格数据。如果熄火故障症状减轻，故障指示灯将从闪烁状态转变到连续点亮状态。提示：一次行驶周期是指发动机从起动到停机的过程。5.发动机ECU的失效保护功能和备份功能1)2)1)当检测到某电路信号异常时，发动机ECU将以储存在ECU内部的标准值来代替异常信号值，以防止发生严重故障或三元催化器过热。丰田汽车发动机ECU失效保护功能见表10-2。2)备份功能又称为安全回家功能或跛行功能。当发动机ECU中的中央处理器发生故障时，ECU的备份功能可使控制电路转到备用集成电路，以固定信号控制发动机工作，从而允许车辆继续行驶，以确保汽车可以开到修理厂。在该模式下，喷油量和点火时刻为固定值，见表10-3，此时，故障指示灯点亮，但发动机ECU的存储