孙 逊，陈 劭

Sun Xun，Chen Shao

（北京林业大学工学院，北京100083）

0 研究背景

维修站的实际运营中，一般在无法判断故障问题时或者只是清除ECU的故障码的情况下，才使用多功能诊断仪，无法较好地发挥其作用；在许多汽车维修企业中，仅将尾气分析仪作为车辆年检前调整尾气、测试简单参数的普通设备，并不能发挥出它在汽车故障诊断中的作用。大多数情况下单一地使用一种类型的检测设备，检测结果可能无法准确反映故障问题，更导致检测仪器的闲置。文中根据实验室现有仪器，充分利用所选仪器的诊断特点，提出了综合利用一系列检测仪从多角度诊断汽车发动机故障的方法。形成了集随车诊断、车外诊断和集成诊断于一体的全方位诊断方法。

1 故障诊断方法

图1所示为文中提出的故障诊断方法，具体的故障诊断方案如下：

第一步，利用 AVL8000随车诊断设备检测ECU中储存的故障代码及故障名称；同时利用K81故障解码器进行相同操作，证明AVL检测仪器专家系统的先进程度。

第二步，利用AVL8000检测实时的数据流，定量掌握汽车运行数据，结合第一步进一步锁定故障点。

第三步，利用AVL4000尾气分析仪检测尾气各成分含量情况，根据结果结合第一、二步推测结果进行验证。

第四步，利用AVL990专项诊断仪对怀疑的诊断点进行专门的检查。

2 故障诊断平台

结合上面的故障诊断方法，利用实验室的设备搭建故障诊断平台，如图2和表1所示。

表1 所用仪器介绍

AVL8000是种易于使用、便携式、为车辆诊断软件应用而设计的仪器，它运用内部操作系统调用内部存储的软件程序进行工作。发动机控制器传送从不同传感器（发动机转速、压力、温度等）测量得到的信息并发送命令给电子系统（喷油嘴、继电器、电磁阀），所有数据取决于通讯速度和控制器性能，实时更新。

AVL4000具有多燃料测量功能（汽油天然气液化气酒精），拥有发动机转速、机油温度测量接口，并集成于五气体排放测量系统。其 R232通讯接口具有后处理数据软件。内置符合GB18285—2005的双怠速测量软件。具有尾气专家诊断功能，通过尾气测量分析发动机故障，并可判断排气管是否有泄漏。

AVL Discope 990发动机综合分析仪提供了可供选择的测量范围自动设置的测量程序，用户通过AVL DITEST诊断系统获取所需的各个功能和检测程序的详细描述，这些描述可以显示在用户的电脑显示屏上。

3 验证试验

在实验台设置05号故障具体内容。

故障名称：节气门控制器怠速接点开关信号故障；

故障现象：加速迟滞、动力不足；

故障点：ECU至节气门控制器怠速接点开关断路；

试验现象：设置故障后，发动机怠速的声音明显有变化，变得低沉，有沉重感。

3.1 K81显示的故障码

读取故障码，显示故障：00668为车辆电压端子30信号太弱；01165为节气门控制单元-J338 基本设置错误；00525为氧传感器-G39无信号/SP偶发故障。记下故障码后清码，重新读码，只有“01165节气门控制单元-J338基本设置错误”。故障只能大概定位为节气门体部分问题。

3.2 AVL8000故障检测

（1）节气门单元错误代码1165

类型：基本设置错误。

异常部位像节气门单元包括节气门电位计、怠速执行器和怠速位置开关。原因可能来自：

①某些内部元件；

②某些需要检测的线路；

③没有正确调整的控制线路；

④某些可能要替换的 ECU或者节流阀单元。

在最后一种情况下，可以通过相关的功能得到基本的值。

（2）怠速位置错误代码516

类型：典型的正极开路或短路。

ECU没有正确地得到有关加速器闲置位置的信息。原因可能是：

①传感器到 ECU的线路出现开路或者短路；

②错误的切换；

③节气门的机械调整，粘在一起的连线或者加速器的电缆等等。

基于这个系统，切换可能产生在节气门电位计、怠速执行器或者怠速的节气门（电气）控制的速度制动器、节气门（或电气）控制的油门单元或者加速器踏板位置传感器。

某些特定的系统没有物理切换器，但是从怠速位置信号（虚拟怠速开关）中可得知怠速位置。

试验结果1分析

AVL8000具有一定的专家系统技术，它由知识库、数据库、推理机、学习系统、上下文、症兆提取器和解释器构成。当故障码被诊断出时，反馈到知识库和数据库中，寻找相关参数；根据这些参数，进入到推理机中进行推理，所以不仅能检测输出与K81相同的节气门部位的故障码，而且更深一步推测故障的问题。最重要的是由于其具有学习系统、解释器等，根据检测到的故障，分析可能出现的故障原因，辅助维修人员确定检测范围及检修的方法，更具有针对性和准确性，便于快速排查故障。

经过上面的详细故障原因分析，可以确定故障的原因可能为节气门体部位的故障以及怠速控制部位的故障。需要检测节气门体部件完好程度以及重要部件的角度位置，另外检测相关的电路。

3.3 AVL8000检测的数据流

超出正常值的指标

（1）发动机怠速若超出规定值，检查怠速。

（2）节气门角度若大于 5°，可能：a. 节气门控制部件 J338没有基本设定；b. 油门拉线过紧，需调整；c. 节气门控制部件损坏。

（3）发动机每循环喷油时间若大于5 ms，发动机负荷过大。

表2 试验数据流表

试验结果2分析

表 2所示为试验获得的所有数据流，但是只需要分析其中几组就可以进行判断。根据上面第一步检测结果，故障问题大致为节气门部位及怠速控制部分的问题，所以重点分析与此相关的数据即可。其中超标的项目已经整理出来，数据流显示的故障问题也十分明显。通过几次实验，怠速转速值不稳定，有些在正常值范围内，有些却达到了1200 r/min。多项指标说明发动机负荷过大，以及节气门开度过大。根据理论分析可能是由于怠速节气门信号丢失的原因，很有可能是因为怠速节气门电位计不起作用，ECU无法接收到该信号，节流阀体的节气门将通过应急弹簧进入机械应急运转状态，怠速转速将有所提高，以致达到了 1200 r/min。根据上述的分析可以进一步推断，故障可能是怠速节气门信号问题。

3.4 AVL4000尾气分析仪的故障前后以及怠速加速的实验结果

表3 检测尾气结果

试验结果3分析

对于正常怠速和故障怠速的各项数值比较可知，CO偏高、CO2偏低、HC偏高、O2偏低、NOx适中，说明混合气浓。开始的时候发动机转速和油耗上升不少，是由于发动机起动时，为了能够顺利起动，发动机节气门开度达到最大，并且ECU对发动机进行了加浓喷油。节气门单元应急弹簧处于应急状态，节气门开度处于一定的开度不变，发动机进气量增大，喷油量很大，发动机转速和油耗上升，与此同时，由于油耗量没有减少，致使排放中CO和HC变大；由于转速比较高，发动机气缸燃烧温度相对于正常怠速要高，从而带来了NOX的增大。

从尾气分析来看，进一步验证了怠速节气门电位计的故障问题。

3.5 AVL990实验波形对比

前述的AVL8000、AVL4000检测的结果都是节气门部位存在问题，因此在AVL990的专项测试中重点进行传感器测试中的节气门电压测试。

试验结果4分析

AVL990的测试原理：节气门电压计提供给汽车电脑控制单元信息，在怠速期间提速或速度改变时，节流气门位置也随之而改变。通常电压计由控制单元提供+5V工作电压和接地信号。节气门开度增加，输出电压增加，控制单元能测知节气门的开度。电压由滑动电阻的滑边上提取。当接触点氧化或滑片磨损（多数开度位置约为1/4+1/4节流阀开度），则输出电压信号出现跳动。

波形图不光滑，伴有很多的抖动，说明存在很多的信号干扰。进入专家系统，根据其推理，鉴定结果为节气门电压计或传感器失效，或者接线不良或失效（见图3、图4）。

4 结束语

首先通过试验对专家系统的先进性进行验证。对于同一故障使用K81和AVL8000进行对比测试。两者均测到故障码，但是AVL8000所测得的故障码更为精准、全面，并且列出了造成故障的原因。划定了故障可能发生的范围，可以节省大量的时间和精力，使检测更为便捷，体现出AVL系统的优越性。

进而验证故障检测方法的可行性。通过上述对有故障的发动机进行检测的试验过程，使用 AVL8000大概得知故障部位；再通过观测数据流，找出数据异常的指标，判断出大概的故障是怠速节气门信号丢失问题；另外，通过观测尾气指标，更进一步印证节气门控制器怠速接点开关信号可能存在故障，最后经过AVL990专门波形的分析，证明推理判断的正确性。这与在故障实验台上设置的 05号故障相应的故障点（ECU至节气门控制器怠速接点开关断路）完全相同，说明文中所提出的故障检测方法具有可行性以及有效性。并且此方法思路清晰，排查简便、高效。

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