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波形分析在点火系统故障诊断中的运用

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【内容摘要】针对现代汽车故障诊断常见设备的应用和特点,应用多通道数字存储示波器,围绕大众车系电子控制发动机,以桑塔纳AJR发动机为研究对象,利用波形分析法对发动机出现的故障进行分析研究,希望以此可以找到一种新的快速判断发动机电控故障的方法。通过实验,找到各种典型发动机故障对特征波形的影响。

【关键词】电控发动机;故障诊断;示波器;点火系统

目前汽车电控技术的发展十分迅速,为了适应汽车的电控化程度,对电控系统出现的故障进行诊断的能力也要向更高的水平发展。在汽车的故障诊断中,人们常常使用电脑故障诊断仪,也叫解码仪,它在某些电控系统的故障诊断上也已捉襟见肘。而利用波形分析却能查询到电控系统中电子器件间的电信号,不仅能诊断出汽车上的电路问题,许多机械和电子方面的故障也能够被顺利找出并解决。所谓波形分析,就是在汽车故障诊断中利用汽车示波器,采集汽车电子控制系统中的电子元件的波形信号,如传感器、执行器等电子设备,并将采集到的电子元件电压随时间变化的电信号,与这些电子元件正常的波形信号进行对比并分析,找出其中的不同,继而运用自己掌握的基本理论知识,找出故障具体发生部位。在汽车故障诊断中,并不需要对发动机做任何特殊的设定和调整,就能够直接在显示屏幕上观察到电信号的波形,它的测试与使用也非常简单。汽车用示波器目前使用较广泛的是数字存储示波器,常见的型号分别是美国FLUKE98、元征KES-200、国产金德K81等。在故障诊断时,示波器采集被检电子元件的电压波形、信号脉宽等,经过认真分析对比,不仅可以准确判断出电控系统中线路或电子零件是否存在故障,还可以判断维修或更换后,零部件性能如何,确认其它零部件故障情况。

一、基于示波法的故障诊断原理

一般使用下列五种参数的测量数据来判断汽车中电子元件的电子信号,它们分别是:幅值、频率、脉宽、形状、阵列。示波器中可以显示出所有电子信号的这五种判定参数,应用示波法可以分析出某个电子元件,以及某段电路的故障,并加以验证。若采集故障电路及电子元件从损坏到被修复完好的波形,可以发现这些波形变化剧烈,尤其是上述五种电子信号的参数变化。根据对采集的波形进行分析对比,观察这些电子信号的波形状态是否正常,就可以找出发动机电控系统中传感器、控制单元、执行器等部件出现的故障,观察故障排除后的系统运行状态。汽车电子元件的电信号多种多样,有些电子元件的信号变化非常快,周期仅为1毫秒,还有一些信号呈间歇性变化,有时候有信号,有时候就没有,这对故障诊断设备的要求就比较高,它的扫描速度必须要大于电子零件出现故障信号的速度。汽车专用示波器在捕捉到故障零件电信号时就可以采集比较完整的信号,然后将波形速率调慢来显示,这样,在做故障诊断与分析时,就可以看着故障波形分析故障了,容易找到故障发生部位。而且示波器还具备存储功能,可以将故障波形记录存储,帮助维修人员快速找出故障发生部位。当示波器进行波形采集时,设定电压随时间变化,此时这个电信号就可以生成波形图,直观地判断电控零件的工作状况,并十分准确且便捷地找出发生故障的零部件。通过示波器采集显示电控零件输出的波形信号与电压信号变化状况,就能够准确判断电控零件性能是否正常,有没有故障,进而判断整个发动机电控系统的状态。

二、发动机怠速抖动模拟故障诊断实验

一般情况下,如果进气系统与供油系统无法协调完成工作,只要使用故障诊断仪读取故障码,或者读取动态数据流就可以分析判断出故障发生部位。发动机出现怠速抖动现象也是电控汽车发动机常见故障之一。然而经过认真分析,发现如果点火系统产生故障,也会表现出发动机怠速不稳或抖动,这时仅仅利用解码仪分析出的数据流并不一定可以排除故障,还要利用可以分析点火系统故障的仪器,找出故障根源。设定桑塔纳的AJR发动机为试验用发动机,进行试验前先要对发动机做基本检查,在油路、气路中没有发现任何异常,均能顺利完成正常功能。然后起动发动机,怠速运转,此时发动机抖动严重。

经过分析故障现象,首先应用元征X431诊断仪读取故障码,然而电控单元中并没有故障码储存,随后继续读取动态数据流,发现点火提前角出现波动,幅度较大,然后读出进气量与喷油脉宽的实时数据,也没有明显异常。经过分析得到,若油路和气路经过诊断均正常,则可以怀疑是由于点火系统的故障使点火提前角出现大幅波动。随后关闭发动机,正确安装示波器的测试端子,并将示波器的电源端子分别接在发动机蓄电池的正、负极上。重新起动发动机,并使其怠速运转,调试示波器显示测试波形,反复多次测量,都能够看到如图1所示的次级点火线圈下的高压点火平列波。经过分析试验测到的次级点火电压波形,发现发动机每一缸的击穿电压均不相同,经过判断,确认第4缸点火状态比较正常,击穿电压值在正常范围内,其余3缸的点火击穿电压都偏低,尤其是第3缸,它的次级点火电压只有2KV左右,点火衰减震动过程幅度较大,根本无法完成正常点火过程。所以发动机怠速抖动的现象可以判断是因为发动机在工作时,每个气缸的点火击穿电压相差过大,才致使某些气缸出现了点火困难,从而导致各气缸工作时出现了不协调不均匀的现象。

继续采集波形,获取到故障状态下次级点火电压重叠波如图2所示,认真观察波形,并且进行对比,明显观察到各个气缸在点火燃烧后出现的震荡段波形不一致,由此可进一步确定是点火系统出现了故障。点火击穿电压过低的原因主要考虑是点火高压线局部短路造成,也可能由于火花塞电极间隙过小,或火花塞积炭造成。首先使用万用表测量点火系统次级线圈阻值,数值正常。随后使发动机熄火,观察每个气缸的火花塞,发现1缸和3缸的火花塞都有积炭现象,而且3缸的积炭情况还较为严重,2缸的火花塞没有3缸严重,但是也有轻微污浊。因此可以得知,点火线圈的击穿电压值不同、并且是火花塞击穿电压偏低也会进一步导致火花塞工作不良,出现故障现象。经过分析,如果火花塞上有污浊或积炭时,火花塞的阻值就会降低、电极间隙会缩小,火花能量不足,混合气燃烧不充分,所以会使点火提前角波动。试验后,清洗2缸火花塞,并将1缸与3缸的火花塞做更换处理,重新利用示波器测试,次级点火电压波形恢复正常,发动机运行稳定,如图3所示。

因此,利用示波器可以进行点火系统典型故障的诊断,通过对故障区的划分以及波形分析判断方法,不仅论述了点火系统波形,还对AJR发动机的怠速抖动,以及B5发动机个别气缸突然断火进行了波形的采集,并给出了理论分析。针对点火系统进行了积碳与搭铁不良的波形采集试验,给出了故障对比分析,顺利排除故障。

作者:于彭涛

波形分析在点火系统故障诊断中的运用责任编辑:张雨    阅读:人次