电控发动机故障诊断与分析.doc

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常州机电职业技术学院毕业论文
/毕业设计(论文)
常州机电职业技术学院
毕业设计(论文)
系部:车辆工程系
专业:汽车检测与维修
题目:电控发动机故障诊断与分析
2013年5月
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毕业设计(论文)中文摘要
汽车电控发动机是电子技术与汽车技术的完美结合,电控技术能够提高发动机的动力性、燃油经济性、加速性能和起动性能。所以,对于电控系统的结构认识和故障诊断就显得十分重要。
本文首先是对电控系统的组成(信号输入装置、电子控制单元和执行元件)进行总体论述,接下来由于应用在发动机上的子控制系统尤以电控燃油喷射新系统较为复杂难懂,所以本文对其结构和工作原理进行了详尽阐述;还有对其辅助控制系统(怠速控制系统、排放控制系统和故障自诊断系统)也加以补充;最后是对汽车电控发动机控制系统故障诊断与方法分析。
关键词:电控发动机控制系统故障分析与检测
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毕业设计(论文)外文摘要
Title:Faultdiagnosisandanalysisofelectroniccontrolengine
Abstract:Autoelectroniccontrolengineisthecombinationofelectronictechnologyandvehicletechnologyperfect,electroniccontroltechnologycanimprovetheenginepower,fueleconomy,,itisveryimportantforunderstandingstructureandfaultdiagnosisofelectroniccontrolsystem.
Thispaperiscomposedofelectroniccontrolsystem(signalinputdevice,electroniccontrolunitandactuator)tothegeneraldiscussion,thentheapplicationintheengineelectroniccontrolsystem,especiallyintheelectronicfuelinjectionsystemismorecomplicated,sothispaperelaboratesonthestructureandtheworkingprincipleandcontrolsystemoftheauxiliary;(idlespeedcontrolsystem,emissioncontrolsystemandfaultdiagnosissystem)hastobeadded;thelastisthemostpracticalmethodistocontroltheenginefaultdiagnosisandanalysissystemofautomotiveelectroniccontrol,column.
Keywords:electroniccontrolenginecontrolsystemfaultanalysisanddiagnosis
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目录
1绪论 1
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2电控发动机系统组成 6
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3汽油机电控燃油喷射系统 10
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4电控发动机辅助控制系统 20
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5汽油机电控发动机控制系统故障诊断与分析 29
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结论 37
致谢 38
参考文献 39
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1绪论

电控发动机在结构和功能上均有了较大的改进。主要有:(1)结构的层次性、复杂性从系统论的观点,电控发动机是由有限个“元素”通过各种“联系”构成的多层次系统。(2)功能控制的集中性。电控发动机系统主要由电控燃油喷射系统、电控点火装置、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断与报警系统等子系统组成,电控燃油喷射系统又包括了燃油系统、进气系统和电控系统三个组成部分。其中电控系统作为整个发动机系统的控制核心,用来协调各平行和上级系统的工作。发动机电控系统其结构的层次性、复杂性,其控制功能的集中性,导致其故障表现形式的多样性、复杂性。

电子技术与汽车技术的结合形成了一门新技术——汽车电子技术,随着汽车技术和电子技术的发展,汽车电子技术也得到了迅速发展。汽车电子技术已成为一个国家汽车工业发展水平的标志。
汽车电子技术的发展始于20世纪60年代,可分为三个阶段:第一阶段,从20世纪60年代中期到20世纪70年代中期,主要是为改善部分性能而对汽车电器产品进行的技术改造,如1955年汽车上装用了第一个电子装置——晶体管收音机,1960年美国克莱斯勒公司和日本日产公司在汽车上装用了硅二极管整流的交流发电机,同年美国通用公司将IC(集成电路)调节器应用于汽车上。20世纪70年代末期到20世纪90年代中期是汽车电子技术发展的第二阶段,进入20世纪70年代后,随着汽车数量的日益增多,汽车安全问题和排放污染日益严重,能源危机的影响更加突出,在汽车发达国家相继制定了严格的排放法规和汽车燃油经济性法规,为解决汽车安全、污染和节能三大问题,电子技术在汽车上的应用更加广泛和完善,如1967年德国***公司研制出电控汽油喷射系统,1970年美国福特汽车公司首先在汽车上应用了除发动机以外的电控装置——电子控制防滑(防抱死)装置,1973年美国通用公司在汽车上装用了Ic点火装置,1976年美国克莱斯勒公司在汽车上首先装用了电控点火系统。20世纪90年代中期以后为汽车电子技术发展的第三阶段,随着社会和汽车相关科学技术的进一步发展,电子技术在汽车上的应用已逐步扩展到车用汽油发动机机以外的底盘、车身和车用柴油发动机等多个领域,电子技术在汽车上的应用越来越普遍,各种车用电控系统也日趋完善。
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早期的车用电控系统均是相互独立的,由于电子技术的发展水平有限,电子控制系统只能单独对汽车的某一功能进行控制。采用独立控制系统,很难实现全面的综合优化控制,控制效果也很差。现代汽车上广泛应用的是集中控制系统,它是将多种控制功能集中到一个电子控制单元上,使汽车上的电控系统结构和线路大大简化,成本也随之降低,为电控技术在汽车上的普及推广提供了有利条件。实现高度
集中控制及集中故障诊断的整车控制技术是汽车电控发展必然趋势。

众所周知,汽车发动机的运行工况是多变的,只有电子控制的灵活性和电子控制单元强有力的综合处理功能,才能使发动机在各种运行工况下实现全面优化运行,从而提高发动机性能。
(1)提高发动机的动力性
在汽油发动机上,电控燃油喷射取代了传统的化油器,减小了进气系统中的进气阻力,部分发动机上还采用了进气控制系统等,提高了充气效率,而且电控系统保证进入发动机气缸的空气得到充分利用,从而提高发动机动力性。
(2)提高发动机的燃油经济性
在各种运行工况和运行环境下,电控系统均能精确控制发动机工作所需的混合气浓度,使燃烧更完全、燃油利用更充分,从而提高发动机的燃油经济性。
(3)降低发动机的排放污染
电控系统对发动机在各种运行工况和运行环境下优化控制,提高了燃烧质量,同时各种排放控制系统在汽车上的应用,都使发动机的排放污染大大降低。
(4)改善发动机的加速和减速性能
在加速或减速运行的过渡工况下,电子控制单元的高速处理功能,使控制系统能够迅速响应,使汽车在加速或减速反应更灵敏。
(4)改善发动机的起动性能
在发动机起动和暖机过程中,控制系统能根据发动机温度变化,对进气量和供油量进行精确控制,从而保证发动机顺利起动和平稳经过暖机过程,可明显改善发动机的低温起动性能和热机运转性能。
此外,电控系统对发动机各种运行工况的优化控制和电控系统的不断完善,使发动机的故障发生率大大降低。自我诊断与报警系统的应用,提高了故障诊断的速度和准确性,缩短了汽车因发动机故障而停驶的时间,具有良好的社会效益和经济效益
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电子控制系统(简称电控系统)是指采用计算机等电子设备作为控制装置的自动控制系统。任何一种电子控制系统,其主要组成都可分为信号输入装置(传感器)、电子控制单元(ECU)和执行元件(执行器)三部分。
电子控制系统中的信号输入装置是各种传感器。传感器的功用是采集控制系统所需的信息,并将其转换成电信号通过线路输送给ECU。
电子控制单元(ECU)是一种综合控制电子装置,其功用是给各种传感器提供参考(基准)电压,接受传感器或其他装置输入的电信号,并对所接受的电信号进行存储、计算和分析处理,根据计算和分析的结果向执行元件发出指令。
执行元件是受ECU控制,具体执行某项控制功能的装置。

电子控制系统有两种基本类型:即开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统的控制方式比较简单,ECU只根据各种传感器信号对执行元件进行控制,而控制的结果是否达到预期目标对其控制过程没有影响。而闭环控制系统除具有开环控制的功能外,还是对其控制结果进行检测,并将检测结果(即反馈信号)输入给ECU,ECU则根据反馈信号对其控制误差进行修正,所以闭环控制系统的控制精度比开环控制系统高。

(1)电控燃油喷射系统
在汽油机电控燃油喷射(EFI)系统中,喷油量控制是最基本的也是最重要的控制内容,电子控制单元(ECU)主要根据进气量确定基本的喷油量,在根据其他传感器(如冷却液温度传感器、节气门位置传感器等)信号对喷油量进行修正,使发动机在各种运行工况下均能获得最佳浓度的混合气,从而提高发动机的动力性、经济性和燃油排放性。除喷油量控制外,汽油机电控燃油喷射系统的功能还包括喷油正时控制、断油控制盒燃油泵控制。
(2)汽油机电控点火系统
汽油机电控点火系统(ESA)最基本的功能是点火提前角控制。系统该根据各相关传感器信号,判断发动机的运行工况和运行条件,选择最理想的点火提前角点燃混合气,从而改善发动机的燃烧过程,以实现提高发动机动力性、经济性和降低排放污染的目的。此外,电控点火系统还具有通电时间控制和爆燃控制功能。
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(3)怠速控制系统
汽油机怠速控制(ISC)系统是发动机辅助控制系统,其功能是在发动机怠速工况下,根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等,通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制,使发动机随时以最佳怠速转速运转。
(4)排放控制系统
其功能主要是对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制的项目主要包括:废气再循环(EGR)控制,活性炭罐电磁阀控制,氧传感器和空燃比闭环控制,二次空气喷射控制等。
(5)进气控制系统
进气控制系统的功能主要是根据发动机转速和负荷的变化,对发动机的进气进行控制,以提高发动机的充气效率,从而改善发动机动力性。
(6)增压控制系统
增压控制系统的功能是对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上,ECU根据检测到的进气管压力,对增加装置进行控制,从而控制增压装置对进气增压的强度。
(7)巡航控制系统
驾驶员设定巡航控制模式后,ECU根据汽车运行工况和运行环境信息,自动控制发动机工作,使汽车自动维持一定车速行驶。
(8)警告提示
由ECU控制各种指示和报警装置,一旦控制系统出现故障,该系统能及时发出信号以警告提示,如氧传感器失效、油箱油温过高等。
(9)自诊断与报警系统
在发动机控制系统中,电子控制单元(ECU)都设有自诊断系统,对控制系统各部分的工作情况进行监测。当ECU检测到来自传感器或输送给执行元件的故障信号时,立即点亮仪表盘上的“CHECKENGINE”灯(俗称故障指示灯),用来提示驾驶员发动机有故障;同时,系统将故障信息以设定的数码(故障码)形式储存在存储器中,以便帮助维修人员确定故障类型和范围。对车辆进行维修时,维修人员可通过特定的操作程序(有些需借助专用设备)调取故障码。故障排除后,必须通过特定的操作程序清除故障码,以免与新的故障信息混杂,给故障诊断带来困难。
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(10)失效保护系统
失效保护系统的功能主要是当传感器或传感器线路发生故障时,控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作,以便发动机能继续运转。例如,冷却液温度传感器电路有故障,可能向ECU输入低于﹣50℃或高于139℃的冷却液温度信号,失效保护系统将自动按设定的标准温度信号(80℃)控制发动机工作,否则会引起混合气过浓或过稀,导致发动机不能工作。
此外,当发动机对工作影响较大的传感器或电路发生故障时,失效保护系统则会自动停止发动机工作。例如,汽油机控制ECU收不到点火控制器返回的点火确认信号时,失效保护系统则立即停止燃油喷射,以防大量燃油进入气缸而不能点火工作。
(11)应急备用系统
应急备用系统的功能是当控制系统电脑发生故障时,自动启用备用系统(备用集成电路),按设定的信号控制发动机转入强制运转状态,以防车辆停驶在路途中。应急备用系统只能维持发动机运转的基本功能,但不能保护发动机性能。
除了上述控制系统外,应用在发动机上电控系统还有冷却风扇控制、配气正时控制、发电机控制等。应当说明的是,上述各种控制系统在不同的汽车发动机上,只是或多或少地被采用。此外,随着汽车技术和电子技术的发展,发动机控制系统的功能必将日益增加。
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2电控发动机系统组成

在控制系统中,传感器是采集并向ECU输送信息的装置。目前广泛应用的发动机集中控制系统中,同一传感器的信号,可用于需要此信号的、不同功能的子系统控制中。不同发动机的控制系统,其控制功能和控制所需的信息不同,使用传感器种类也不完全相同。

发动机集中控制系统所用的传感器主要有以下十种:
(1)空气流量计(MAFS)
在汽油机L型电控燃油喷射系统中,由空气流量计测量发动机的进气量,并将信号输入ECU,作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
(2)进气管绝对压力传感器(MAPS)
在汽油机D型电控燃油喷射系统中,由进气管绝对压力传感器测量进气管内气体的绝对压力,并将该信号输入ECU,作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
(3)节气门位置传感器(TPS)
汽油机节气门位置传感器检测节气门的开度及开度变化,如全关(怠速)、全开及节气开闭的速率(单位时间内开闭的角度)信号,此信号输入ECU,用于燃油喷射控制及其他辅助控制(如EGR、开闭环控制等)。
(4)凸轮轴位置传感器(CMPS)
凸轮轴位置传感器给ECU提供曲轴转角基准位置信号(G信号),作为喷油正时控制和汽油机点火正时控制的主控制信号。
(5)曲轴位置传感器(CKPS)
曲轴位置传感器有时称转速传感器,用来检测曲轴转角位移,给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号,作为喷油正时控制和汽油机点火正时控制的主控制信号。
(6)进气温度传感器(IATS)
进气温度传感器的功用是给ECU提供进气温度信号,作为燃油喷射控制和汽油机点火控制的修正信号。
(7)发动机冷却液温度传感器(ECTS)
冷却液温度传感器给ECU提供发动机冷却液温度信号,作为燃油喷射控制和汽油机点火控制的修正信号。冷却液温度传感器信号也是其他控制系统(如怠速控制和废气再循环控制等)的控制信号。
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