秦太興 李鋒 杜燦誼 曾祥坤 吳勁 徐明輝 單錕

摘要：以帕薩特1.8T電控發(fā)動機為實驗對象，運用PICO示波器和PicoScope6軟件對發(fā)動機傳感器、執(zhí)行器信號波形進行研究，并給出了相應部件的測試方法和波形獲取方法。將水溫傳感器、點火系統(tǒng)以及排氣壓力的正常波形與故障波形進行了對比分析，討論了三種故障波形的特點和判定方法，實驗結果顯現(xiàn)出利用PICO示波器波形分析進行發(fā)動機故障診斷的準確性和高效性。

Abstract： Taking Passat 1.8T gasoline engine as the experimental object， the signal waveform of engine sensor and actuator is studied by using PICO oscilloscope and PICOSCope6 software， and the test method and waveform acquisition method of corresponding components are given. The normal and fault waveforms of water temperature sensor， ignition system and exhaust pressure are compared and analyzed， and the characteristics and determination methods of the three fault waveforms are discussed. The experimental results show the accuracy and high efficiency of engine fault diagnosis using PICO oscilloscope waveform analysis.

關鍵詞：PICO示波器;波形分析;故障診斷

Key words： PICO oscilloscope;waveform analysis;fault diagnosis

中圖分類號：U472.43? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0133-03

0? 引言

隨著汽車技術的日新月異，汽車故障與診斷技術得到迅速發(fā)展，汽車的結構走向復雜化、集成化，電子化，因此對汽車的一些故障的診斷以及排除越來越有難度，同時學者們對檢測技術不斷提出高的要求，刺激著汽車檢測診斷技術的持續(xù)發(fā)展。[1]而波形分析法是汽車診斷技術中比較新型且尚未成熟的一種故障診斷方式，該方式比其它檢測發(fā)動機故障的方式更準確，同時這種方式檢測效率高，固然成為當今和未來汽車故障檢測與診斷方式的重要方向。[2，3]這其中利用PICO示波器對發(fā)動機信號進行提取和分析在分辨率和存儲度上都具有極大優(yōu)勢，只需要接入PC電腦的USB接口，結合PicoScope專用操作分析軟件，有強大的數(shù)字示波功能，同時擁有多探頭高效連接，高采樣率（400MHz）、高分辨率（12-16位）以及多通道等，更有效拓寬了其適用面。本實驗結合發(fā)動機控制信號及其工作原理，提出信號波形的測量、分析與研究工作。利用專業(yè)示波器PICO及其測量平臺，通過波形采樣，對比分析以佐證該方法的可行性，為發(fā)動機故障診斷提供依據(jù)。

1? 總體實驗方案

汽車電子器件在運行過程中會產(chǎn)生如下的五種基本信號：直流、交流、頻率調制、脈寬和串行數(shù)據(jù)。這五種基本電子信號是汽車控制系統(tǒng)中各傳感器、行車電腦和其他設備之間相互通信的基本語言，也是我們采樣的主要依據(jù)。本次實驗在帕薩特1.8T發(fā)動機臺架上，采用PicoScope示波器進行波形的采樣與分析，具體實驗方案如圖1所示，這其中包括示波器模塊、PicoScope軟件、發(fā)動機臺架、金屬探頭、連接導線、電腦等，通過搭建該系統(tǒng)實現(xiàn)對特定信號的采集再進行深度比對分析，可高效實現(xiàn)對固定傳感器、信號執(zhí)行器的故障診斷。

2? 波形獲取方法

以水溫傳感器信號波形獲取方法為例。

水溫傳感器有兩個接線端子，一端是電源線，通常為5V，另一端接地。將USB電纜一端接入筆記本，另一端接PICO示波器，保證電腦與示波器之間穩(wěn)定的信號和電源連接。然后將BNC轉4mm的TA125測試線（藍色3m長）測試頭一端接入PICO示波器A通道，黑色負極表筆接上黑色蓄電池夾子，并夾在汽車蓄電池接地端，將水溫傳感器拆下，用通用引出線連接傳感器接頭和線束接頭。紅色正極表筆接上通用引出線中接地端的一路。

起動發(fā)動機，然后在發(fā)動機暖車過程中觀察其電壓下降情況，定位屏幕上的波形，并保存，波形測試結束。

3? 根據(jù)波形分析進行故障診斷

3.1 水溫傳感器故障診斷

水溫傳感器的內部是一個半導體熱敏電阻，溫度愈低，電阻愈大;反之電阻愈小。電控單元根據(jù)這一變化測得發(fā)動機冷卻水的溫度，以此作為燃油噴射和點火正時的修正號，因此監(jiān)測水溫傳感器信號是檢測發(fā)動機狀態(tài)的重要一環(huán)。

①圖2（a）為采集到的水溫傳感器波形，由圖可知波形呈一個持續(xù)下降的趨勢，發(fā)動機起動后，電壓從3V逐漸下降，隨著發(fā)動機水溫的升高，經(jīng)過8min20s后，電壓降到約1.4V，這是水溫傳感器的特性，表明發(fā)動機運行良好。

②圖2（b）為水溫傳感器故障波形，波形呈一條直線，信號電壓值不隨發(fā)動機運行時間的長短而改變，基本維持在0V。造成這種現(xiàn)象的原因可能是：水溫傳感器內的負溫度系數(shù)電阻損壞;或水溫傳感器內部線路斷路。經(jīng)此驗證，使用PICO示波器進行信號采集與波形分析以此檢驗水溫傳感器的故障方法高效準確。

3.2 點火系統(tǒng)故障診斷

于發(fā)動機臺架中取出第2缸火花塞，在檢測其導通性與絕緣性良好的情況下，將火花塞間隙調小并將初級線圈極性接反，原火花塞標準間隙為1.2mm，經(jīng)調小后的間隙為0.8mm。

①圖3（a）為設置故障前采集的次級點火正常波形，由圖可知，點火閉合角、擊穿電壓、燃燒電壓、燃燒線和點火線圈振蕩線均在誤差值范圍內，說明發(fā)動機2缸工作狀態(tài)良好。

②圖3（b）為設置故障后次級點火故障波形，在故障點1處擊穿電壓擊穿電壓太低，且燃燒線線變寬，可能是火花塞間隙太小或火花塞漏電所致，與預設火花塞間隙調小的故障點吻合;故障點2處波形向下傾斜，且震蕩頻率增高，說明點火線圈初級兩端接反，導致次級電壓反向發(fā)生改變，與預設初級線圈極性反接故障點吻合。經(jīng)此驗證，使用PICO示波器進行次級電壓信號波形采集與分析的方法可準確找出點火系統(tǒng)的故障。

3.3 排氣壓力波形故障診斷

發(fā)動機正常工作下，排氣管向外排氣。當某缸失火時，由于該缸在“做功”階段沒有產(chǎn)生壓力，當活塞從TDC向BDC運動時，進氣門和排氣門都關閉的情況下，會產(chǎn)生一定量的真空。本次實驗對象為帕薩特1.8T四缸發(fā)動機，正常波形與故障波形如圖4。

①如圖4（a）所示，綠線為一缸點火信號，藍線為排氣壓力波形。一缸點火信號即為一缸壓縮上止點，在點火后的一個行程為一缸的做功。以此類推，可計算出一缸的排氣行程，借此對應出一缸的排氣壓力波動信號。

②壓力上升，表明排氣門逐漸打開，壓力氣體向外排出;壓力下降，說表明排氣門逐漸關閉，排氣結束。波峰和波谷應該對稱，如果某個波峰或波谷不對稱，則說明排氣機構有問題。

③若一缸失火，排氣壓力波形應如圖4（b）。一缸排氣階段，排氣門打開，排氣壓力不上升，繼續(xù)下降，究其原因，汽缸內的真空，使排氣門打開時，往氣缸內吸氣，導致排氣壓力繼續(xù)下降。經(jīng)過驗證，以PICO示波器為信息載體采集排氣壓力波形并分析的方法來判斷汽缸失火現(xiàn)象準確、高效。

4? 結語

以帕薩特1.8T發(fā)動機為實驗對象，PICO示波器為信息載體，連接發(fā)動機臺架、電腦，搭建了一個供檢測診斷的實驗臺架。對水溫傳感器、點火線圈、火花塞設置故障，讀取故障波形，通過與正常波形比對，能準確判斷出故障點，表明了PICO示波器采集波形的高精度、高頻率，及通過波形分析法進行發(fā)動機故障診斷的準確性和高效性，該方法對于汽車故障診斷具有實際意義。

參考文獻：

[1]龔永康.電控發(fā)動機傳感器信號波形深度分析[J].內燃機與配件，2020（03）：80-81.

[2]高中偉.PICO：讓示波技術緊跟汽車發(fā)展的步伐——專訪英國PICO公司業(yè)務開發(fā)經(jīng)理PhilService[J].汽車維修與保養(yǎng)，2015（05）：56-59.

[3]蔣延蓮.基于波形分析的汽車電控發(fā)動機示教系統(tǒng)開發(fā)[D].南京：南京林業(yè)大學，2012.

[4]孟祥磊.波形分析在發(fā)動機故障診斷中的應用[J].電子技術與軟件工程，2017（01）：258-261.