王仁群

摘要：本文以邁騰B8L國(guó)五版CUGA發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)作為研究對(duì)象，分別從控制邏輯、故障現(xiàn)象出發(fā)，研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障。通過(guò)故障類型總結(jié)、切分，分析檢測(cè)、診斷的過(guò)程及方法，獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型，故障診斷策略和測(cè)量工具的選用依據(jù)，測(cè)量方式對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，并進(jìn)行了故障案例分析。

Abstract： This article takes the Magotan B8L National V CUGA engine electronic control system as the research object， starting from the control logic and failure phenomena， to study the failure of the automobile engine electronic control system. Through the summary and segmentation of fault types， analysis of the process and methods of detection and diagnosis， the selection basis of engine fault types， fault diagnosis strategies and measurement tools， the influence of measurement methods on detection results are obtained， and fault case analysis is carried out.

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī);電控系統(tǒng);故障診斷

Key words： automobile engine;electronic control system;fault diagnosis

中圖分類號(hào)：U471.14 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2022）01-0120-03

0 ?引言

隨著汽車電控技術(shù)的快速發(fā)展，汽車電氣化程度越來(lái)越高，整車控制策略越發(fā)復(fù)雜。汽車電控系統(tǒng)故障診斷難度不斷增加，對(duì)維修人員的知識(shí)和技能要求不斷提高[1-3]。在進(jìn)行汽車故障診斷時(shí)，如何快速找到測(cè)量點(diǎn)，除利用解碼器等檢測(cè)設(shè)備，更重要的是要了解各系統(tǒng)的組成及工作原理，結(jié)合整車控制策略，理清信號(hào)傳遞流程及典型工作現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象總結(jié)、分類、合理切分，快速準(zhǔn)確的找到診斷切入點(diǎn)，進(jìn)行故障檢測(cè)與維修。本文以邁騰B8L國(guó)五版CUGA發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)作為研究對(duì)象，研究發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障類型及檢測(cè)與診斷方法。

1 ?整車上電邏輯及故障分類

1.1 整車上電邏輯

目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)傳感器等輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算控制相應(yīng)的執(zhí)行器動(dòng)作來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂茊卧M(jìn)入正常工作狀態(tài)需要防盜解除，整車上電成功，喚醒控制單元。車輛防盜體系有很多，各車系也有多代防盜體系，從故障診斷層面分析，總體控制策略基本相似，以一鍵起動(dòng)車輛為例，如圖1所示。按下點(diǎn)火開關(guān)，信號(hào)傳遞給控制單元（并不特指某一具體控制單元，不同車輛防盜體系組成有差異，虛線方框泛指一個(gè)體系，有些車輛點(diǎn)火開關(guān)信號(hào)直接給到BCM，有些車輛信號(hào)給到無(wú)鑰匙控制單元，由幾個(gè)控制單元共同參與信息的傳遞，完成防盜認(rèn)證，通過(guò)電路圖可具體確定），控制單元通過(guò)低頻天線搜索鑰匙，鑰匙被喚醒后發(fā)送高頻信號(hào)（ID信息等），由車內(nèi)高頻天線接受，并將信息傳遞給控制單元進(jìn)入防盜認(rèn)證匹配認(rèn)證流程。防盜認(rèn)證通過(guò)后，BCM控制ON檔電繼電器動(dòng)作，整車上電成功，儀表點(diǎn)亮（儀表點(diǎn)亮有兩種方式，一種直接由ON檔電喚醒點(diǎn)亮，另一種整車上電成功后通過(guò)CAN總線喚醒點(diǎn)亮）。

當(dāng)儀表無(wú)法點(diǎn)亮?xí)r故障點(diǎn)包括：點(diǎn)火開關(guān)輸入信號(hào)、控制單元本體及供電搭鐵、低頻天線、ON檔繼電器、儀表單元本體及供電搭鐵。在做故障排查時(shí)，可以通過(guò)各種現(xiàn)象幫助縮小故障范圍，如打開車門儀表能夠正常顯示車門狀態(tài)，說(shuō)明儀表單元本體、供電搭鐵、通訊無(wú)故障。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)電控故障分類

發(fā)動(dòng)機(jī)由靜止到自行運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要外力輔助帶動(dòng)活塞動(dòng)作，完成進(jìn)氣、壓縮沖程，然后點(diǎn)火做工，在曲軸飛輪存儲(chǔ)能量，進(jìn)入自行工作狀態(tài)。目前汽車都采用起動(dòng)機(jī)輔助起動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)能夠正常起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，首先需要整車上電成功，喚醒控制單元進(jìn)入工作狀態(tài)，控制起動(dòng)繼電器動(dòng)作，使得起動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)工作邏輯及發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型，可將發(fā)動(dòng)機(jī)故障分為三大類：起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng);起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng);發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定。

2 ?起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)

各車系起動(dòng)系統(tǒng)組成、控制策略基本類似，如圖2所示。車身防盜解除，ON檔上電成功，喚醒控制單元，起動(dòng)條件（動(dòng)力防盜認(rèn)證通過(guò)信息、起動(dòng)信號(hào)、P/N檔位信號(hào)、制動(dòng)開關(guān)F信號(hào)等）滿足后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元控制起動(dòng)繼電器動(dòng)作，起動(dòng)機(jī)得電后立即運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。根據(jù)起動(dòng)控制策略起動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)電控系統(tǒng)故障可切分為：第一類起動(dòng)條件不滿足;第二類模塊通訊故障（包括模塊本體、常電、總線）;第三類起動(dòng)機(jī)控制電路故障。

以起動(dòng)機(jī)控制電路故障為例分析起動(dòng)機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)故障。

ON檔電建立，控制單元通訊正常，起動(dòng)條件具備后，控制單元控制起動(dòng)繼電器動(dòng)作，為起動(dòng)機(jī)提供50電，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)。起動(dòng)機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)電控系統(tǒng)故障主要涉及起動(dòng)機(jī)繼電器本體及相關(guān)線路，具體故障見表1所示。

控制單元內(nèi)部通過(guò)監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)繼電器線圈端，有些系統(tǒng)也會(huì)對(duì)繼電器輸出端進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)故障，會(huì)報(bào)相應(yīng)故障碼，可以根據(jù)故障碼進(jìn)行排查。對(duì)于繼電器測(cè)量，應(yīng)按照輸出端、供電端，控制端順序測(cè)量，分析測(cè)量結(jié)果，明確下一步測(cè)量點(diǎn)。以繼電器至控制單元線路虛接110Ω為例，測(cè)試條件：按下起動(dòng)按鈕，測(cè)試設(shè)備萬(wàn)用表，測(cè)量結(jié)果見表2。

通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)繼電器的85#對(duì)地電壓有5.8V壓降，說(shuō)明繼電器的85#至控制單元線路有虛接，經(jīng)測(cè)量，虛接電阻為110Ω。

3 ?起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)

起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)故障可以從工作原理進(jìn)行分析，只要發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)信號(hào)正確，缸壓、混合氣濃度合適，能夠正常點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)就可以啟動(dòng)。這些運(yùn)行條件基本涵蓋了發(fā)動(dòng)機(jī)的各系統(tǒng)，包括機(jī)械和電控部分，故障點(diǎn)也可以按照此進(jìn)行切分。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理將電控系統(tǒng)故障分為三類：第一類轉(zhuǎn)速信號(hào)異常;第二類燃油系統(tǒng)故障;第三類點(diǎn)火系統(tǒng)故障。

3.1 轉(zhuǎn)速信號(hào)異常

轉(zhuǎn)速信號(hào)是發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作最重要的參數(shù)之一，包括曲軸位置信號(hào)和凸輪軸位置信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要根據(jù)其轉(zhuǎn)速信號(hào)來(lái)確定噴油量及噴油和點(diǎn)火正時(shí)。轉(zhuǎn)速信號(hào)異常，每款車故障現(xiàn)象會(huì)有不同，有些會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)，有些會(huì)導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。轉(zhuǎn)速信號(hào)排查可通過(guò)解碼器讀故障碼和數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，曲軸位置傳感器也可通過(guò)儀表上發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表快速進(jìn)行判斷。常用轉(zhuǎn)速信號(hào)傳感器有磁電式和霍爾式，磁電式傳感器本身電阻值為1kΩ左右，線路測(cè)量可以通過(guò)電阻，電壓或示波器測(cè)量。霍爾傳感器常用三線式，分別為供電線、搭鐵線，信號(hào)線（方波）。

3.2 燃油系統(tǒng)故障

汽油機(jī)通過(guò)燃油在進(jìn)氣道及汽缸內(nèi)霧化、混合、壓縮后點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生能量，汽缸內(nèi)是否噴入足夠的燃油及燃油霧化效果直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。所以燃油系統(tǒng)要在油路中建立足夠的油壓，且定時(shí)定量的噴入到汽缸內(nèi)。邁騰B8L國(guó)五發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙噴射，即同時(shí)設(shè)計(jì)有低壓和高壓噴射，起動(dòng)時(shí)采用高壓噴射。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及控制邏輯，在起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速信號(hào)正常條件下，燃油系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)的故障有：第一類燃油壓無(wú)法建立;第二類是噴油器不工作。以邁騰B8L燃油壓力無(wú)法建立故障為例分析，燃油泵控制電路如圖3所示，燃油泵控制單元J538通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元J623提供的PWM信號(hào)控制燃油泵工作。

油路系統(tǒng)要建立足夠的油壓，需要J538、J623控制信號(hào)及燃油泵正常工作，如果油路中無(wú)法建立足夠油壓，即油路中沒有燃油或油壓太低，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)故障，具體故障點(diǎn)見表3。

3.3 點(diǎn)火系統(tǒng)故障

汽油機(jī)混合氣經(jīng)壓縮后點(diǎn)火燃燒產(chǎn)生能量，點(diǎn)火能量是否正常直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作性能，嚴(yán)重時(shí)甚至造成發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及控制邏輯，在起動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速信號(hào)正常、燃油系統(tǒng)正常條件下，一兩缸火花塞不跳火不會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，而所有點(diǎn)火線圈及火花塞同時(shí)出現(xiàn)故障的概率也很小。所以點(diǎn)火系統(tǒng)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)的故障應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注可以導(dǎo)致所有火花塞不能工作的部件和線路，主要為點(diǎn)火線圈供電供電繼電器相關(guān)故障。

4 ?發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定

發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后穩(wěn)定運(yùn)行需要所有系統(tǒng)都正常工作，否則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，按照典型現(xiàn)象可將發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定故障分為：?jiǎn)?dòng)困難、怠速抖動(dòng)、功率受限、加速熄火、EPC燈點(diǎn)亮。

4.1 起動(dòng)困難

導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難的因素有很多，包括蓄電池電壓低、積碳、混合氣過(guò)濃或過(guò)稀、油壓低、點(diǎn)火能量弱、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)不匹配、排氣管堵塞等。從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程分析，造成發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)的本質(zhì)原因是各缸功率不平衡，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因反倒力矩不平衡而發(fā)生抖動(dòng)?；旌蠚膺^(guò)稀、缸壓不足、正時(shí)錯(cuò)誤、缺缸等造成了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)速、扭矩受限，加速無(wú)力、動(dòng)力不足現(xiàn)象，這一類故障也非常多，如節(jié)氣門體故障（翻板卡死、電機(jī)損壞、節(jié)氣門位置傳感器故障等）、油門踏板位置傳感器故障等。

4.2 怠速抖動(dòng)

從發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程分析，造成發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)的本質(zhì)原因是各缸功率不平衡，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因反倒力矩不平衡而發(fā)生抖動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)、正時(shí)調(diào)節(jié)、進(jìn)氣系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)造成的混合氣過(guò)稀、缸壓不足、正時(shí)錯(cuò)誤、缺缸等是引起各缸功率不平衡，造成了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速抖動(dòng)的根本原因。常見為火系統(tǒng)及燃油系統(tǒng)故障，首先通過(guò)數(shù)據(jù)流讀取失火數(shù)據(jù)判斷具體是那一缸故障。分別對(duì)相應(yīng)缸的噴油器及點(diǎn)火線圈及火花塞及線路進(jìn)行排查，可以采用對(duì)調(diào)法，將三者分別調(diào)換至其他缸，如故障轉(zhuǎn)移至相應(yīng)缸，說(shuō)明就是此件出現(xiàn)故障。

4.3 功率限制

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于故障導(dǎo)致轉(zhuǎn)速、扭矩受限，加速無(wú)力、動(dòng)力不足現(xiàn)象，這一類故障也非常多，如節(jié)氣門體故障（翻板卡死、電機(jī)損壞、節(jié)氣門位置傳感器故障等）、油門踏板位置傳感器故障等。以邁騰B8L節(jié)氣門電機(jī)線路斷路故障為例，節(jié)氣門電機(jī)控制電路如圖4所示，傳感器信號(hào)及電機(jī)控制都是由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元J623處理。

故障現(xiàn)象描述：ON檔，方向盤解鎖，儀表點(diǎn)亮，但未見節(jié)氣門自檢聲且多功能顯示器上定速巡航故障燈點(diǎn)亮，起動(dòng)檔，EPC燈亮，文本提示“發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)啟停系統(tǒng)故障”，怠速1000轉(zhuǎn)，踩下油門踏板，轉(zhuǎn)速限制在1500轉(zhuǎn)。運(yùn)行片刻后排放燈亮。故障現(xiàn)象分析：打開點(diǎn)火開關(guān)未見節(jié)氣門自檢聲，啟動(dòng)后EPC燈常亮，結(jié)合高怠速且發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速限制在2500。初步推斷節(jié)氣門體或其相關(guān)線路故障，或623局部故障。讀取故障代碼：J623中P210000-節(jié)氣門執(zhí)行器控制電機(jī)電路開路。故障測(cè)量過(guò)程：測(cè)試條件為ON檔，測(cè)試數(shù)據(jù)見表4。

測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)電機(jī)供電線路兩端存在2V電壓差，推斷該線斷路。經(jīng)測(cè)量該線電阻無(wú)窮大，確認(rèn)為線路斷路。故障機(jī)理為節(jié)氣門電機(jī)的供電線路T105/91-T6e/5斷路，使節(jié)氣門電機(jī)不工作，導(dǎo)致怠速偏高，加速異常。

5 ?結(jié)語(yǔ)

在汽車故障檢測(cè)與診斷時(shí)，需充分掌握汽車各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理及控制邏輯，了解數(shù)據(jù)流意義及故障碼產(chǎn)生機(jī)理。故障診斷過(guò)程中仔細(xì)觀察，根據(jù)整車的狀態(tài)、故障現(xiàn)象，分析導(dǎo)致故障產(chǎn)生本質(zhì)原因，按照系統(tǒng)控制策略及工作條件等將故障合理切分。通過(guò)故障現(xiàn)象分類，將故障范圍縮小，確定診斷思路及測(cè)量切入點(diǎn)。在故障診斷過(guò)程中，同時(shí)需仔細(xì)觀察，分析車輛工作狀態(tài)及故障現(xiàn)象。

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