波形与故障的关系

zongzhuang

信号波形在汽车故障诊断中的综合应用
    汽车电子控制系统中的传感器和执行器在长时间的使用过程中会磨损、腐蚀、变形或老化，它们的性能则随之变差。如果它们产生了明显的故障，则电控单元会将所发生的故障以故障代码的形式记录下来，以帮助维修人员了解故障内容。但是，如果它们产生的故障仅是性能变差，则电控单元往往不能判定它们有故障，此时利用检测设备中的示波器功能对所怀疑部件进行电子信号分析，便可使汽车维修人员快速了解被检测部件的工作性能。示波器功能不仅可以快速捕捉电子信号，还可以用较慢的速度来显示这些波形，以便一面观察，一面分析，并且能以储存的方式记录信号波形，反复观察已经发生过的快速信号，为分析故障提供重要依据。
    现在许多较先进的检测仪不仅具有解码器、读取数据流功能，还具有示波器功能，如专用汽车示波器、ADC2000诊断仪、发动机综合性能分析仪和有些进口解码器等。利用这些电子信号，可为综合分析汽车故障提供极大方便，下面举工作中的实例给予说明。
    有一辆99款丰田佳美2.2L轿车，修了一个多星期没解决问题，车主又急于提车，据修理厂主修该车的技术人员反映，该车是交警队罚没车，停了将近半年，到厂维修如下故障：发动机有时不着车，怠速在700～ 1200 r/min范围内游车，加速发闷，最高行车时速只能达到120 km/h，开空调时发动机不能明显提速，着车10 min左右后，发动机故障指示灯亮。当时试车，发现反映故障现象基本一致。于是笔者问修理厂技术人员已经做了哪些技术处理，技术人员说：因为该车停放时间较长，对车辆做了三级保养，更换了机油滤芯、空气滤芯、汽油滤芯、火花塞，用免拆清洗机清洗了汽油路，清洗怠速电动机，测量缸压正常，测量汽油油压正常，进气系统无泄漏现象，车辆仍然没有明显好转。用检测仪调故障码，出现如下故障码内容。
    12：STA ON后2s，G或Ne信号未送人发动机ECM；
    14：点火系统信号IGf连续6次点火未送人发动机ECM；
    21：混合气过浓或过稀；
    28：混合气过浓或过稀；
    41：节气门位置传感器信号不明确。
    清码后，12、14、41三个故障码可清除，但车辆运行几分钟后再调码，又出现上述几个故障码。

    为确认以上故障码的真实性，笔者首先根据该车发动机控制系统电路图和故障码内容，对相应系统进行逐一排查。
    如果出现故障码12，有可能是凸轮轴位置传感器（CMP）和曲轴位置传感器（CKP）信号未送人发动机ECM或来自线路故障。该车发动机ECM引脚为22PIN+16PIN+26PIN+12PIN，用万用表测量曲轴位置传感器黑红线与发动机ECM 12PIN的12脚连接，绿色线与ECM 12PIN的6脚连接，线路正常，凸轮位置传感器的黑红线与ECM 12PIN的11脚连接，蓝色线与ECM12PIN的6脚（凸轮轴位置传感器的绿线与曲轴位置传感器的蓝线共用ECU 12PIN的6脚），线路正常。既然线路正常，是不是传感器本身出问题了呢？检查曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器安装间隙是正常的，再用检测仪测量两个传感器的波形如图1所示。  
   显然两个传感器的波形正常。既然线路与传感器都正常，并且信号都已送到了发动机ECM，那么是不是发动机ECM本身坏了呢？为了更进一步明确判断结果，再用检测仪测量ECM 26PIN的23脚的输出波形（由ECM输出IGt信号给点火电子组件，控制点火），起动发动机时波形如图2所示。
       图2显示，Igt信号有断点，从而使发动机不能起动，但一旦起动后Igt波形又正常，如图3所示。  
       由此说明发动机ECM内部点火控制系统有间断性故障，故障发生时不能着车，故障不出现时能着车。因为在起动期间发动机转速较低（通常在400r/min以下），由于进气管压力信号或进气量信号不稳定，就将时际点火时间固定在初始点火提前角上，而与发动机的工况无关，由曲轴位置传感器产生的参考信号输人ECM的备用IC中，由备用IC直接控制，并经其旁通电路向点火电子组件输人点火正时信号IGt来控制点火，如图4所示。

检查发动机ECM,发现93C46的16脚脱焊（虚接），重新焊好，装车，车辆顺利起动，再无不能着车现象，同时发动机故障灯灭，再清码，故障码12、14、16三个故障码清除，不再出现（顺便说明：IGf信号为点火确认信号，由点火电子组件反馈给发动机ECM，以防止不点火时喷油过多而使发动机淹缸，出现下次起动困难）。起动故障被排除，但其它故障依然存在，重新调码还存在故障码21、28、41三个故障码，其中21和28说明含糊，为了确定混合气究竟是浓还是稀，用检测仪读取数据流，选择数据流测试，读取入值为1.2左右（入为0.5～ 0.7时，浓；入为0.9～ 1.0时卜，标准；λ大于1.1时，稀），显然混合气过稀，与故障现象基本符合。那么是什么原因引起发动机混合气过稀呢？既然汽油压力正常，油路也清洗过，也没有漏气现象，是不是节气门关闭不严，怠速电动机开度太大引起的呢？从发动机电路图可知，该车使用的是旋转电磁阀型怠速电动机，由节气门位置传感器输人信号给发动机ECM，再由发动机ECM输出占空比不同的脉冲信号，使电磁阀转动而改变怠速阀门的开度，实现对怠速的控制。怠速阀从完全关闭到完全打开，控制信号的占空比在0～ 100%之间变化。如果ECM检测不到这种变化，将出现故障码41，被发动机ECM误认为是节气门的信号没有进行正确的变化。究竟是节气门故障还是怠速电动机故障呢？用检测仪分别检测这两个传感器的波形，如图5、6、7所示。
   
           从波形可看出节气门位置传感器波形随节气门开度的变化而发生相应变化，无断点现象，说明节气门位置传感器正常。而怠速电动机波形显然不正确，测量怠速电动机两个线圈的电阻，一个为310Ω，另一个为800Ω。两个线圈电阻应相同，查资料确认应为300Ω，说明另一个线圈阻值不正确。由于当时手头没有该车怠速电动机，于是想办法在阻值大的线圈上并联一个500Ω的电阻，装好后发现发动机怠速稳定在800 r/min左右，正常了。再清除故障码，再读码，但故障码21与28仍然存在，发动机仍然加速不起，开空调时，怠速下降至400～ 500r/min，问题在哪里呢？测量ECM 22PIN的10脚，开空调时A/C请求信号已经输送到ECM，那么问题还在发动机，油路也清洗过，喷油器电阻为13Ω，正常。
是什么原因引起发动机混合气过稀呢？是不是假现象？再用检测仪测量氧传感器信号，波形如图8所示。

       氧传感器峰值电压为0.3 V，显然还是混合气过稀（0.45以下表示混合气过稀，若输出电压在0.45～ 0.90V之间，表示混合气过浓，0.45 V是标准值，混合气最佳）；引起发动机混合气过稀的真正原因在哪里呢？先看看喷油器波形再说，用检测仪检查一缸喷油器波形，如图9所示。
       图9显示喷油器峰值正常，波形正确，喷油器喷油脉宽为4.5 ms。显然脉宽过大，引起喷油脉宽增大的主要原因之一是喷油器阻塞，怀疑免拆清冼不干净，拆下4个喷油器，重新进行反冲洗，发现喷油器阻塞严重，清洗后装复，发动机加速正常，开空调怠速在850 r/min左右，最后清除故障码再读码，无故障码。
在排除该车故障时，利用检测仪检查分析信号波形，始终贯穿了维修的全过程。调取故障码、读动态数据流、看传感器及执行器波形，这三者都是汽车维修时必不可少的检测过程和有效使用手段。同时，在众多的汽车故障中，要学会断整理维修思路，逐个击破，从而达到最终解决全部问题的目的。