发动机点火系统检测与诊断论文

利用尾气分析发动机的故障 有一辆1995年生产的尼桑蓝鸟轿车，故障现象是冷车时挂挡后踩油门有轻微的冲击，怠速不良，做过许多检查和修理，始终不能解决问题。 该车最初进厂修理是因为冲洗发动机后不能着车，拖进厂后检查发现点火系统进水，进行请洁干燥之后重新装复，车虽然着了，但是怠速有些不稳。经过检查发现高压线有漏电现象，分火头和分电器盖也有些烧蚀。征得用户同意后对上述部件进行了更换，发动机故障基本排除，但用户反映车不好用，冷车挂档后踩油门有轻微的冲击。虽然故障现象非常不明显，但用户执意要求检修，并声称如果问题不能解决，就要把前面的修理费用免掉。 我接到这辆车时正是热车，由于一时不能验证故障现象，便先根据用户描述的情况进行分析，认为故障可能出在油路上。随后在热车状态下进行无负荷测试尾气，测试结果如下：怠速时HC为275ppm(标准值为220ppm)，CO为％(标准值为％)；高怠速时HC为120—150ppm，CO为％一％(该厂仅有一台两气废气分析仪)。测量气缸压力，各缸压力正常。进行气缸功率平衡测试，各缸工作都正常。进行断缸测试，各缸HC和CO值变化都一样。 从上面的数据当中是否可以发现问题呢7当然可以。尽管两气尾气分析仪本身没有数据分析和混合比浓度测试的功能(一般四气尾气分析仪可以通过CO，、O2以及过量空气系数入直接看出混合比浓度)，但通过数据可以看出，这辆车的尾气排放偏低，对于没有安装氧传感器和三元催化器的车辆来说是太低了。CO含量高一般是因为混合比偏浓，而CO含量太低的一个主要原因是混合比偏稀。 根据这个思路，我将该车的尾气调高，将CO调到，HC调到200ppm。当车完全冷却后再次进行检测，尾气排放没有超标，原来的故障现象也彻底消失了。 各系统故障的方法，其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价。尾气分析的主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化转化器转化效率等，主要的分析参数有CO、HC、CO2，和O2等的含量，还有空燃比(A／F)或过量空气系数入。尾气分析的项目如表1所示。二、尾气分析的基本规则 HC和O2的读数高，是由点火系统不良或混合气过稀失火引起的。当测试的CO、HC值高，而C02、02值低时，表明发动机工作混合气很浓。如果燃烧室中没有足够的氧气保证正常燃烧，通常情况下，CO2的读数和CO的读数相反。燃烧越完全，CO2的读数就越高，其最大值在％—％之间，此时CO的读数应该等于或接近于的读数是最有用的诊断数据之—，02的读数和其它3个读数一起，能帮助找出故障诊断的难点。 通常，装有催化转化器的汽车，O2的读数应该是％—％，说明发动机燃烧很好，只有少量未燃烧的02通过气缸排出。如果02的读数小于％，则说明混合气太浓，不利于燃烧。如果02的读数超过2％，则说明混合气太稀。 利用功率平衡试验(根据制造厂的使用说明)和四气尾气分析仪的读数，可以看出每个缸的工作状况。如果每个缸C0和C02的读数都下降，HC和C02的读数都上升，且上升和下降的量都一样，则证明每个缸都工作正常。如果只有一个缸的变化很小，其它缸都一样，则表明这个缸点火或燃烧不正常。 一个调整好的闭环控制电控汽车的尾气排放中，HC的含量大约为55~100ppm，CO应低于％，O2为％~％，C02为％~％。 汽车尾气测试值与系统故障的判断分析如表2所示。三、几种常见的气分析仪 汽车尾气分析仪有两气、四气和五气等多种类型，下面分别进行介绍。 两气尾气分析仪 两气尾气分析仪是用来测量汽车尾气排放中C0和HC的体积分数的。但是，如果一辆车的排气管或尾气分析仪的测量管路有泄漏，那么所检测到的就是被外部空气稀释了的尾气，C0和HC的测量值将降低，自然就不能反映尾气的真实含量。目前国内所用的两气尾气分析仪大多都不具有检查自身泄漏的功能，因此即使用两气尾气分析仪测量车辆尾气，也不能真实地反映出发动机的故障来。 2．四气尾气分析仪 随着装有三元催化转化器和电子控制系统汽车的增多，汽车的排放标准也更加严格，因此需要更精确地测量尾气并诊断车辆排放超标的原因。四气尾气分析仪不仅具备两气尾气分析仪的所有功能，而且还能进行故障诊断和分析，它除了能测量C0和HC外，还能测量C02和02、发动机油温、转速等，以及计算过量空气系数入和空燃比A/F等。所以四气尾气分析仪不仅可作为环保检测仪器使用，作为发动机故障检测分析的诊断工具也非常有用。 对于几种尾气的分析，前面我们已经做过阐述，在这里只对过星空气系数入进行简要的说明。过星空气系数入可以直观地告诉我们空燃比的情况，从理论上讲，混合气的过星空气系数入＝1最为标准，但实际上不可能没有变化，所以一般情况下入被设计为—(有些车有具体说明)，可以看成是理想的匹配。若入大于该值，说明空燃比过大，混合气过稀；若入小于该值，则为空燃比过小，混合气过浓。 四气尾气分析仪还可提供发动机转速(RPM)和发动机温度(TEMP)参数，作为故障诊断时的参考数据o 五气尾气分析仪 当C0和HC降低时，可能会引起尾气中的N0x浓度升高，若要监测N0x的浓度，就得使用五气尾气分析仪。而且，N0x常常是在高温大负荷的情况下产生的，若没有底盘测功机，就只能靠路试去测量。 四、几个应用实例 一辆捷达轿车，装备ATK新2气门发动机，配有三元催化转换器。用户反映该车发动机工作不稳，测量尾气排放严重超标。 捷达新2气门ATK发动机采用电子控制多点顺序燃油喷射管理系统，该系统是一个集喷油、点火、怠速、爆震、空调、自我诊断及陂行回家等功能于一体的闭环集中控制系统。 根据该车故障现象，首先检查火花塞，发现火花塞间隙偏大，更换新件后，尾气排放情况略有好转，但未得到明显改善。连接故障诊断仪V．A．G1552对发动机电控系统进行检测，调出1个故障码(氧传感器)。按故障码的提示，检查氧传感器至发动机电脑的连接线束，未发现短路、断路情况，于是将氧传感器更换。随后试车，继续测量尾气，尾气排放指标依然偏高，但发动机电控系统已无故障显示。 用燃油压力表测量喷射系统压力，发动机怠速时油压为250kPa，急加速时为300kPa；关闭点火开关10min后，系统保持压力为200kPa，以上各项数据均正常。接下来拆下喷油嘴进行超声波清洗，测量其电阻值为15Ω，也符合标准。连接压力机，观察喷油嘴雾化状态良好，检查喷油嘴连接线束，也无短路、断路情况。 继续检查点火系统，用万用表测量点火线圈、高压线电阻均正常。将发动机恢复后试车，故障依旧。用V．A．G1552查寻故障存储，仍没有故障码出现。在读取测量数据时，观察到氧传感器信号电压在—之间变动，属正常；进气压力传感器的数据也符合标准。于是怀疑三元催化转换器有问题，将其更换后试车，尾气排放依然超标。检查配气相位，正时标记正确；怀疑汽油质量有问题，清洗油箱及管路并更换优质汽油后，情况丝毫不见好转。 经仔细观察发现：如果起动发动机后怠速运转而不进行路试，尾气排放基本合格；路试约2km后尾气排放指标升高；若每次起动间隔时间超过30min，怠速测量基本合格。根据上述情况，决定更换发动机电脑，但将电脑更换了也无济于事。 其它部分是否存在问题呢?于是抱着试试看的想法，拆下排气歧管进行检查，并与新的排气歧管进行比较，发现该车氧传感器的排气取样孔偏小。换上新的排气歧管进行尾气检测，各项指标显著降低。对该车进行路试，尾气排放依然合格。恢复该车所换的其它配件，继续试车，尾气排放始终未超标。 由此可以断定，故障部位就在氧传感器排气取样孔。由于从气缸内排出的废气处于高速流动状态，行至氧传感器取样孔处时形成涡流，导致排出的废气不能及时在此处更新，使氧传感器不能准确地向发动机电脑反馈同步信号，造成发动机电脑不能根据实际工况对喷油脉宽进行正确修正，最终出现发动机工作异常，尾气排放严重超标的故障。 有一个时期，曾有一批车出现过此类故障，都是由于进行尾气改造后，氧传感器取样孔打得不合适，导致氧传感器不能有效采集尾气，造成信号失准。 一辆装备5S—FE发动机的丰田佳美轿车，发动机怠速不稳，经常熄火。 该车采用TCCS发动机电子控制系统。首先调取故障代码，仪表板上的发动机故障指示灯显示为正常代码。用四气尾气分析仪进行检测，仪器显示的检测结果如表3所示。由检测结果可以看出：HC和02都较高，这是空燃比失衡的一个重要特征；C0值较低，而C02在峰值，这说明可燃混合气已充分燃烧，点火系统应该不会有什么问题；入值较高。综合分析表明，该发动机工作时的混合气偏稀，因此应从进气系统和供油系统着手进行故障检查。 对车辆进行检测：真空管无漏气、错插现象；PCV阀密封良好，机油尺插口良好。起动发动机，将化油器清洗剂喷在进气管垫和EGR阀周围，发现随着转速上升，怠速逐渐稳定。取下EGR阀，发现针阀周围有少量积碳，EGR阀通道上有很多积碳，针阀不能落入阀座，致使进气歧管的混合气被废气稀释，从而怠速不稳，发动机容易熄火。 对EGR阀进行彻底清洗，并换上新垫，起动发动机，一切恢复正常。再次用尾气分析仪进行检测，结果如表4所示，所有数据都在标准范围之内，故障排除。 从这个故障诊断实例可以看出，在对有故障的车辆做完必要的常规检查之后，使用尾气分析仪可以很快发现故障的本质原因，缩小检修范围。 一辆广东三星6510汽车，套装97款克菜斯勒道奇3．3L发动机，行驶里程为140000km。 故障现象：挂档轻加油门至1200r／min时有时熄火，不熄火时怠速降至400—500r／min甚至更低；急加油门没有任何故障，熄火后起动容易。 故障分析：试车过程中，没有明显的断油或断火的感觉，但总感觉进入的空气量不够用。经检查，怠速系统没有任何故障，怠速马达在其它修理厂进行过替换试验，没有问题；节气门体也进行过更换试验，没有问题；用额外补充进气量的办法(断开一个节气门体后面的真空管)，同样没有解决任何问题。原地不挂档加油门试验，无论怎样试验均没有任何故障征兆，发动机转速从1200r／min到800r／min下降非常平稳。怀疑是进气压力传感器有故障，有可能缓加油门时不能很好地感知进气量，所以使用检测仪的数据流功能，对各个数据进行实时观察，没发现有错误的数据流，MAP数值正常。对供油系统和点火系统进行仔细检查和测量，均没有发现任何故障。 到现在为止应该说仅是凭经验感觉一点故障线索，那就是感觉好像进气量太少。既然怀疑是因为进气量太少造成的故障，那么通过尾气检测一定可以发现一些线索，所以对尾气进行了测量，怠速时的检测结果如表5所示。 通过测量结果我们可以发现，混合气偏稀(入大于)，燃烧比较好 (CO2较高，接近于15％)。通过上面的分析，可以间接证明该车进气或者供油系统有故障。为了检验这一分析，将所有影响进气量或感知进气量的元件一一列出，采取逐步分析排除的办法确定故障元件。这些元件有：怠速马达、节气门体及其传感器、MAP传感器、EGR阀。前几种元件已经检验和试验过， 目前只剩下EGR阀没进行过检验。 EGR排气再循环阀的功用是在发动机工作过程中，将一部分废气引到吸入的新鲜空气(或混合气)中返回气缸进行再循环，以减少N0x的排放量。因为N0x主要是在高温富氧条件下生成的，废气为惰性气体，在燃烧过程中吸收热量，这样将降低最高燃烧温度，也减少了N0x的生成量。但是过度的排气再循环会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低速小负荷及发动机冷态运行时，参与再循环的废气会明显降低发动机的性能。因此应根据工况及工作条件的变化，自动调整参与再循环的废气量。根据发动机结构不同，进入进气歧管的废气量一般控制在6％—13％之间。 在EGR系统中，通过一个特殊的通道将排气歧管与进气歧管连通，在该通道上装有EGR阀，通过控制EGR阀的开度来控制参与再循环的废气量(如图1所示)。EGR阀开启或关闭是由阀上方真空气室的真空度来控制的，而真空度则由受ECU控制的EGR真空电磁阀控制。 EGR电磁阀受ECU控制，ECU根据发动机转速、空气流量、进气管压力、温度等信号控制EGR电磁线圈通电时间的长短，以此来控制进入EGR阀真空气室上方的真空度，从而控制EGR阀的开度，改变参与再循环的废气量。 装有背压修正阀的EGR排气再循环系统，在EGR(真空)电磁阀与EGR阀间的真空管路中装有一个背压修正阀，其功用是根据排气歧管中的背压附加控制月F气再循环。即当发动机在小负荷工况，排气背压低时，背压修正阀保持EGR阀处于关闭状态，不进行排气再循环；只有在发动机负荷增大，排气歧管背压增大时，背压修正阀才允许EGR阀打开，进行排气再循环。 排气歧管的背压通过管路作用在背压修正阀的背压气室下方，当发动机处于小负荷工况，排气背压低时，在阀门弹簧的作用下气室膜片向下移动，使修正阀门关闭真空通道，此时EGR阀在其阀门弹簧作用下保持关闭，因而不进行排气再循环；当发动机负荷增大，排气歧管背压升高时，修正阀背压气室下方的背压升高，使膜片克服阀门弹簧弹力向上运动，将修正阀门打开，由EGR电磁阀控制的真空通过背压修正阀进入EGR阀上方真空气室，将EGR阀吸开，月F气再循环通道打开，废气进行再循环。 EGR电磁阀受ECU控市IJ，ECU根据转速信号、进气压力信号、水温信号、空气流量信号等，通过控制EGR电磁阀的开度来控制进入EGR阀的真空度，从而控制EGR阀的开度，改变参与再循环的废气量。 通过上面的EGR阀工作原理分析可知，EGR在怠速工况和小负荷情况下是不参与工作的，否则会有一部分尾气进入燃烧室，不但会降低燃烧室的温度，还会恶化燃烧环境，阻碍新鲜空气的进入。 故障排除：更换EGR阀，故障彻底消失。一辆奥迪A6轿车，装备2．8LJV6电控发动机，怠速时有轻微抖动，并且加速迟缓。 故障检查：检测点火波形基本正常，但稍有不稳。测量尾气，C0为0．3％一0．5％，HC为200一500ppm，且在此范围内波动。用V．A．G1552检测仪检查，无故障代码输出。用V人．G1552故障检测仪进行数据流检测，发动机电控系统运行参数正常。 检测结果分析：根据对客户的询问和加速迟缓的症状，应考虑对喷油器进行清洗；C0值正常，HC值虽然符合排放污染物的限制标准，但该车装有氧传感器和催化转化器，其C0值应低于0．5％，HC应低于100 ppm，而检测结果表明该车HC值高于此，标准且有波动，从出厂标准考虑为不正常，因此考虑发动机可能有失火现象，应进一步检查点火系统是否有轻微断路或短路，特别是短路故障。 故障检修：清洗喷油器，观察各缸喷油器的雾化状况和流星的均匀性，均良好。检查点火系统，发现有一个缸的高压线有轻微短路(漏电)现象，为此更换了高压线。因火花塞间隙偏大，也同时更换了。复检发动机抖动稍有改善，但未彻底消除；尾气检查HC值下降不大，并仍有波动，分析认为故障仍可能是失火所致。 为了进一步诊断故障，分别在左、右两侧月F气歧管氧传感器旁边的尾气检测口(该口通常用一个螺栓密封)进行检测，结果发现：左侧气缸排出的尾气C0值在0．5％左右，HC值在125ppm左右(因在催化转化器前测量，其值会比在月F气民管测量值稍高)，且波动极小；右侧气缸排出的尾气中C0值也在0．5％左右，但HC值却在125—250ppm之间，且时有波动。因此间题应在右侧气缸中。为此检查右侧气缸的高压线和火花塞，发现第2缸火花塞的3个电极中有一个间隙过小，调整后重新安装，故障完全消除，尾气检测值也符合出厂标准。 目前，安装催化转化器的车型越来越多，测量尾气有时比较困难，在不能很好分析故障的时候，可以尽量在催化转化器前方测量，这样可能更真实地反映发动机的排放情况。同时，还应将催化转化器前、后的测量结果加以比较，以便判断催化转化器的转化效率是否正常。一辆奔驰S320轿车，发动机怠速不稳，抖动严重，但加速正常。 故障检测：调取该车故障代码，显示为正常代码；用示波器测试点火二次波形，结果正常；对各缸气缸压力进行测试，均在标准范围之内；进气及真空系统不漏气；用四气尾气分析仪检测尾气，发现怠速时数据很不稳定，第1组数据如表6所示，4种气体的检测数值全都较高。再次测试，其数据如表7所示。 检测结果分析：将上述检测结果进行对比分析发现，HC和Co总是同时升高或降低，C02时高时低，燃烧效率很不稳定，02不能充分参与反应，数值一直较高。从而可以判定为混合气的形成与燃烧环境十分恶劣。推测是喷油器堵塞，导致喷油器针阀与阀座配合不密封，各缸喷油器在应该喷油时不喷油或少喷油，而在不需喷油时却持续喷油，因而造成供油不正常，致使4种气体的检测数据极不稳定。 故障检修：做喷油脉冲宽度试验，怠速时为3．5ms，在正常范围内。拆下各缸喷油器检查，果然每个喷油器都有不同程度的堵塞。经过彻底清洗，装复试车，一切恢复正常。 从该故障的检修过程可以看出，在燃油系统的检查中，利用尾气分析仪可以省去一些检修环节，如油压的测试，燃油泵、油压调节器和燃油滤请装置的检测。换个角度来考虑，假如在应急修理中，在未做相关检查之前，就用尾气分析仪进行检测，也许在诊断一开始就能找到故障点。 一辆奥迪100型轿车，装备2．6LV6电控发动机，运转时严重抖动，加速无力，排气管排出的气体气味呛人。 故障检测：用V．A．G1552微机故障检测仪对发动机电控系统进行检测，存在故障代码，故障代码的含义是“右侧燃油自适应修正已达极限”。用V．A．G1552微机故障诊断仪对发动机电控系统进行数据流检测，发现左、右两侧的燃油修正因数相差过大，左侧为—3．8％—0％，而右侧为10％—12．9％。用发动机综合分析仪检查点火系统并进行气缸压力分析，发现第3缸点火波形的击穿电压较低，且该缸气缸压力偏低(气缸压力相差过大也会导致发动机抖动)。用尾气分析仪检测尾气，Co为0．9％—1．3％， 而HC高达2800—2900 PPmo 检测结果分析：根据检测结果可认为右侧混合气过稀，控制电脑对右侧燃油系统进行连续加浓且已达到修正极限。为判断是否是由于右侧氧传感器的信号导致这种结果，先对左、右两侧的氧传感器信号及其对空燃比变化的反应、电控单元对氧传感器信号变化的响应能力进行测试。为此，人为地制造混合气过浓和过稀的状态，发现氧传感器和电控单元的功能均正常，因此可以认为故障是控制系统以外的原因导致的。 根据上述检测结果，点火波形基本正常，可以认为点火系统正常，但HC过高表示失火，因此可以认为这种失火很可能是由于混合气过稀，超出着火界限所致。但从尾气中的Co值看，实际混合气并不过稀，因此判断故障很可能是进气系统漏气所致。测量气缸压力，发现第3缸压力比其它缸低约100kPao 故障检修：在拆解进气歧管时，发现进气歧管垫的实际压合面宽度只有1mm左右(至少应有4—5mm)，其原因是进气歧管的安装面为v形，在安装密封垫后，再安装进气歧管时，由于不小心使该垫下滑，从而减小了密封带，导致严重漏气，即使燃油修正已达到极限，但仍无法完全补偿，这是机械原因导致的故障。将上述故障点彻底排除后试车，故障排除。一辆上海别克G轿车，故障症状是发动机排气冒黑烟。 诊断与排除：大修发动机后试车，开始时一切正常，只是排气管接口垫有些轻微漏气。继续试车发现，发动机热车后出现怠速不稳、加速不畅现象，同时故障灯点亮报警。经检查，显示故障码为四131，即氧传感器故障。发动机热车运转时就车测量(不拔下括头)，氧传感器电压为0．28V且不变化，更换一个氧传感器后，发动机刚着车时还好，但运转一会儿后故障重现，怠速不稳，排气管冒黑烟。拆下火花塞检查，发现已有积碳，更换一组新火花塞后，运转约半小时，怠速又不稳，检查火花塞又被积碳糊死。此时故障灯再次点亮，经检查显示故障码P0171，即混合气太稀。 因更换氧传感器后故障不但没有好转反而加重，所以修理工认为故障不在氧传感器。经测量，油压正常，又检查、试换7空气流星、水温、节气门位置等传感器，故障始终未能排除，于是回过头来再检查新换的氧传感器。经就车测量，氧传感器电压为0．18V左右，与用检测仪查到的数据相同，证明检测仪可以完全接收到氧传感器电压。断开氧传感器括头，测量PCM端接线，电压只有0．32V(理论值为0．45V)，于是怀疑电路有故障或PCM损坏。 用尾气分析仪检查尾气，发现在怠速时C0含量接近4％，HC达到300ppm左右。通过尾气分析可以认为此时的混合气不是太浓。就车测量氧传感器，电压仍旧很低(这种现象又可以解释为混合气过稀)。断开氧传感器括头，用数字万用表测量PCM端电压为0．44V，说明线路及PCM基本情况正常。为什么会出现浓、稀两种截然不同的解释呢7难道是新换的氧传感器有故障7于是，使用模拟器模拟氧传感器数值的功能。 将模拟器的绿色氧传感器专用线和黑色连线连接在车上氧传感器的输出回路上； 将中间功能选择开关置于Knock／0xy位置； 将右侧功能选择开关置于VoHs／0xy位置； 使发动机起动运转，然后打开SST皿，此时SST皿4寄产生一个0．15V的恒定的连续信号来模拟稀混合气状态下的氧传感器发出的信号； 按下模拟器上方的“0(y”键，模拟器将产生一个0．85V的恒定的连续信号来模拟浓混合气状态下的氧传感器发出的信号； 在使用模拟器模拟7氧传感器后，再用检测仪读取数据流，发现氧传感器的输入信号也一同变化； 当模拟器的电压较长时间为0．85V时，观察尾气的C0值降为0．65％，说明PCM对系统的控制完好，故障原因还是在氧传感器。将氧传感器安装到其它车辆上进行试验，没有发现任何故障，数据流、燃烧、尾气、行驶都很正常。 通过上面的试验可以证明：系统几乎没有故障，问题的原因在于氧传感器信号。因为此车有漏气现象，会不会是因为排气包漏气，导致排气包中形成负压，将外界的真空引进排气系统当中了呢7经检查ldF气系统确有漏气之处，将排气管修好之后试车，故障排除。另外,团IDC网上有许多产品团购,便宜有口碑