电喷发动机系统将传统化油器发动机的供油与点火结合在控制模块ECU中,使用计算机(俗称为电脑板,主板)控制。一般来说,此类计算机控制系统都需要具有自诊断功能,原因有两点:第一,系统本身比较复杂。第二,计算机与传感器和执行器之间的联系与机械传动不同,相对而言很抽象。所以采用传统的维修非计算机控制发动机(绝大部分化油器发动机)的方法维修日渐电子化的发动机,将显得困难重重。
所谓电喷发动机的自诊断,是在发动机启动和运转过程中,或者在诊断输入自测试模式时,计算机自动检测包括本身在内的发动机电子控制系统的状况。如果发现问题,计算机会确定此问题为永久性故障还是间歇性故障,并在其存储器中设置,存储相应的故障码,或者同时输出报警信息(普遍国产电喷摩托车的仪表盘上设置的FI故障灯就是起灯光提示报警作用的)。
永久性故障是指在系统自测试过程中发现的系统某处出现的故障,间歇性故障是表示一个故障发生过(由于接触不良造成的间歇性短路或者断路),但是在自测试过程中没有发生。非易失性存储器RAM会存储间歇性故障码,直到点火开关打开/关闭循环一定的次数(具体次数各厂家车型设置并不相同)。如果故障在这段时间内不再出现,则此间歇性故障码将被计算器从存储器中清除,但是永久性故障码不会被清除。
不同厂家或者同一厂家不同的车型,发动机的自诊断系统可能不同,在此重点讲述标准化自诊断系统OBD-II,即车载诊断系统。
一、OBD-II的基本技术要求
对于符合OBD-II的车辆,基本要求是满足SAE(美国汽车工程师协会缩写)标准。
1.车辆安装符合SAE J1962的16端子诊断插座(DLC)。
2.故障码(DTC)的结构和含义统一并符合SAE J2012。
3.车辆和诊断仪之间采用符合SAE J1850或者ISO 9141的标准通信协议。
4.符合SAE J2190标准的诊断测试模式。
5.符合SAE J1979,适用于各种车型和可以在各种模式下使用的通讯诊断仪。
6.车辆信息必须能自动传输至诊断仪。
7.已经存储的故障码必须能够用诊断仪清除。
8.能够将瞬间发生的故障工况记录下来并存储到存储器中。
9.只要车辆出现故障并影响排放,便能存储一个故障码,如果车辆排放超过FTP(美国联邦试验规范)的排放标准的1.5倍,自诊断系统必须点亮故障指示灯(MIL)。
10.电控系统所有部件必须使用符合SAE J1930的专业名称,缩写与术语。
为此许多车辆还要增加和完善一些软件和硬件。
1 .ECU具有16或32位处理器,扩展存储器。以便能够处理1万5千个新的标定常数,增加影响排放系统和元件的监控。
2.增加EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)或取代ROM(只读存储器),必要时可以通过DLC(诊断插座)修改或者恢复控制程序和数据。
3.使用高精度的曲轴位置传感器,凸轮轴位置传感器,用于监测发动机运行中的缺火。
4.在三元催化器后安装加热型氧传感器,用于监视三元催化器的转化效率。
5.在EGR排气侧安装差压传感器,增加EGR位置传感器等,用于检测EGR流量。
6.通过燃油蒸气流量传感器,清污电磁阀检测燃油蒸气的排放利用情况,改进油箱加油口盖检测燃油蒸发的泄露。
7.同时使用进气道歧管绝创玉力传感器和空气流量传感器。
8.用顺序燃油喷射代替其它燃油喷射方式。
二.OBD- II的监控功能
1.三元催化转化器效率,在三元催化转化器后增加一个加热型氧传感器(下游氧传感器),提供给ECU监视三元催化转化器的净化效果或转化效率。
在三元催化转化器工作正常时,上游氧传感器(放置在三元催化转化器前端)有信号波形,而下游氧传感器相对输出信号较平坦。一旦下游氧传感器的输出信号与上游氧传感器的输出信号读数接近,说明三元催化转化器净化效果变差,ECU设置一个故障码。如果此故障在三个行驶周期中都发生,故障指示灯(MIL)被点亮。
下游氧传感器的加热器只有在发动机暖机后才开始工作,以防止水在陶瓷上凝结,造成氧传感器陶瓷载体破裂。上游氧传感器和下游氧传感器使用不同的线束插接器。
2.发动机缺火,如果某个汽缸缺火,未燃烧的HC(碳氢化合物)会进入三元催化转化器。当三元催化转化器将这些过量的HC转化成水和二氧化碳时,三元催化转化器会过热,热量将转化器内的蜂窝式载体烧毁熔结,此时不仅不能再有效地降低排放,还会阻塞排气管路,引起发动机运转行驶故障。
OBD- II允许2%左右的随机缺火率,并且将缺火情况分为三个等级。
A型缺火会瞬间导致三元催化转化器损坏。在超过200r/min的时间段内,当检测到汽缸缺火率在2%-20%时,ECU会关闭缺火汽缸的喷油器,中断燃油供应,同时持续点亮MIL灯。但在发动机大负荷状态下工作时,ECU不会关闭缺火汽缸上的喷油器,但会使MIL灯闪烁。
B型缺火会使排放超过标准的1.5倍,在超过1000r/min的时间段内,如果检测到汽缸缺火率超过2%-3%, ECU会设置一个故障码。假如在随后的第二次行驶周期中也检测到这个故障,则持续点亮MIL灯。
C型缺火会产生一个需要维修(I/M)的故障码,MIL灯仅仅点亮但不闪烁。
缺火监控程序具有学习功能,用以补偿因制造误差和元件磨损而造成的发动机性能变化。需要强调指出的是:ECU只能监控缺火,并不能指出缺火的原因。除了点火系统以外,燃油系统和机械系统故障也可能会影响正常点火造成缺火。
3.燃油系统,ECU在闭环控制期间,连续监测燃油修正。当燃油系统导致ECU进行燃油修正的时间过长,并且此故障在连续的两次行驶周期中都发生,ECU会设置一个故障码并点亮MIL灯。
4.加热型氧传感器,ECU监视器监测当空燃比发生变化时,氧传感器输出电压信号随之变化的响应时间(电压信号的频率)。反应迟缓的氧传感器不能满足空燃比控制的需要,ECU系统在每次行驶周期内对所有的加热型氧传感器检测一次,上游和下游氧传感器分别进行独立的测试。
5.废气再循环(EGR)系统,ECU使用不同的方式来确认EGR系统是否运行正常。例如检测EGR通道内的温度,高温说明有废气存在。通过操控EGR阀,根据进气道歧管绝对压力传感器(MAP)的信号变化,检测EGR系统是否正常运行。EGR普遍使用一个差压传感器来检测流量,如果流量与其内存的期望值比较后出现异常,ECU开始设置一个故障码,此故障在两次行驶周期中都发生时,ECU点亮MIL灯提示故障。
6.燃油蒸发(EVAP)排放系统,ECU可以通过多种方法来监控燃油箱的保压能力,以及从燃油箱,活性碳罐分离燃油蒸气的能力。ECU每个行驶周期内监测一次安装在碳罐电磁阀和进气道歧管之间的清污流量传感器,以确定是否有燃油蒸气流过电磁阀进入进气道。ECU还可以通过安装在碳罐电磁阀和进气道歧管之间的控制阀监控流入进气道的燃油蒸气,如果发生异常EVAP系统泄漏或者堵塞,燃油箱保压能力下降(油箱盖丢失),此类情况下ECU皆会点亮MIL灯。
7.二次空气喷射(AIR)系统,可以通过开启AIR系统,将空气喷射到氧传感器的上游,并同时检测氧传感器的输出电压信号来实现对AIR的监控。监控系统按先被动测试再主动测试的方式进行,在连续两个行程循环内AIR系统都不能通过主动测试时,ECU点亮MIL灯并存储一个故障码。
8.电子控制系统,对于模拟传感器,ECU通过检测模/数转换前电压信号是否超出设定的范围来检查元件或者线路故障。对于频率(数字)传感器,ECU将被检测的传感器信号频率和用其它传感器信号的计算结果比较,以此来判断元件或电路是否存在故障。