北京化工大学北方学院毕业设计（论文）

动机故障诊断技术是伴随着发动机技术不断进步而完善的过程。

发动机由过去单一的以机械结构为主体的产品到目前一机电液相结合的复杂产品，使其故障的问题发生了质的变化。产品结构的复杂化、系统功能的多样化、控制过程的自动化以及显示信息的智能化都成为发动机故障诊断过程中值得注意而且必须考虑的关键问题。为了改变和突破发动机故障诊断以经验和技艺为主的此观点，以现代故障诊断理论和技术为基础，建立科学、系统、合理、完善的发动机故障诊断系统，已经成为目前发动机故障检测诊断行业的必然要求。

随着汽车工业的快速发展，汽车保有量的剧增，其能源危机、排气污染日趋严重，引起了世界各国的高度重视，1使得汽车不断在原有基础上从结构上大改革，以生产出无污染的绿色汽车，燃油碰射电子控制汽车也以极大的速度发展起来，取代了传统的化油器式发动机汽车。汽车电子控制系统的广泛应用，提高了汽车的安全性、动力性、经济性和排放性，使得汽车向智能控制的方向发展。同时，汽车电控系统复杂程度日趋提高，不仅人们对系统的可靠性提出来更高要求，而且汽车电控系统结果的复杂性，使得电气线束增多、故障率增加、故障诊断难度提高，给汽车维修工作带来越来越多的困难，对汽车维修技术人员的技术要求也越来越高。为了及时发现故障，并且采取相应的措施尽量减小其对汽车性能的影响，各国都纷纷投入大量的人力和物力资源对汽车故障诊断进行研究和开发并不断扩大诊断的范围和功能。

第1.3节 发动机故障诊断技术

1.3.1 发动机故障诊断分类

发动机是一种复杂的机电一体化设备，其故障诊断大体可分为电气故障诊断和机械故障诊断两大类。

（1）电气故障诊断

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汽车检测与诊断技术

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从部件功能上可将电器故障分为传感器故障、电控单元故障以及执行其故障。

对于传感器和执行器的短路、开路或者接触不良等故障，现在的发动机自诊断系统已能比较好的进行诊断，但对于功能部分失效等渐进性故障自诊断系统并不能很好的诊断，这也是电气故障诊断的难点。电控单元的故障可分为硬件故障和软件故障；硬件故障主要表现为信号处理、驱动电路出现问题；软件故障出现的比较少，主要由于干扰引起程序的跑飞导致系统无法正常工作。

（2）机械故障诊断

发动机机械运动是个动态过程，机械故障除了具有连续性、离散性、间歇性、渐变性、随机性和模糊性外，由于发动机的零件成百上千，这些零件又相互关联，这使得发动机的故障呈现多层次性，故障现象和故障原因之间是多对多的对应关系，这使得机械故障诊断变得非常复杂很难通过某个检测信息做出正确的诊断。

1.3.2 发动机故障诊断方法

（1）直观诊断法也称经验判断或人工诊断法，就是通过人的感觉器官对汽车故障现象进行诊断，通过看、问、听、试、嗅等，了解和掌握故障现象的特点，通过人的大脑进行分析、判断得出结论的诊断方法。直观诊断法的效率和准确性与诊断者的工作能力、工作经验有相当大的关系；它在对传统发动机故障诊断中，占有相当重要的地位。随着电子控制技术在发动机上越来越广泛的应用，发动机结构越来越复杂，这使得直观诊断法越来越不能满足发动机故障诊断的要求。因此，在电喷发动机诊断中，单纯的直观诊断方法运用的越来越少。但是，由于直观诊断法不需要任何仪器设备，只要对发动机结构和常见故障现象有一定的了解，就可以随时随地进行诊断。经验丰富的诊断专家可以利用直观诊断方法诊断出汽车可能出现的绝大多数故障。因此，直观诊断的范围随诊断者的经验而定，没有绝对的界限，简单易行。

（2）仪器诊断法包括利用简单仪表诊断和利用专用检测仪器诊断。利用简单仪表诊断，就是利用以万用表为主的通用仪表，对发动机故障进行诊断。这种诊断方法的特点是：方法简单、设备费用低，主要用以对发动机中电子控制系统和电气装置的诊断。缺点是：对诊断者的要求较高，在利用简单仪表进行故障诊

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断时，诊断者必须对系统的结构和线路连接情况有相当详细的了解，才可能取得满意的诊断效果。利用专用检测仪器诊断，就是利用电喷发动机专用诊断仪器如发动机故障分析仪等，这些专用诊断仪器大多数为带有微处理器的计算机系统，诊断十分有效。但由于诊断仪器成本一般都较高，一般只适用于专业化的故障诊断和修理机构。与直观诊断方法相比，再先进的诊断仪器都会受到自身功能的限制，对于某些故障，仪器诊断远不如直观诊断方法来得容易。比如：对明显机械零部件的断裂或变形所引起的故障、密封件的泄露问题以及电子系统中线路连接件的动等故障，直观诊断就显出了优势。

（3）自诊断法，是利用汽车电子控制系统所提供的故障自诊断系统对发动机故障进行诊断的方法。汽车故障自诊断系统的开发应用，给汽车使用和维修人员在汽车运行时及时发现故障和汽车修理时故障的查询提供了方便。汽车维修人员通过解读故障代码，大多数都能判明故障可能发生的原因和部位。然而，自诊断系统通常只能提供与本系统有关的电气装置或线路故障，一般只作出初步诊断结论。在实际诊断时，若仅仅靠故障代码寻找故障，往往会出现判断上的失误。实际上，故障代码仅仅是汽车电子控制单元(Ecu)认可的一个是或否的界定结论，不一定是汽车真正的故障部位。因此，在实际诊断和维修工作中，借助自诊断系统诊断的同时，还需要通过直观诊断和简单仪器进行综合分析判断，寻找具体故障原因。

（4）智能故障诊断方法，随着现代检测技术、信号分析技术、计算机技术和人工智能技术等各种新技术的快速发展，他们在故障诊断领域的应用也越来越多，这些技术的应用将在很大程度上弥补上述方法的不足，将使发动机的故障诊断变得更加简单、快速和准确。

第1.4节 发动机故障诊断技术应用现状以及发展趋势

1.4.1 国外汽车诊断技术的发展情况

20世纪60和70年代汽车故障诊断收到了世界各国先进汽车生产厂家的普遍重视，为了提高产品的可维修性，美国、日本、德国和法国等国家相继研制了

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在线故障诊断（on-board diagnosis）。这种故障诊断装置通过故障码的储存与读取借助汽车仪表台上的故障指示灯，反应系统的工作状况和故障发生部位。进入了80年代后，车内诊断无非是在发动机ECU内部都没有简单的故障自诊断程序，可以将汽车的故障状态以故障码的方式纪录在ECU的ROM中，并用相应的故障指示灯进行提示，维修人员可按规定的程序读取故障码，并据此确定故障的部位与原因，进而进行维修。但是自珍断系统没在ECU内部，其诊断程序仅限于与传感器有关问题，特别是只停留在与线束相关的短路、断路的故障诊断上，而且考虑成本问题及ECU中的数据输出也很难。因此，基于串行通信口的车外故障诊断工具(解码器)得到迅速发展，它通过与ECU交互式通信，获取更多的信息，诊断功能有较大的提高H1。如1986年美国通用汽车汽车公司推出TECH_l型汽车诊断仪，能显示车内珍断装置的珍断结果，并向ECU输入控；剐参数，还可以进行运行状态监测：1987年，日本丰H1汽车公司和三菱汽车公司分别推出了诊断检测仪和多用途故障诊断试验仪；11989年，日本同产公司也推出了故障阅读仪。车外诊断的主要技术是采用串行通讯方式与车内ECU进行数据交换，即应用能进行串行通讯的诊断仪器，读出ECU中的数据流和故障码。

1989年美国Venkat等首次将神经网络用于故障诊断中，并与基于知识的专家系统进行了比较，克服了传统诊断推理速度慢、不适应在线诊断的缺陷，获得理想的结果。此后，Marko等把神经网络引入到汽车控制系统和柴油发动机的故障诊断中，利用神经网络的学习功能和强大的非线性映射特性和很强的容错性能，实现故障的快速分类。Sharky等对柴油发动机的故障机理进一步研究的基础上，提出多神经网络的诊断策略，与单方面用专家系统诊断对比，表明多神经网络诊断系统的强大诊断功能。1994年，美国汽车工程师协会(SAE)在第一代车载诊断标准的基础上，统一故障代码和软硬件结构，制订了第二代在线诊断标准OBD—II。随着计算机的普及以及人工智能技术的发展，特别是专家系统、人工神经网络在故障诊断领域的进一步应用，为智能汽车故障诊断的发展奠定了基础晦1。20世纪80年代中后期，国外对汽车故障诊断专家系统进行了大量的研究。并且进行了试运作和评价，部分诊断专家系统已经走向成熟和实用化。

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汽车电喷发动机故障诊断专家系统的开发研究

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1.4.2 国内发动机故障诊断技术的发展情况

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我国从60年代开始研究汽车检测技术，当时由交通部门主持研制了一些简

单的诊断设备。70年代末，我国下达了第一个关于汽车维修方面的国家级课题——“汽车不解体检测技术”，我国开始了汽车检测与诊断技术。进入80年代后，随着国民经济的发展，在交通部门的统筹规划下，汽车检测诊断技术得到了迅速发展心1。目前，我国汽车检测设备生产厂家已超过900家，产品种类达12000个，年产值40多亿，全国已建立各类汽车诊断站1500个。我国的汽车检测水平也不断提高，反映在汽车检测诊断设备制造水平和技术含量都有了明显的提高。汽车电子控制技术广泛应用，一批具有高新技术的诊断仪器被研制出来。如我国自主丌发的发动机故障诊断仪、汽车底盘测功机、四轮定位仪、全自动转向角检测仪、制动检测台等均达到了较高的水平。就发动机检测仪器而言，发动机无负载加速测功仪、点火系检测仪、数字转速表、异响诊断仪、发动机漏气量分析仪、油耗仪、润滑油分析仪等专用检测设备在技术上已相当成熟。发动机综合检测仪，最初的功能主要对点火系和异响进行检测，在微机控制下，实现自动检测，具有显示、打印功能。20世纪80年代末，国内部分高校和科研机构对汽车故障诊断专家系统进行研究，并相继发表了一些研究文献。尽管如此，我国汽车诊断技术水平与国外还存在较大的差距。主要表现在：汽车诊断理沦的基础研究不完善、不系统、不深入；汽车检测仪器产品可靠性差；自动化水平低；品种不齐全更新慢，技术含量低，附加值低；产品性价比低；某些高性价产品也无独立知识产权，等等。今后，我国汽车检测诊断技术应向如下三方面发展：

(1)完善与硬件配套的软件建设，制定定量化的检测标准，制定人工检测与诊断设备检测的方案；

(2)在大型检测诊断设备研制方面，向声、光、电等自动化技术方向发展，进一步提高诊断系统的智能化水平；

(3)汽车检测诊断实现网络化，提高信息资源共享、硬件共享、软件共享水平。利用信息高速公路，将全国的汽车检测站联成一个广域网，使交通管理部门随时掌握车辆状况。

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现代汽车电子技术与装置

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