发动机分析仪使用性能研究.docx
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发动机分析仪使用性能研究.docx
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发动机分析仪使用性能研究
学校代码:
10128
学号:
200920302054
本科毕业论文
(
题目:
发动机综合分析仪使用性能研究
学生姓名:
庞克宇
学院:
能源与动力工程学院
系别:
交通运输系
专业:
交通运输
班级:
交运09-2
指导教师:
吉平高级实验师
二○一三年六月
摘要
随着汽车技术的快速发展,发动机分析仪是现在汽车技术诊断的重要设备之一。
由于目前汽车维修行业普遍存在的对发动机综合分析仪认识不够充分,使用率过低,存在对疑难故障会束手无策的问题,提出了发动机综合分析仪在电控发动机故障诊断中的作用。
与常规的故障诊断方法相比较,发动机综合分析仪能够快速地诊断电控发动机故障,减少检测诊断步骤,提高故障诊断的效率以及准确性。
本论文阐述了各种汽车故障诊断法和不解体检测法,分析了汽车故障诊断的基本思路,介绍了发动机故障检测设备及经验对汽车汽油发动机的常见故障。
两台不同的发动机分析仪EA2000和AVL990以2VQS发动机和1UZ-FE发动机为研究对象对其检测功能做具体的对比分析。
主要以无外载测功、点火系统性能的检测为主。
关键词:
发动机分析仪;故障诊断;不解体检测
Abstract
Withtherapiddevelopmentofautomobiletechnology,engineanalyzerisnowtheimportantautomotivetechnologydiagnosticequipment.DuetothecurrentautomotiverepairindustrywidespreadawarenessoftheengineAnalyzerinadequateutilizationistoolow,therewillbehelplessagainstdifficulttroubleshootingproblem,acomprehensiveanalyzerengineelectroniccontrolenginefaultdiagnosisintherole.Thefaultdiagnosismethodwiththeconventionalcomparisonenginecomprehensiveanalyzercanquicklydiagnoseelectroniccontrolenginefailure,reducingthedetectionanddiagnosisofstepstoimprovetheefficiencyandaccuracyoffaultdiagnosis.
Thispaperdescribesavarietyofautomotivefaultdiagnosismethodandnon-disintegrationassayanalyzesthebasicideaofautomotivefaultdiagnosis,faultdetectionengineintroducedequipmentandexperiencecommonfaultautomobilegasolineengine
TwodifferentengineanalyzerEA2000andAVL990in2VQS1UZ-FEengineandengineastheresearchobjectdetectionfunctiontodoitsspecificcomparativeanalysis.Mainlywithoutexternalloaddynamometer,theignitionsystemperformancetestingbased.
Keywords:
Engineanalyzer;faultdiagnosis;Testingwithoutdisassembly
目录
第一章绪论1
1.1汽车故障诊断技术的概述1
1.1.1汽车故障诊断技术的发展慨况1
1.1.2汽车故障诊断技术发展历程1
1.1.3汽车故障诊断的常用方法及特点2
1.2本课题研究的主要内容和意义3
第二章发动机综合分析仪4
2.1发动机综合分析仪的概述4
2.1.1发动机综合性能检测系统的基本组成4
2.2发动机综合分析仪的基本诊断原理和使用5
2.2.1发动机综合分析仪的功能5
2.2.2发动机分析仪应具有的技术特点5
2.3发动机综合分析仪的分类7
2.3.1传统式发动机分析仪7
2.3.2智能式发动机分析仪8
2.3.3电脑式发动机分析仪8
2.3.4模块式发动机分析仪9
2.4EA2000发动机综合分析仪简介10
2.4.1结构及组成10
2.4.2EA2000帮助系统12
2.5AVLDiScope990发动机综合分析仪简介13
2.5.1技术参数14
2.5.2发动机分析仪功能14
第三章汽油发动机常见故障分析与排除17
3.1汽油发动机常见故障检测设备17
3.2汽车汽油发动机常见故障分析与排除17
3.2.1发动机不能起动或起动困难17
3.2.2发动机功率下降19
3.2.3发动机温度过高22
第四章发动机综合分析仪的应用24
4.1桑塔纳2000的发动机2VQS简介24
4.1.1发动机的基础参数24
4.1.22VQS发动机的主要系统及特点24
4.21UZ-FE型发动机简介26
4.2.11UZ-FE发动机的技术参数26
4.2.21UZ-FE型发动机的主要结构和特点26
4.2.31UZ-FE型发动机的组成及工作原理27
4.3点火系统28
4.3.1初级点火信号29
4.3.2次级点火信号31
4.3.3点火提前角34
4.4无外载测功35
4.4.1转动惯量测试36
4.4.2无外载测功37
第五章结论与展望39
参考文献40
谢辞42
第一章绪论
1.1汽车故障诊断技术的概述
1.1.1汽车故障诊断技术的发展慨况
汽车故障诊断是指为确定汽车技术状况以及查明汽车故障部位、原因所进行检测、分析和判断的过程。
现代汽车的检测诊断技术与传统的人工检查和经验诊断有原则上的不同,它借助科学技术的新成就,利用相关的仪器设备,在满足汽车不解体的情况下进行检查,从而确定汽车的技术状况、工作能力或故障部位。
汽车故障诊断方式按照诊断手段的不同可分为人工经验诊断法和仪器设备诊断法两种,按照诊断切入点的差别可分为故障码诊断分析法和症状诊断分析法两种[1]。
现代汽车维修技术的特征“七分诊断,三分修理”已经成为共识。
1.1.2汽车故障诊断技术发展历程
1、国外汽车故障诊断技术的发展
在20世纪中期,形成了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术手段。
20世纪60年代后,检测诊断技术获得了较大发展,简易的汽车检测站出现,国外汽车发达国家的汽车公司及机械维修制造厂借鉴在航天、军事等方面首先发展起来的机器故障诊断技术,大力开发汽车故障诊断测试系统,在20世纪70年代研发出了车外诊断专用设备,能对特定的车辆进行多项目检查,至此,汽车故障诊断技术已发展成为检测控制自动化及数据采集、处理自动化、检测结果打印自动化等的综合检测技术。
20世纪80年代,国外汽车发达国家的随车诊断技术己成为汽车电器故障诊断的主流,有很多轿车具有了故障自诊断功能。
此时的车外诊断专用设备更具有了诊断复杂故障的能力,也具有了汽车专家诊断系统[2]。
到现在为止,OBD车载诊断系统技术自问世来得到了不断发展及改善,相继出现了OBD-I和OBD-II。
总体来说,汽车发达国家的汽车检测诊断技术,在管理技术上实现了“制度化”,检测基础技术方面实现了“标准化",检测方法上向“智能化、自动化”方向发展。
2、国内汽车故障诊断技术的发展现状
我国开始开发研究汽车故障诊断技术始于20世纪60年代中后期,,近年来开始,随汽车保有量的急速增加,在全国中等以上城市构建了许多安全性能检测站。
目前我国己经基本形成全国性的汽车检测网,汽车检测与诊断技术已经初具规模[3]。
我国汽车检测诊断故障技术的展望:
1)实现汽车检测诊断技术基础的规范化。
2)提高汽车检测设备的性能和智能化水平。
3)实现提高汽车检测诊断网络化。
1.1.3汽车故障诊断的常用方法及特点
1、经验诊断法
经验诊断法是诊断人员凭借一定的理论知识和积累的实践经验,利用简单的工具诊断汽车故障的方法。
经验诊断法诊断汽车故障的特点是只需要简单的仪表、器具,在任何场合下都可以进行,特别是对汽车运行中出现的随机故障,直至现在它仍不失为一种行之有效的诊断方法。
然而,它只能对故障进行定性的分析,而对于因诸多因素导致的复杂故障则难以诊断,诊断的准确与快慢取决于诊断技术人员的技术水平。
经验诊断法经过不断地积累、总结和完善,已朝着人工智能分析、逻辑推理的方向发展。
在使用该方法时,一般应先了解汽车的使用和维护情况,搞清楚故障特征及其伴随现象,然后由简到繁、由表及里进行推理分析,做出判断。
其诊断方法大致分为望问法、观察法、听觉法、嗅觉法、触摸法、试验法等六种[4]。
2、仪器设备诊断法
仪器设备诊断法是在传统的人工经验诊断法的基础上,随着社会和科学技术的进步逐渐发展起来的。
与人工经验诊断法相比,其不同点在于:
一是要借助于仪器;二是可将检查结果定量化。
目前可供利用的仪器设备有:
万用表、点火正时灯、汽缸压力表、真空表、油压表、声级计、流量计、油耗仪、示波器、汽缸漏气量检测仪、曲轴箱窜气量检测仪、气体分析仪、烟度计,以及功能比较齐全的测功机、四轮定位仪、制动试验台、侧滑试验台、发动机综合检测仪、底盘测功机,等等。
这些仪器设备给人们提供了可靠的工具,使汽车故障诊断从定性诊断发展为定量诊断。
现代仪器设备诊断法具有检测速度快、准确性高、能定量分析、可实现快速诊断等优点,而且采用微机控制的现代电子仪器设备能自动分析、判断、存储并打印出汽车的各项性能参数。
但其缺点是投资大,需有专用厂房,需要培训操作人员,检测成本高等。
这种诊断方法适用于汽车检测站和大中型维修企业。
使用现代仪器设备诊断法是汽车诊断与检测技术发展的必然趋势[5]。
3、汽车故障的自诊断法
随着现代科学技术特别是计算机技术的进步,20世纪末期,汽车故障的自诊断技术随着汽车电子控制技术发展起来。
汽车电子控制系统机理与结构的复杂性,要求其自身必须建立可靠的故障自诊断系统。
1979年,美国通用公司首次在汽车上运用了电子控制装置ECU自诊断系统,该系统由存储于ECU中的软件及相应的硬件构成,当汽车运行时,ECU不断监控系统中各部分的工作情况,如果发生故障,ECU根据故障的性质和程度,首先进入失效安全模式(也称安全回家模式),使汽车有可能行驶到附近的维修点排除故障。
同时,其将故障信息以代码的形式存贮,汽车维修时,利用专门的仪器和方法提取故障代码,据此排除故障后再将其清除。
这种汽车故障自身诊断系统又称为OBD[6]。
OBD有OBD、OBD-I、OBD-Ⅱ三种汽车电控系统故障自诊断系统。
1996年,世界各汽车制造厂商全面执行OBD-Ⅱ标准。
OBD-Ⅱ系统具有标准相同的16脚诊断座,统一了各车型的故障代码及其含义,具有行车记录器功能和数值分析资料的传输功能。
其资料传输线有两个标准,即欧洲标准ISO和美国统一标准SAE。
1996年后,许多美国生产的汽车在配备普通的OBD-Ⅱ系统的同时,又增设了加强的EnhancedOBD-Ⅱ诊断系统,它在很大程度上提高了通讯速度,而且增加了对自动变速器、ABS和SRS系统的诊断。
1.2本课题研究的主要内容和意义
随着汽车诊断技术的迅猛发展,发动机综合分析仪的应用也显得越发重要。
发动机分析仪式现代汽车技术诊断的重要设备之一。
在40年前发动机分析仪就已经在汽车维修企业中开始应用了。
发动机分析仪发展到今天已经成为一台测试内容广泛的综合分析仪,它能对发动机各个系统,例如,点火系统、燃油系统、进气系统、排气系统、机械部分和电子电气部分等各个环节进行全面、广泛和准确的综合分析。
目前发动机分析仪已经成为现代汽车诊断技术中的关键设备。
本文将以国产设备EA2000和AVL990型发动机综合分析仪的应用和分析对比来介绍。
希望通过这样的方式使人们更全面的掌握发动机分析仪的操作方法,并了解不同型号的设备在测试国内与国外进口发动机各项功能系统点火系统测试、气缸效率测试起动机以及转速分析和数字万用表功能。
第二章发动机综合分析仪
2.1发动机综合分析仪的概述
发动机综合分析仪主要对发动机各系统的工作状态,例如点火、喷油、电子控制系统和传感元件,以及进排气系统和机械工作状态等的静态参数和动态参数进行分析,为发动机技术状态检测判断和故障诊断提供科学依据,有专家系统的发动机综合分析仪还具有故障自动判断功能,还有排气分析选件的综合分析仪还可以测定汽车排放指标[7]。
2.1.1发动机综合性能检测系统的基本组成
发动机分析仪综合性能检测系统包括信号提取系统、信息处理系统、计算机显示系统以及测控软件,如图2-1所示。
图2-1发动机综合性能检测系统
1、信号提取系统
信号提取系统的任务是使用各种传感器提取发动机被测点的信号参数值,由于被测定的结构以及信号参数性质不同,传感器具有多种形式用来适应不同的测试部位。
2、信号处理系统
信号预处理系统是发动机综合性能计算机检测系统中关键部分,它的作用相当于多路测试系统中的多功能二次仪表的集合,它可将测控系统中的所有传感器输出信号经衰减、滤波、放大与整形后输入计算机的高速输入端[9]。
此外,发动机上配置的传感器是控制和判断发动机故障的关键部件,但它的输出的电信号千差万别,不可以被计算机直接使用,可以通过信号处理系统处理后转换成标准的数字信号然后送入计算机[8]。
3、计算机测控与显示系统
该系统是仪器的主要核心部分,采用PC机作主机,并配有功能强大的测控软件。
2.2发动机综合分析仪的基本诊断原理和使用
2.2.1发动机综合分析仪的功能
发动机综合分析仪主要具有三大类检测功能:
汽油机性能检测、电控发动机参数检测、柴油机性能检测。
(1)汽油机性能检测,包括:
无外载测功、点火系统性能检测、动力平衡测试、气缸效率测试、起动机及发电机性能检测、进气管真空度波形检测、温度测量、气缸压缩压力测试、废气分析、异响检测、转速分析和数字万用表功能[10]。
(2)电控发动机参数检测,包括:
电控发动机转速传感器检测、电控发动机温度传感器检测、爆震信号检测、节气门位置传感器检测、进气压力传感器信号检测、氧传感器信号检测、电控喷油信号检测、电控发动机车速传感器检测及空气流量传感器的检测。
(3)柴油机性能检测,包括:
柴油机喷油压力检测、柴油机喷油提前角检测等。
有专家系统的发动机分析仪,还能自动判断发动机的故障。
2.2.2发动机分析仪应具有的技术特点
1、测试时间短、速度快
测试时间短、速度快,这是汽车维修企业以及汽车检测站对发动机综合分析仪的重要要求。
要实现测试时间短、速度快,除了采用性能先进的传感器、信号处理系统以及显示系统之外,必须重视以下的问题[11]。
(1)对各种信号精确,高速的采集和分析。
因为信号一般采集是由单片机采集的,然后通过串口传递给计算机,实现起来具有两个难题,即高速采集以及高速传递。
可以采取3条技术措施,可以解决这两个难题。
①使用高性能的芯片,使采样周期大幅下降;
②可以采用复合采样,用一个通道采取原始信号,例如对快速变化的点火高压信号的采集,可在初级、次级点火信号中,再设置一个采样通道,这一个通道采用峰值检波实现了峰值的暂留。
就这样使用两个通道交替进行采样,然后由计算机叠加而获得一个理想的信号,就可以减少采样失真;
③根据信号的特征,对信号的平坦段采用数据压缩,来实现高速传送。
(2)传感器快速安装夹。
传感器的快速安装夹会直接影响检测的速度,汽车对这方面的要求很高。
解决这个难题必须先解决了这3个问题:
①传感器一次就夹好,并且不可以互相影响,而且要有软件对传感器的装夹不当造成影响时的一定的纠正以及适应能力;
②必须要有传感器的装夹提示;
③装夹传感器时不拆卸发动机的部件。
(3)测试时机的自动控制。
系统设计的时候要考虑到测试时机的自动控制,并可以进行项目的综合自动检测。
如可以加强信号的隔离,加强信号的限幅,关闭非测试的通道,对影响大的通道进行隔离以及对启动电压、充电电压和缸压以及标准缸的识别由下位机硬件电路完成,速度的判别由上位机软件完成。
这样,整个测试过程一般就不会用人工控制了。
2、操作简单、使用方便
操作简单、使用方便也是对汽车发动机分析仪的一项重要要求,必须采用以下技术。
(1)波形化处理技术。
波形化的处理技术可以给用户带来很多便利,最主要的是直观的准确。
但系统的处理却是非常麻烦的。
因此必须解决3个问题:
①信号的采集、压缩和传送,除了上面介绍的单片机系统之外,还有系统机接受的问题。
通过了研究系统机的特点,最后才可以实现了实时传送和可靠接收的统一。
②信号量化的显示,也就是说从波形窗口不但可以看见信号形状,还能直接读取信号幅度大小。
信号的缩放和移动等工具完备。
③能保存大容量的波形数据以及快速查询问题。
波形化的处理方式一显示波形包括了初级点火、次级高压、缸压、油压、异响、真空度、电瓶电压、去起动/充电电压、无负荷测功,综合提前角以及单缸转速降等项目。
(2)测试过程的自动控制。
系统设计时应该自动控制以下时机:
测试起动电压时,自动捕获起动的时机;充电电压的加速的时机;单缸转速降的断缸控制;测试前温度控制;初级点火采样的时机;次极电压采样的时机;异响致震异响测试转速;无负荷测功的转速;缸压法综合提前角转速以及自动熄火等,均由上下位机一起协同控制。
(3)常规项的综合测试。
常规项测试应能综合、自动的完成,包括电瓶电压、起动/充电电压、初级点火、次级高压、异响、无负荷测功和单缸转速降等项目及参数的检测。
3、可以适用多种车型
要使发动机分析仪可以适应多种车型,首先必须建立起多种车型的数据库资料,除此这外检测系统的软件、硬件以及检测原理和方法也必须要适应多种车型。
如通过初级点火传感器实现断缸的技术必须要适合不同车型点火系统的特点,才可以实现断缸控制。
必须要正确和实时地采集转速以及判缸信号,是因为初级线圈闭合期间电流达到5A以上,导致线圈上积聚的能量较高,对这样的电路处理时必须符合以下要求:
①断缸时不可以影响点火线圈以及点火电路的正常工作;②高能量的释放不可以破坏控制电路;③不可以把高能量的信号引人计算机系统中,否则计算机将无法正常工作或被损坏;④初级信号的藕合损耗必须要小,消耗的能量会使大部分车辆无法正常点火。
4,抗干扰能力强
电磁干扰是发动机分析仪开发当中必须要解决的难题,为了保证测试精度,每一个导线都应该采用低噪声线,防止了因导线或传感器晃动而产生低频影响,避免了测试的误差。
同时还可以采取4项措施:
①在引入干扰的前端,就是各种信号线上面,加上防干扰磁环,这样就可以减少了进入设备内部的干扰;②设备硬件电路中采用多层槽式信号的传递方式,以进一步的滤除干扰,同时也解决了模拟电路以及数字电路之间的干扰问题。
设备一共可以分为5层,为系统机工作层,数字电路层、模拟信号处理层和接口电路层以及传感器尾盒;③合理的设置系统的接地点,这对于一个模拟数字的共存、传感器很多的系统也是非常重要的。
系统中有数字地、模拟地、隔离地。
数字地以及模拟地单点接触;模拟地多点接机箱;上位机以及下位机采用隔离地;④电瓶电压的信号可以通过压频转换后隔离传送。
2.3发动机综合分析仪的分类
发动机分析仪通常可分为四类:
(1)以点火示波器作为核心的传统式发动机分析仪。
(2)以内含有微处理器的数字存储示波器为主要核心的智能式发动机分析仪。
(3)以个人计算机为主要核心的电脑式发动机分析仪。
(4)以发动机测试接口模块为主要核心的模块式发动机分析仪。
2.3.1传统式发动机分析仪
传统式发动机分析仪(图2-2)其实就是台式点火示波器。
点火示波器是以示波管作为核心的测试仪器,专门用作汽车点火系统的高低压波形分析。
它是汽车发动机点火系统故障诊断检测的测试设备。
它不仅能精确描绘出发动机点火系统的工作状况,还能通过点火波形进一步的扩展分析发动机机械部分的工作状况,因此它成为了常规发动机检查的核心设备。
点火示波器通常和数字分析仪组合成一台发动机分析仪,其中的数字分析仪相当于台式汽车万用表,但往往会增加有单缸断火功率试验的功能。
另外这种点火示波管还兼有喷油器波形以及传感器波形试验的功能,因此可作为普通示波器的使用。
图2-2传统式发动机分析仪
2.3.2智能式发动机分析仪
智能式发动机分析仪是以一台内部安装有微处理器的数字存储示波器为主要核心的测试仪器。
智能式发动机分析仪具有很强的数据处理的功能,采用菜单式的操作,这对初学者是非常容易掌握的。
智能式发动机分析仪它可分为台式(图2-3)和便携式(图2-4)两种。
台式是汽车维修企业中诊断中心的重要设备。
便携式因为采用液晶屏幕显示而使得体积大大缩小,质量也大为减小,携带起来十分方便,为车间现场使用与野外修车提供了极大方便。
智能式发动机分析仪将汽车示波器(含点火示波器以及数字存储示波器功能)及汽车万用表于一身,也使用菜单操作方式并且具有自动调整功能,即使不会使用示波器的人也能轻松掌握。
2.3.3电脑式发动机分析仪
电脑式发动机分析仪(图2-5)是用个人微机为核心的发动机综合分析仪设备。
它可以通过测试接口模块和测试程序软件实现测试的功能,能完成点火示波器、汽车示波器的全部的测试功能,同时还可进行自动的测试。
对装有汽车数据资料库的系统,还可以实现测试中资料库的在线支持以及数据自动分析。
在显示上采用微机数据处理与图形处理使得显示功能更加的丰富,显示画面非常生动,并且测试数据自动统计处理功能使得分析过程非常简单、精确无误。
良好的人机界面以及自动程序引导功能,也会给操作者带来极大的方便。
图2-3台式SNAP-ONMT3000A图2-4便携式ESCORT-328
2.3.4模块式发动机分析仪
模块式发动机分析仪是把电脑式发动机的测试接口模块和个人微机分离出来,单独把接口模块与软件作为独立的产品推出的检测设备。
这种产品使用的时候,必须要配合个人微机才能构成完整的检测系统。
它具有不受微机主机升级换代时的影响,不仅可以在台式微机上应用,也可以方便地和笔记本电脑构成便携式发动机分析仪(图2-6)
图2-5德国博世公司FSA560图2-6模块式发动机分析仪
2.4EA2000发动机综合分析仪简介
EA2000型发动机综合分析仪是元征科技股份有限公司出的检测汽车发动机及电控系统的全新设备,可检测发动机各个系统的工作状态、运行参数及排放性能,可实时采集初级和次级点火信号、喷油信号、电控传感信号、进排气系统等的动态波形,同时可进行性能分析、波形存储与回放、测试结果查询等,还具有强大的在线帮助系统,为发动机的技术状态判断和故障诊断提供科学依据[13]。
2.4.1结构及组成
EA2000型发动机综合分析仪外形结构如图2-7所示。
它由以
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