第四节 汽车专用示波器在汽车故障诊断中的应用
汽车维修设备的发展与汽车整车技术的发展是息息相关的，电子技术在汽车上的广泛应用，从发动机、自动变速器、安全气囊，到牵引力控制、车速稳定电子装置……微处理器及网络技术，配以大量传感器、执行器，使得原本不可想象的功能成为现实。今天的汽车更安全、环保，动力性、操纵性更好。与此同时对于维修工作也提出了新的要求，如何快速准确地确定故障部位，找出故障原因是汽车维修诊断技术发展的方向。
汽车诊断设备在这种强大的市场需求下得到了蓬勃的发展，汽车微机控制系统检测诊断设备的发展经历了由简单的诊断仪、扫描器到汽车示波器等几个阶段。简单的诊断仪是利用配套连线和车上的电子控制单元（ECU）进行数据交流的专用仪器，只能读取与清除ECU存储器内的故障信息（故障码及内容）；扫描器增加了对汽车微机控制系统数据扫描的功能，并能显示出微机控制系统传感器等元件的实际运行参数（数据流），以便检修人员快速分析问题，确定故障部位。但是对扫描工具来讲，对错误信号的判断是有局限性的，对超范围的信号往往会错误地认为是正确的，或者是由于“假信号”发生太快，扫描工具不能同步捕捉信号而无法显示。这也就是我们经常遇到的问题，汽车明明有故障，而扫描工具检测却显示系统正常。
举个简单的例子，一辆轿车的ABS系统时好时坏，客户要求维修，那么首先要连接诊断设备进行故障码读取，进行数据流分析，根据故障提示进行处理。可是没有故障信息，进行路试，也没有出现客户反映的问题，检测一切正常。根据维修资料提示，连接万用表对ABS传感器进行电阻及电压测试，结果所显示的数值都在误差允许范围之内。按照维修流程对ABS控制单元供电及相关线路进行测试，结果均正常。出现这种情况的时候，制造商的诊断流程推荐更换ABS控制单元，但是因为ABS控制单元和ABS泵是一个整体，必须一起更换，更换完ABS控制单元以后，故障却没有排除。
出现这种故障的原因多半为传感器信号不良，接地不良，系统插接件连接不良等，控制单元出问题的概率相对较低。接地及插接件可以通过万用表测试完成判断工作，但是对于传感器信号的判断，万用表的表现却不是那么理想。如图1-20所示为两个ABS传感器信号波形的比较，下边的传感器信号波形中间存在瑕疵，而这种问题万用表是无能为力的，甚至ABS控制单元也无法识别该传感器是不是真的有故障，进而为维修检测工作带来了一些麻烦。但是采用示波器测试，通过对传感器信号波形的分析，可以很容易的判断出故障所在，问题轻松得以解决。类似的例子还有很多，如曲轴转角传感器靶轮缺齿或齿因受外力作用而受损，可能导致车辆加速不良甚至熄火现象，有瑕疵的节气门位置传感器同样会影响车辆的动力性能。
图1-20 ABS传感器信号对比
汽车示波器是针对汽车故障维修，为快速、准确地判断故障部位与原因而开发的。是以普通示波器功能为核心，为适应汽车检测环境而预设多种专用测试模式，配以不同的辅助插头、线缆，完成对汽车上大量传感器和执行器的测试。大部分汽车专用示波器带有数字存储功能，可通过通信接口将所测试、存储的波形图上传至个人PC电脑，进行下一步的分析，存档。示波器显示的波形是对所测信号的实时显示，因为其取样的频率远远高于万用表，所以信号的每一重要细节都被显示出来，这样高的速度可在发动机运转时识别出任何可造成故障的信号。而且如果需要，任何时间都可重看波形，因为这些波形都可保存在示波器中，并在需要的时候来回放所保存的波形。示波器具有双线或多线功能，即同时可在屏幕上看到两个或多个单独的信号。这样就可观察一个信号如何影响另一个信号。例如可将氧传感器电压信号输入到通道1，将喷油器脉冲输入到通道2，然后观察脉冲是否响应氧传感器信号的变化。也可将数字示波器看成一个高速可视电压表，能够看到清晰的信号波形，在图形上能捕捉到瞬间干扰、尖峰脉冲、噪声和所测部件的不正常波形。
案例一 发动机怠速不稳定
故障现象：一辆桑塔纳2000GSi乘用车，其发动机怠速不稳；急加速时进气管回火，转速提升缓慢。
故障诊断：首先起动发动机，使冷却液温度达80℃，然后用金德K6检测仪（下称检测仪）检测，发现其电控单元型号为330907404A 1.8L R4/2V MOTR HS D02，其编码为08001。调取发动机系统故障码，显示为65536无故障记忆。接着读取该车动态数据流。
001组显示的数据为：怠速转速760～800r/min，发动机负荷（曲轴每转喷油时间）2.25～2.35ms，节气门开度3°，点火提前角-11.25°～-9°。
002组显示的数据为：怠速转速800r/min，发动机负荷2.25～2.3ms，空气质量流量3.75g/s。
006组显示的数据为：怠速转速760r/min，怠速控制0.7%，混合气λ-16.4%～20.5%，点火提前角-12°～-9°。
根据维修手册中有关参考值，以上数据除了混合气λ超标外，其余均在标准范围内。但是在热机怠速时，发动机负荷显得有点大，是什么造成了混合气λ超标呢？混合气过浓的原因有：
①冷却液温度传感器故障。
②进气温度传感器故障。
③空气流量传感器故障。
④节气门开度过大。
⑤氧传感器故障。
动态数据流能够帮助找到故障原因，但发动机电控单元在判断某元器件是否出了故障时，只有当该件出现短路、断路及其信号数值超差时才会储存有关故障码。例如冷却液温度传感器有故障时，虽然实际冷却液温度为90℃，该传感器有可能提供30℃的信号，此时发动机ECU便会加大喷油量，造成混合气过浓，甚至发动机热机难起动的现象。因此不能仅凭数据流来确诊故障，还需要进一步测试以确定故障确切部位。接着又进一步测量了冷却液温度传感器及进气温度传感器，正常。对于空气流量传感器和氧传感器，进行了波形测试，获得下列波形。
①发动机怠速时的波形（见图1-21）。从该波形中看出，该空气流量传感器在发动机怠速时波形变化平缓。
图1-21 故障车发动机怠速时空气流量传感器的信号波形
②发动机加速时的波形（见图1-22）。从该波形上看出，在发动机加速时其波形变化较慢。
图1-22 故障车发动机加速时空气流量传感器的信号波形
图1-23 发动机怠速时空气流量传感器正常的信号波形
将以上两种波形与正常的波形进行比较。
在发动机怠速时，正常波形（见图1-23）的幅值变化要大一些，而且其平均电压要低一些，表明在怠速时其进气量小。
在进气管波动效应的影响下，在发动机加速时正常波形（见图1-24）是快速变化的，振动幅值也较大，而有故障的空气流量传感器波形的振动幅值较小，输至发动机电控单元的平均电压高，使发动机电控单元判断的进气量大于实际进气量，从而使喷油时间变长，混合气较浓。氧传感器根据接收到的信号判断混合气过浓，超过其调整界限，而在动态数据流中显示出来。从这例故障中能够看出，虽然无故障码，但空气流量传感器确实坏了，它的故障原因是所测空气流量大于实际空气流量，但是信号电压值还在规定的范围内。
图1-24 发动机在正常状态下加速时，空气流量传感器正常的信号波形
另外还测试了氧传感器的波形（见图1-25），发现该波形正常。
图1-25 氧传感器的信号波形
更换空气流量传感器后，再次进行动态数据测试，发现在怠速时，其质量流量为2.77g/s，发动机负荷为1.75ms，此时发动机加速有力，发动机转速对节气门开度有较快的响应，上述故障现象消失。
但当换上新的空气流量传感器后，查询故障码时，检测仪却显示空气流量传感器G70开路或短路。为此重新检查其线路，没有发现问题，重新装上旧的空气流量传感器，并用检测仪进行检测，检测仪显示无故障码。最后怀疑新的空气流量传感器有问题，于是要求配件商重新更换一个，再用检测仪进行故障查询，显示无故障码。从中也得出一个启示，新的配件未必就是好的，在做过充分检查的基础上，要相信自己。
案例二 发动机怠速抖动
故障现象：一辆较早的克莱斯勒乘用车，其发动机在怠速时有抖动现象。
故障诊断：用故障检测仪检查时未发现故障，对其油路、电路做仔细检查时也未发现故障，但在用示波器对所怀疑部件进行波形分析时发现，曲轴位置传感器输出信号的波形不规则，且偶尔还有间断的现象（见图1-26）。在确定曲轴位置传感器工作性能及其电路良好后，初步断定故障在曲轴位置传感器的信号触发轮上。
进一步检查表明，该车曲轴位置传感器的信号触发轮发生松动。在固定好该信号触发轮后，故障排除。
图1-26 曲轴位置传感器的信号波形
案例三 发动机运转不稳定，故障指示灯亮
故障现象：雪佛兰商用车，其发动机运转不稳定，故障指示灯亮。
故障诊断：用故障检测仪读得的故障码为“41”（凸轮轴位置传感器信号故障）。在通过检查而确认凸轮轴位置传感器线路良好后，更换了凸轮轴位置传感器。但试车时故障指示灯又亮，重新读得的故障码仍是“41”。虽然反复拆检了该传感器及线路，但未能排除故障。汽车示波器显示的凸轮轴位置传感器信号的波形正常，且与之相对应的曲轴位置传感器信号的波形也正常。但是，在用汽车示波器检测与之相关的点火电压波形时发现：点火电压的最大值在13kV以上；火花塞电极间火花放电电压却偏低（不到400V），且火花放电时间仅为1ms；点火线圈点火电压波形的振荡部分波形明显不正常（见图1-27）。由此得出结论：该故障是由点火模块的性能不良引起的。
将点火模块更换后，故障现象消失。
图1-27 点火线圈次级电压波形
案例四 发动机运转不稳定，松加速踏板时有时熄火
故障现象：一辆刚行驶了5000km的EQ 7200—Ⅱ型风神蓝鸟乘用车，其发动机怠速时工作不稳定，行车中松开加速踏板时发动机有时会熄火。
故障诊断：用专用故障检测仪读取故障码时，未读得故障码；数据流读数显示，除氧传感器信号电压始终在0.7V和0.9V之间波动外，其他参数（喷油器控制信号宽度、空气流量、节气门开度和点火提前角等）值完全正常。氧传感器提供的信号电压表明，发动机始终在混合气过浓的状态下运行。对尾气的检测也证实了这一点（HC的体积分数超过10000×10-6，而CO的体积分数为4.6%）。
根据这一情况，首先检查了燃油压力，在发动机怠速时燃油压力为250kPa，正常；然后用汽车示波器检查了各缸喷油器的控制信号，发现第4缸喷油器的控制信号波形（见图1-28）在发动机每次起动后均异常（在喷油器停止喷油时，没有由喷油器线圈磁场的衰减而产生的峰值电压）。在通过随后的检测确认第4缸喷油器、电源电路和控制电路无故障的条件下，判定该乘用车的PCM有故障，于是决定拆检PCM。在拆检PCM时发现在电路板上有许多水珠。在对电路板进行吹风干燥处理并重新装复后，故障现象消失。
图1-28 第4缸喷油器的控制信号波形