奥迪A6发动机电控系统的工作原理与故障诊断毕业论文

毕 业 论 文

论文题目： 奥迪A6发动机电控系统工作

原理与故障诊断

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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包括谐波进气增压系统（ACIS）、废气涡轮增压系统、可变气门正时系统、电子控制节气门系统（ETCS）等。

4、怠速控制系统

怠速控制（ISC）系统能在发动机怠速工况下，根据发动机冷却液温度、空调压缩机是否工作、变速器是否挂入挡位等，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。

5、排放控制系统

对发动机排放控制装置的工作实行电子控制。排放控制主要包括汽油蒸汽排放（EVAP）控制系统、废气再循环（EGR）控制系统，氧传感器及三元催化转化（TWC）控制系统，二次空气喷射控制系统等 。

6、自诊断系统

以故障灯来提示驾驶员发动机有故障；同时，系统将故障信息以设定的数码（故障码）形式储存在存储器中，以便帮助维修人员确定故障类型和范围。

当传感器或传感器线路发生故障时，控制系统自动按ECU中预先设定的参考信号值工作，使发动机能继续运转以便能尽快送到维修站检修，但发动机的性能有所下降。

（二） 奥迪A6发动机电控系统的基本组成

汽车电控系统可以简化为传感器、电控单元ECU和执行器三大组成部分。传感器是感知信息的部件，功用是向ECU提供汽车运行状况和发动机工况等。ECU接受来自传感器的信息，经信息处理后发出相应的控制指令给执行器。执行器即执行元件，其功用是执行ECU的专项指令，从而完成控制目的。传感器、ECU和执行器三部分的相互工作关系，如图1所示。

信号输入装置各种传感器 电控单元ECU 执行器

图1 传感器、ECU和执行器三部分的工作关系

1、奥迪A6发动机电控系统中的传感器

1）发动机冷却液温度传感器（ECT）

奥迪A6发动机冷却液温度传感器（ECT）是一个负温度系数的传感器。随着温度的升高，ECT 电阻值会下降。电控单元ECU可利用冷却液温度信号在如下情况下用做修正因素：

冷启动加浓

冷机时用于修正喷油和点火提前角 怠速控制 减速时关闭燃油

在预先确定的温度下，ECT 传感器也可用于启动如下系统： 热氧传感器控制 爆震传感器控制 废气再循环控制

2）凸轮轴位置传感器(CMP)

奥迪A6凸轮轴位置传感器（CMP）位于左侧气缸盖内的凸轮轴末端。曲轴位置传感器信号和凸轮轴位置传感器用于识别三缸的点火上止点。启动发动机时，电控单元ECU接收到上述两种信号后才会触发第一个点火点和喷射点。

3）曲轴位置传感器（CKP）

奥迪A6曲轴位置传感器（CKP）可识别三缸的上止点位置。位于三缸上止点前 62 度处的曲轴平衡重上有一个凹槽，以该凹槽作为参考点，曲轴每转一圈，该凹槽使参考传感器发出一个同步信号。发动机启动时，参考传感器的信号和 CMP 的信号同时用来识别三缸点火的上止点位置。

4）废气再循环（EGR）温度传感器

奥迪A6废气再循环（EGR）温度传感器位于废气再循环阀的出口处，该传感器可通知电控单元ECU：EGR阀工作正常，传感器可测量再循环废气的温度。

5）发动机速度（RPM）传感器

发动机速度（RPM）传感器是一种感应拾取器，位于发动机缸体左侧的飞轮附近。它有一个环形齿轮，环形齿轮圆周上有 135 个齿。环形传动齿轮每转动一个齿，电控单元ECU 就接收一个电压脉冲信号，并以此确定发动机转速、点

火和喷油点火位置。5 秒钟内收不到 RPM传感器信号，电控单元ECU就不启动发动机。RPM 传感器在出厂前已调整好，如果传感器托架有变化，请以气缸体上的托架位置标志为参考点重新调整。

6）氧传感器

图2 氧传感器示意图

l-接触部分 2-陶瓷衬套 3-传感陶瓷 4-护套（排气端） 5-电线接头 6-碟形弹簧 7-护套（空气端） 8-外壳（-） 9-电极（-） 10-电极（+）

奥迪A6车上采用的氧传感器是一种加热型传感器如图2所示，用于测量废气中的氧气含量。电控单元ECU根据氧传感器反映的氧的含量确定空燃比的浓度。传感器位于排气系统的左、右催化式排气净化器的前部，左右侧气缸的空燃比是独立调节的，每侧气缸有独立的氧传感器和催化式排气净化器，电控单元ECU用两个氧传感器即可分别探测出每侧气缸的氧气含量。电控单元ECU根据相应传感器上的电压信号来判断每个气缸体的燃油喷射量。

7）爆震传感器（KS）

奥迪A6每个进气歧管的下部缸盖上都有一个爆震传感器（KS），电控单元ECU用两个爆震传感器可以精确地感应到气缸的爆震。KS1位于气缸体的右侧，用来监测 1、2、3 缸；KS2位于气缸体的左侧，用来监测 4、5、6 缸。

8）空气流量计（MAF）

奥迪A6采用了热线式空气流量计，热线式空气流量计用于测量发动机中的空气流量。传感器箱体包括一个产生空气涡流和若干脉冲的阻板，传感器信号用于计算喷油量、点火提前角、控制废气再循环和油箱的通风。

9）节气门位置传感器（TPS）

节气门位置传感器（TPS）与节气门关闭位置（CTP）开关都在节气门箱体的底部。TPS传感器连接在节气门轴上，由电控单元ECU 提供5V电源。随着节气

门位置的变化电控单元ECU可接收到TPS 电桥的各种电压信号。电控单元ECU的电压信号可确定节气门转盘的位置和节气门运动的速度。该数据用于：

减速加浓 节气门全开加浓

节气门阀电位计也可用来代替空气流量计信号

注：节气门关闭位置开关（CTP）和节气门位置传感器（TPS）都在节气门箱体的底部。

10）压力传感器

压力传感器的功用是把压力信号转变为电压信号，它在汽车上主要有两个方面的应用。一是用于气压的检测，包括进气真空度、大气压力、气缸内的气压等；二是用于用于油压的检测，包括变速箱油压、制动阀油压及悬架油压等。

11）油门踏板位置传感器

奥迪A6采用了电子油门，以分压电路原理工作，ECU供给传感器5V电压，电子油门踏板通过转轴与传感器内部的滑动电阻器的电刷连接，加速踏板位置传感器位置改变时，电刷与接地端的电压发生改变，ECU将该电压转变成加速的位置信号，加速踏板位置传感器同时输出两组信号给ECU，保证输出信号的可靠性。

2、发动机电控单元(ECU)

输入 模拟信号 A/D ECU 微 处 理 器 输 出 处 理 输出

电磁阀 电机

数字信号 输入 处理

指示灯

电 源 电源电路 图3 ECU基本结构与工作过程

电控单元(ECU)又称为电子控制组件, 是发动机控制系统的核心部件。电控单元主要由输入回路、单片微型机(单片机)和输出回路三部分组成，基本结构与

工作过程如图3所示。

电控单元ECU：根据传感器信号对控制过程作出决策，并驱动执行器对被控对象实施最优控制，其控制过程可归纳为三个步骤：

1) 实时数据采集：检测传感器信号的瞬时值，将模拟量转换为数字量，并将所有的数字量转换为与微处理器兼容的逻辑电平。

2) 实时决策：分析来自传感器的关于被控对象的状态信号，按预定的控制策略，决定下一步的控制过程，产生目标控制量。

3) 实时控制：将实时决策产生的目标控制量转化为一组指令，并适时地输送到执行器。因实时决策产生的都是数字量，故实时控制过程就是适时地将这些数字量转化为模拟量提供给执行器，同时实现满足驱动执行器需求电平的转换。

发动机电控单元的主要功用是接收各种传感器和控制开关输入的发动机工况信号, 根据电控单元内部预先编制的控制程序和存储的试验数据, 通过数学计算和逻辑判断确定适应发动机工况的喷油时间和点火提前角等参数, 并将这些参数转换为电信号控制各种执行元件完成执行动作, 从而使发动机保持最佳运行状态。

发动机工作时, 空气流量传感器检测进入气缸的进气量信号, 曲轴位置传感器检测发动机曲轴的转速信号, 节气门位置传感器检测驾驶员操作的节气门开度信号, 这三个信号作为计算确定燃油喷射量的主要信息输入ECU,再由ECU计算确定基本喷油量。与此同时，ECU还要根据冷却液温度传感器、进气温度传感器和氧传感器等输入的信号计算确定辅助喷油量, 用以对基本喷油量进行必要的修正, 最终确定实际喷油量。当实际喷油量确定后,ECU再根据曲轴位置传感器输入的曲轴转速和转角信号、 确定最佳喷油时刻和最佳点火时刻, 并向执行器发出控制指令, 控制喷油器、点火线圈等动作, 实现相应的控制功能。

3、发动机电控系统中的执行器

执行器又称执行元件, 是控制系统的执行机构, 其功用是接受ECU发出的控制指令并完成具体的执行动作。奥迪A6发动机电控系统常用执行器有以下几种:

1）电动燃油泵

电动燃油泵的主要任务是供给燃油系统足够的具有规定压力的汽油，

ECU通过控制燃油泵继电器来控制电动燃油泵的启动/停止如图4所示。

图4 电动燃油泵工作示意图 2）电磁喷油器

电磁喷油器是发动机电控油喷射系统的一个关键的执行器，它接受ECU送来的喷油脉冲信号，喷油脉冲宽度决定喷油器针阀开启时间，即决定喷油量大小。

3）点火线圈

由ECU控制点火线圈初级电流通断并在次级线圈中感应出高压电使相应气缸的火花塞跳火，点燃混合气。

4）怠速控制阀

怠速控制阀的主要作用是控制发动机的怠速转速。ECU对发动机怠速的控制包括两的方面，一方面是发动机在正常怠速运转时稳定怠速转速，做到防止发动机熄火和降低油耗的目的；另一方面是在发动机怠速运转状态下，当发动机的负荷增加（例如接通空调、动力转向等）情况下，自动提高怠速转速，防止发动机因负荷增加而导致熄火。

5)废气再循环电磁阀

ECU控制废气再循环电磁阀的开启动作，使一定数量的废气进行再循环燃烧，以降低气罐燃烧温度，从而降低NOx的产生。

6)节气门控制单元

对节气门体进行控制，怠速开关、怠速节气门电位计以及电位计向控制单元提供节气门的位置信息，在怠速范围内控制单元控制怠速电机通过齿轮传动

来控制节气门的开度。

7) 故障显示灯（MIL）

奥迪A6跟所有汽车一样配有故障显示灯，位于仪表板上。点火开关打开时，MIL 会亮（约持续 10 秒钟）；自诊断系统诊断到与排放控制相关的系统出现故障时，MIL 也会亮。

（三）奥迪A6发动机电控系统的工作原理

电控系统是以一个发动机电子控制单元为控制中心，利用安装在发动机不同部位的传感器测得发动机的各种工作参数，按照由ECU而设定的控制程序，精确地控制喷油量、点火提前角，使发动机在各种工况下都能以最佳状态工作，即最佳的动力输出，最经济的油耗，最佳的尾气排放。系统采用多点顺序喷油控制，其控制策略包括启动控制、怠速闭环控制、空燃比闭环控制、碳罐控制、过渡工况控制、点火角控制、爆震控制、空调控制、滑行断油和超速断油控制、三元催化器的加热和保护控制、系统自诊断等。

三、奥迪A6发动机电控系统常见故障与诊断方法

（一）发动机不能启动或启动困难的故障诊断 1、症状定义

发动机启动机困难是指启动机能带动发动机按正常运转，但发动机不能启动或需要连续多次启动或长时间转动才能启动。

2、可能的原因和排除方法

使发动机正常启动必须具备足够的点火能量和正确的点火正时、恰当浓度的混合气以及正常的气缸压缩压力等三个条件。如果有其中一个条件不能满足，就会引起发动机不能启动或启动困难。

一般在维修此类故障时，需检查以下项目： 1）进行故障自诊断，检查有无故障代码。

2）检查启动时启动机能否转动。如查启动机不运转，则先检查蓄电池电量及启动线路。如果启动机能转动但发动机不能运转，则检查启动机与发动机啮合部分以及发动机机械部件。

3）若将加速踏板踩到中等开度位置再启动时，发动机能启动，说明故障应

为怠速控制系统有问题或进气管漏气或者堵塞或燃油供给系统有问题（如混合气过浓）。

4）检查启动时火花塞有没有电火花。若没有电火花或是火花很弱，则检查点火系统。

5）检查燃油系统供油是否正常。

6）检查EGR系统的密封、连接和操作是否正常。

在发动机启动过程和怠速运转过程中，废气再循环系统应处于完全关闭的状态，而如果由于某程原因，EGR阀在发动机启动过程或怠速运行过程中错误打开，将造成实际参与燃烧的新鲜空气量减少，混合气过稀，而这会导致发动机启动困难或不能启动。

7）检查发动机冷却液温度传感器电路和电阻值是否符合规范。 8）检查进气歧管绝对压力（或质量空气流量传感器）是否有问题。 9）检查曲轴位置传感器间隙和电阻值。 10）检查基本的发动机机械问题。

（二）发动机怠速不稳或易熄火的故障诊断

发动机怠速不稳一般包括怠速太高、怠速太低和发动机怠速运转不平稳三种情况，下面分别介绍。

1、怠速过高

电控发动机的控制系统具有在冷车时发动机以较快的怠速转速运转，而热车后又能恢复正常的怠速转速的功能。但是，如果发动机在热车后仍保持较快的怠速，即为怠速转速过高故障，怠速过高主要是怠速时进气量过多、喷油过多或发动机控制信号错误等造成的，其通常原因有节气门卡滞，关闭不严，怠速调整不当，附加空气阀故障，怠速控制阀故障，水温传感器故障，空调开关、动力转向器压力开关有故障，以及曲轴箱强制通风阀故障等，其故障诊断过程为：

1）检查各真空管道是否漏气。若有真空泄漏，发动机控制模块就有可能增加喷油量，从而导致怠速过高。

2）检查怠速控制阀工作是否正常，是否有积碳卡滞，阀体是否良好以及控制系统是否有问题。

3）检查节气门在怠速时是否关严。若关不严，则应检查节气门是否因积碳

卡住或是节气门拉索过紧等。

4）检查进气温度传感器和水温传感器的信号及其线路是否正常。若检测到的温度比发动机实际温度高，就会增加喷油量，导致怠速过高。

5）检查空气流量计（或进气歧管压力传感器）的信号及其线路是否正常。 6）检查空调系统、动力转向开关及换档开关在不工作时是否有信号输出或线路是否有问题。若这些系统不工作时仍有信号输出，怠速就会过高。

7）检查发动机控制模块或匹配设定是否有问题，若有问题则重新设定。 8）检查燃油压力是否过高。压力过高使喷油量增大，怠速过高。

9）检查喷油器是否泄漏。喷油器若泄漏，就会增大喷油量使怠速过高。（注：喷油器与缸盖的O型密封圈泄漏气会使混合气过稀）。

10）检查喷油器喷油量量否在规定范围内。 2、怠速过低

怠速太低就是怠速转速低于制造厂的规定值，此时发动机容易抖动，严重时甚至熄火，根本原因是进气量太少，发动机处于怠速工况时的进气量取决于节气门的开度、怠速调整螺钉的位置、怠速控制阀的开度、附加空气阀的开度以及曲轴箱通风单向阀的开度等。怠速过低故障诊断的方法如下：

1）检查进气系统各管路接头及各管路软管是否漏气，空气滤清器是否过脏堵塞。

2）检查怠速阀。如果怠速阀内的旁通道和节气门体因积炭过多而堵塞，则进气量减少，发动机转速降低。

3）检查EGR系统。EGR阀若在怠速时就打开或是软管漏气，就会有废气进入进气歧管，从而可能使混合气中新鲜气体的比例变小，怠速降低。

4）检查燃油蒸发系统电磁阀是否漏气。如果燃油蒸发系统电磁阀漏气，则有更多的燃油参与燃烧，但进气量并没有增加，混合气过浓，燃烧效率下降，怠速过低。

5）检查燃油压力是否过低。若燃油压力过低，则燃油供应不足，怠速过低。 6）检查喷油器工作是否正常。若喷油器过脏而阻塞，会减小喷油量且燃油雾化不良，使怠速过低。

7）检查喷油器线路连接是否正常。若喷油器线路连接有断路或虚接，导致

喷油器不能喷油或不能正常喷油，就会使怠速过低。

8）检查燃油是否受到污染。若燃油质不好或受到污染，就会影响燃烧效果，燃烧能量下降，怠速过低。

9）检查火花塞上是否有污物、裂纹、磨损，检查火花塞间隙是否正确、火花塞电极烧损和损坏情况，检查火花塞的热型是否正确。

10）检查火花塞高压线是否漏电、窜火，布线是否正确，高压线电阻值是否在标准范围内。

11）检查点火线圈是否开裂、积碳以及初级、次级点火线圈的电阻值是否在标准范围内。

12）检查水温传感器和进气温度传感器。

13）检气缸压力。若有汽缸压力不足或各气缸间压力差过大，则使发动机性能下降，怠速降低，运行不稳。

3、怠速运转不平稳

怠速运转不稳主要表现为怠速时发动机抖动，转速表指针上下波动，转速忽高忽低，怠速不稳的原因很多，但一般是因为混合气过浓或过稀，点火不完全或传感器信号不正确所致。怠速运转不平稳故障的诊断与排除，可按下述步骤进行：

1）进行故障自诊断。要特别注意有无怠速开关、水温传感器、空气流量计、氧传感器、怠速控制阀的故障代码。

2）检查点火正时及各缸火花塞、高压线、分火头是否工作不良。若有分火头烧蚀严重、高压线断路、漏电或火花塞积碳过多都会使点火高压低、能量小，从而使发动机工作不良，怠速不稳。

3）检查水温传感器在不同温度下的电阻是否符合标准值。 4）检查空气流量传感器计。

5）检查氧传感器工作是否正常。如果氧传感器失效，就不能反馈给发动机控制模块正常的信号，使喷油量不能得到修正，怠速时供给发动机过浓或过稀的混合气，造成怠速工作不稳。

6）在怠速运转中拔下怠速控制阀线束插头，检查怠速控制阀工作是否正常，是否有积碳卡滞或堵塞。

7）检查发动机支架与缓冲橡胶是否损坏或连接不牢，连接不可靠或底座橡

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