QY25C型汽車起重機(jī)電子油門控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷

蔣 波

（廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510650）

0 引言

汽車起重機(jī)除了在普通輪式汽車底盤上安裝有常規(guī)駕駛室以外，還設(shè)置有起重操縱室和起升作業(yè)時(shí)所用的液壓支腿；因而這種起重機(jī)相對(duì)于履帶式起重機(jī)具有機(jī)動(dòng)性好和轉(zhuǎn)移迅速等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)必須依賴液壓支腿，不能負(fù)荷行駛，也不適合在松軟或泥濘的場(chǎng)地上工作等缺點(diǎn)。

下面以配備上柴SC8DK260Q3電控柴油機(jī)的QY25C型汽車起重機(jī)為例，分析電子油門控制系統(tǒng)的故障檢測(cè)與診斷問題。

1 電子油門控制系統(tǒng)工作原理

在傳統(tǒng)的柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)中，駕駛員通過調(diào)整油門踏板，帶動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)改變柱塞泵的斜槽傾角以便調(diào)節(jié)供油量，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率，以適應(yīng)機(jī)動(dòng)車行駛的需要。這種傳統(tǒng)的機(jī)械式油門由于布置空間受到限制，并且控制精度較差，因而在電控柴油機(jī)上普遍采用電子油門。

圖1 SC8DK260Q3電控柴油機(jī)電子油門示意圖

電子油門的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。兩個(gè)位移傳感器安裝在油門踏板下方，當(dāng)油門踏板的高度發(fā)生變化時(shí)，油門踏板首先將踏板的機(jī)械位移信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和放大處理以后迅速將此信息送往發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。ECU對(duì)該信息和其它系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出一個(gè)控制信號(hào)，通過電路送到柴油機(jī)的噴油器電磁閥，由電磁閥控制該噴油器的噴油時(shí)刻和噴油時(shí)間的長(zhǎng)短。整個(gè)過程精準(zhǔn)而快速，不存在機(jī)械磨耗，并且能夠根據(jù)踩油門的動(dòng)作幅度來(lái)判斷駕駛員的意圖，控制精確，工作平順，穩(wěn)定性更高，但是電子油門控制系統(tǒng)也存在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，故障率較高等問題。

2 上柴SC8DK系列電控柴油機(jī)電子油門控制系統(tǒng)原理

上柴SC8DK系列電控柴油機(jī)電子油門控制系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

汽車起重機(jī)在路面行駛時(shí)采用常規(guī)汽車底盤工作，依賴車輪行走；而在進(jìn)行起重作業(yè)時(shí)，由于車輪屬于柔性支撐，容易造成重心不穩(wěn)，如果爆胎，更是容易造成側(cè)翻等事故，因而在起重作業(yè)時(shí)需要設(shè)置起重操縱室進(jìn)行專門操控，并且同時(shí)提供液壓支腿加強(qiáng)汽車起重機(jī)的工作穩(wěn)定性和支撐能力；此外，汽車起重機(jī)工作環(huán)境多變，工作負(fù)荷變化劇烈，因而汽車起重機(jī)必須設(shè)置有特殊的油門控制模式。

下面對(duì)汽車起重機(jī)油門的控制模式進(jìn)行介紹。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速與最高轉(zhuǎn)速的設(shè)定：根椐工況的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)需要對(duì)怠速大小和最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)定。傳統(tǒng)的機(jī)械直列式柴油機(jī)通過機(jī)械調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整；而電控柴油機(jī)都是通過專用軟件或便攜式編程器與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU聯(lián)機(jī)建立通信以后，通過專用軟件直接標(biāo)定目標(biāo)怠速與最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作。

（2）主油門：主油門又叫下車油門，指的是安裝在汽車起重機(jī)駕駛室內(nèi)的腳油門，或稱行車油門。當(dāng)汽車起重機(jī)處于道路行駛工況時(shí)，把油門踏板的位移轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射系統(tǒng)的噴油時(shí)間和噴油時(shí)刻；主油門踏板同時(shí)傳遞給ECU駕駛員是否希望怠速的請(qǐng)求。

（3）上車油門：上車油門又叫遠(yuǎn)程油門，當(dāng)汽車起重機(jī)從行駛工況切換到起重工況作業(yè)時(shí)所使用的手油門。進(jìn)行起升作業(yè)時(shí)，操縱油門切換開關(guān)，或直接給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU一個(gè)請(qǐng)求操縱上車油門的信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)即進(jìn)入上車油門工作狀態(tài)，便于汽車起重機(jī)進(jìn)行起重作業(yè)。

（4）支腿油門：支腿油門指的是設(shè)置在駕駛室內(nèi)的汽車起重機(jī)液壓支腿轉(zhuǎn)速控制開關(guān)。支腿油門根據(jù)汽車起重機(jī)的工作要求分為幾個(gè)特定的轉(zhuǎn)速檔，進(jìn)行速度分級(jí)控制，而不是連續(xù)控制。

SC8DK系列柴油機(jī)是上柴公司在D6114系列B型柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，采用日本電裝公司先進(jìn)技術(shù)—ECD-U2高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)，自主開發(fā)的一款滿足國(guó)III排放要求的電控柴油機(jī)。QY25C型汽車起重機(jī)上相對(duì)于一般汽車起重機(jī)除了設(shè)置有上述電子油門或開關(guān)以外，還增設(shè)有PTO工作模式。在PTO工作模式下，柴油機(jī)可以以一種特定的工作狀態(tài)進(jìn)行工作，如怠速、最高轉(zhuǎn)速、各轉(zhuǎn)速下的最大扭矩工況等。具體數(shù)據(jù)，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出范圍內(nèi)根椐要求進(jìn)行修訂。PTO油門和加速油門互鎖，即進(jìn)入PTO模式后，PTO油門踏板起作用，加速油門踏板不起作用。

圖2 上柴SC8DK系列電控柴油機(jī)電子油門控制原理圖

當(dāng)以下條件均滿足時(shí)，則進(jìn)入PTO模式：

（1）PTO油門在零位；

（2）無(wú)停車、起動(dòng)信號(hào)；

（3）車輛在駐車狀態(tài)；

（4）水溫正常；

（5）空檔信號(hào)（ECM中466引腳高電平信號(hào)）；

（6）系統(tǒng)無(wú)故障；

（7）PTO開關(guān)接通（ECM中489引腳得電）。

當(dāng)有下列任一條件，則退出PTO模式：

（1）有停車、起動(dòng)信號(hào)；

（2）水溫高；

（3）空檔信號(hào)無(wú)；

（4）系統(tǒng)有故障；

（5）PTO開關(guān)斷開。

3 電子油門控制系統(tǒng)主要故障及原因

QY25C型汽車起重機(jī)電子油門控制系統(tǒng)產(chǎn)生故障的原因較復(fù)雜，但是歸納起來(lái)主要有下列幾種原因。

（1）控制轉(zhuǎn)換信號(hào)問題：開關(guān)損壞或未接通。

（2）控制程序問題：ECU內(nèi)部損壞或內(nèi)部程序未開通。

（3）線束問題：線束損壞或連接錯(cuò)誤。

（4）其他問題：主要是用戶需求不明確，制造、裝配錯(cuò)誤等。

4 故障診斷方法

4.1 通過故障指示燈提供的“閃碼”進(jìn)行診斷

符合國(guó)III排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌電控柴油機(jī)大部分可以通過“閃碼”讀取故障信息。一種是國(guó)III已有的柴油機(jī)故障指示器，用于指示，一旦柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此燈就會(huì)激活以便提示駕駛員檢修發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，故障指示燈將亮起，此時(shí)將診斷開關(guān)閉合，故障指示燈將有規(guī)律地閃動(dòng)，用戶通過讀取閃碼，再對(duì)照相應(yīng)的閃碼列表即可知道當(dāng)前柴油機(jī)的故障。

另一種通過CAN總線顯示代碼，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU上電時(shí)會(huì)不斷向CAN總線（CAN2）上發(fā)送DM1（18FECA00）報(bào)文，當(dāng)沒有故障或只有一個(gè)故障時(shí)，DM1以單包發(fā)送，存在多個(gè)故障時(shí)，DM1以多包發(fā)送。DM1的定義，符合SAEJ1939-73的規(guī)定，其單包報(bào)文定義如表1所示。

其中第1和第2字節(jié)用于控制和排放相關(guān)的故障燈MIL的狀態(tài)（亮或閃）。其余字節(jié)中的SPN內(nèi)容為代表當(dāng)前故障的SPN值，CAN儀表的CAN控制器讀取DM1報(bào)文中的SPN，和SPN列表對(duì)照后即可解析出相應(yīng)的故障，并在液晶屏上予以顯示。

上柴電控柴油機(jī)通過ECU引腳驅(qū)動(dòng)的故障指示器一般稱為故障燈（Check Engine Lamp），可通過ECU上的V09引腳驅(qū)動(dòng)，其接線圖如3所示。

圖3 上柴SC8DK系列電控柴油機(jī)故障指示燈接線示意圖

上柴電控柴油機(jī)的各故障代碼相應(yīng)的SPN列表如表1所示。該電控柴油機(jī)在DM1報(bào)文的第1和第2字節(jié)的第7-8位分別定義了MIL的亮和閃的狀態(tài)，其含義如表1所示。需要說明的是閃的優(yōu)先級(jí)高于亮，即當(dāng)DM1同時(shí)要求亮和閃時(shí)，MIL應(yīng)處于閃爍狀態(tài)。

表1 上柴電控柴油機(jī)的各故障代碼相應(yīng)的SPN列表

4.2 利用故障診斷儀讀取的故障碼進(jìn)行診斷

電控柴油機(jī)診斷儀相當(dāng)于OBD（車載診斷系統(tǒng)）的終端設(shè)備，不僅具有讀碼與清碼功能，而且能對(duì)故障發(fā)生的部位及原因作出準(zhǔn)確的判斷，往往還增添了數(shù)據(jù)流、圖形顯示等功能，是現(xiàn)代電控柴油機(jī)維修不可缺少的工具。汽車起重機(jī)除了設(shè)置有常規(guī)主油門以外，還加設(shè)有上車油門、支腿油門和PTO油門等，利用OBD診斷儀進(jìn)行診斷，能夠顯著提高診斷的效率。

5 案例分析

（1）故障現(xiàn)象

某配備上柴SC8DK260Q3電控柴油機(jī)的QY25C型汽車起重機(jī)，上車無(wú)法啟動(dòng)，并且上車無(wú)油門，支腿無(wú)油門；將離合器開關(guān)斷路后上車啟動(dòng)正常，但仍無(wú)油門，后檢查上、下車油門切換489引腳有24 V電壓接入ECU。

（2）故障原因分析

1）未檢測(cè)到操縱室電子油門切換信號(hào)進(jìn)入ECU，可能存在線束斷路、鑰匙開關(guān)失效等故障；

2）未檢測(cè)到空檔信號(hào)進(jìn)入ECU；

3）操縱室電子油門本身異常；

4）里程表信號(hào)誤進(jìn)入ECU；

5）水溫過高，自動(dòng)退出PTO模式；

6）ECU自身故障。

圖4 QY25C型汽車起重機(jī)上車電子油門與ECU的連接示意圖

（3）排除過程

QY25C型汽車起重機(jī)上車電子油門與ECU的連接關(guān)系如圖4所示。

1）檢查489號(hào)線，此時(shí)，489號(hào)線得電，故有切換信號(hào)。

2）懷疑ECU工作不正常，申請(qǐng)更換ECU后問題沒有得到解決。

3）檢查空擋信號(hào)466是否為高電平，經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)無(wú)空檔信號(hào)。

4）通過工程師反應(yīng)：掛檔后，且掛上PTO開關(guān)后又將PTO開關(guān)撥回，從而上車油門不能切換。（這是問題的關(guān)鍵）重新將PTO開關(guān)掛上后，能夠?qū)崿F(xiàn)上車油門切換，問題解決。

6 結(jié)語(yǔ)

在日漸嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)下，電子油門已經(jīng)發(fā)展成為車輛控制單元對(duì)車輛狀態(tài)進(jìn)行自診斷的重要部件，對(duì)保證車輛良好的燃油經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。然而電子油門結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率較高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與電子油門有關(guān)的故障約占機(jī)動(dòng)車輛總故障的6%以上。

汽車起重機(jī)油門設(shè)置遠(yuǎn)比一般機(jī)動(dòng)車復(fù)雜，除了主油門以外，還設(shè)置有上車油門、支腿油門和PTO油門等，故障率遠(yuǎn)比一般機(jī)動(dòng)車高得多。掌握汽車起重機(jī)油門設(shè)置的特點(diǎn)和規(guī)律，利用現(xiàn)代化的故障檢測(cè)手段和工具進(jìn)行檢測(cè)是排除汽車起重機(jī)柴油機(jī)用電子油門故障的必要條件。

［1］蔣波.現(xiàn)代工程機(jī)械電液控制技術(shù)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2011.

［2］上海柴油機(jī)股份有限公司研發(fā)中心.《國(guó)四柴油機(jī)OBD應(yīng)用手冊(cè)》［Z］.上海柴油機(jī)股份有限公司，2009.

［3］梁杰.現(xiàn)代工程機(jī)械電氣與電子控制［M］.北京：人民交通出版社，2005.