桑塔纳2000型轿车发动机电控技术剖析.docx

、桑塔纳2000型轿车发动机电控技术剖析1 前 言桑塔纳2000Gsi轿车是上海大众汽车制造厂在上世纪末推出的新车型，其结构具有一定的普遍性和代表性桑塔纳2000Gsi轿车装备AJR型发动机，M3.8.2电子控制系统。与桑塔纳2000GLI的AFE发动机的M1.5.4P系统相比较，它采用了热膜式空气流量计，使发动机进气流量的计量更精确；怠速控制采用节气没直动式，节气门控制组件将怠速控制功能和节气门位置传感器组合为一体使结构更紧凑，怠速控制能力加强；采用无分电器同时点火方式并装有两个爆震传感器，有效地控制爆震产生等多项技术改进措施使发动机性能更优越。1汽车传感器ECU执行器的关系概述1.1 电子控制组件（ECU） ECU以微机为中心。还包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多中断响应等功能。目前除了8位、16位微机外，32位特别是64位微机已开始逐步使用。而且，不仅有通用型微机和单片机，专用的汽车微机也已研制出来。正是微机技术突飞猛进的发展促进了汽车电控技术的不断完善。可以说，当前 ECU的发展总趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。不久以后，汽车电控系统将采用计算机网络技术，把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的ECU相联结，形成机内分布式计算机网络，实现汽车电子综合控制。实物如图1-1所示 ECU实物图（1-1） 1.2 传感器汽车传感器的工作条件极为恶劣，因此，传感器能否精确可*地工作至关重要。近年来在该领域中，理论研究及材料应用发展较为迅速，半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等迅猛发展。毋庸置疑，智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。例如氧传感器，机构图1-2，实物图1-3所示。 氧传感器结构图（1-2） 氧传感器实物图（1-3） 1.3 执行器执行器用来精确无误地执行 ECU发出的命令信号。因此，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败，正因如此，其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而倍受关注。目前，汽车电控系统的执行器类型繁多，有电磁阀、电动机、压电元件、点火器、电磁继电器、热电偶等，结构与功能不尽相同。执行器的发展方向是智能化执行器和固态智能动力装置。综上所述：电控系统主要由传感器、电子控制组件（ECU）、执行器 3个部分组成。传感器作为输入部分，用于测量物理信号（温度、压力等），将其转换为电信号；ECU的作用是接收传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处理，输出处理结果；执行器则根据 ECU输出的电信号驱动执行机构，使之按要求变化。传感器，电脑，执行器之间的关系如图1-4所示图（1-4）第二章 传感器的检测与维修 2.1空气流量计的检测与维修2.1.1空气流量计的结构热膜式空气质量计安装在空气滤清器和进气软管之间，主要由控制电路、热膜、上流温度传感器、金属护网等组成，其结构如图所示。热膜式空气流量计的连接电路如图2-1所示 图2-12.1.2 空气质量计的检测空气流量计连接电路图2-2图2-21.电阻测试（1）线束导通性测试：将数字万用表设置在电阻200档，按电路图找到空气流量计图形下面的针脚号与ECU 信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量计3、4、5 号针脚对应至电控单元 12、11、13 号针脚的电阻，所有电阻都应低于1。 （2）线束短路性测试：将数字万用表设置在电阻200K档，测量空气流量计针脚 2 与电控单元针脚 11、12、13 之间电阻应为。 2.电压测试本项目电压测试有电源电压测试和信号电压测试两部分， 其中信号电压测试是确定空气流量计是否失效的主要依据。（1）电源电压测试：打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V档，红色表针置于空气流量计针脚2，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打起动机时应显示 12V；红色表针置于空气流量计针脚 4，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，应显示5V。（2）信号电压测试：分单件测试和就车测试两部分A.单件测试：取一空气流量计总成部件，将 12V/5V 变压器 12V 电压或电瓶电压施加在空气流量计电器插座针脚 2 上，将 5V 电压施加在空气流量计电器插座针脚4上，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计电器插座针脚 3 和针脚 5，应有 1.5V 左右电压；使用吹风机从空气流量计隔珊一端向空气流量计吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量计电器插座针脚3和针脚5，电压应瞬时上升至2.8V回落。不能满足上述条件，可以判定空气流量计有故障。B.就车测试：起动发动机至工作温度，将数字万用表设置在直流电压 20V档， 测量空气流量计针脚5 的反馈信号，红色表针置于空气流量计针脚 5，黑色表针置于空气流量计针脚3、电瓶负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加速踏板应显示 2.8V 变化。若不符合上述变化，或电压反而下降，在电源电压与参考电压完好的前提下，可以断定空气流量计损坏，必须更换。2.2 节气门位置传感器当节气门全闭时，触点闭合， IDL 端的电位为 0 ，这样就把节气门全闭的这一情况通知了计算机。收到 VTA 端子、 IDL 端子传来的信号之后，计算机根据这些信号判断出车辆的行驶状态，再决定进行过渡时期空燃比修正，或是输出增量修正，或是切断油路，或是进行怠速稳定修正。具体结构如图2-3所示，电路图如图2-4所示图2-3图2-4 2.2.1传感器的电阻检测 拔下此传感器的导线插头，用塞尺测量节气门限位螺钉与止动杆间的间隙（用手拨动节气门，用欧姆表测量此传感器导线插孔上端子间的电阻，其电阻值应符合下表所示的规定。 VTA-E2 端子间电压值随节气门开度的增大，电阻值成正比增加，而且不应出现中断现象。所测得得正常值如下表所示。 如果不符合下例值则说明传感器有故障。节气门位置传感器上各端子间电阻值 限位螺钉与止动杆间隙 /mm 端子名称 电阻值 /k 0 VTA -E2 0.34 6.3 0.45 IDL-E2 0.5 或更小 0.55 IDL-E2 节气门全开 VTA -E2 2.4 11.2 VC -E2 3.1 7.2 2.2.2传感器的电压检测 当点火开关置于“ON”位置时，用电压表测量 VC -E2 、 IDL-E2 、 VTA -E2 端子间的电压值，应符合表所示电压值，如不符，则应更换节气门位置传感器。节气门位置传感器各端子电压 端子 条件 标准电压 /V IDL-E2 节气门开 9 14 VC -E2 4.0 5.5 VTA -E2 节气门全闭 0.3 0.8 节气门全闭2.3 氧传感器的检测与维修2.3.1 结构和工作原理在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO、HC和NOx三种主要的有害成分，但只在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三效催化转化器才能有效地起到净化作用。故在排气管中插入氧传感器，借检测废气中的氧浓度测定空燃比。并将其转换成电压信号或电阻信号，反馈给ECU。ECU控制空燃比收敛于理论值 目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器，而本文所研究的AJR发动机就用的是氧化钛式氧传感器。下列就氧化锆式氧传感器做一一介绍。2.3.2 氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管（图2-5）。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。氧化锆在温度超过300后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连（图2-5（a）。现在，大部分汽车使用带加热器的 图2-1 氧传感器（图2-5-（b），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。图2-5管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图2-6）。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V。要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1-0.8V之间不断变化（通常每10s内变化8次以上）。如果氧传感器输出压变化过缓（1Os少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。 图2-62.3.3氧传感器的检测氧传感器的基本电路如图2-7所示。图2-7（1） 氧传感器加热器电阻的检测点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子（图 2-7的端子1和2）间的电阻（图 2-8），其电阻值应符合标准值（一般为4-40）。如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧传感器线束连接器，以便作进一步的检测。（图2-8）（2）氧传感器反馈电压的检测测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压 对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻抗(内阻大于10M)的指针型万用表。具体的检测方法如下： 1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min)；2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线； 3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。2.4 凸轮轴位置传感器的检测与维修2.4.1 概述 1.功用 MPS（=Camshaft Position Sensor）：又称为上止点传感器、霍尔传感器等。用于给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号。2.作用 感器的作用是检测发动机的转速和活塞的位置，并将此信号输入ECM，ECM通过此信号控制燃油喷射、点火正时及其他功该传感器由一个转盘和一个波形整形电路组成，转盘上有用于1信号360个狭槽，还有4个用于180信号的狭槽，波形的发生线路中嵌有发光二极管。当转盘在发光二极管与光敏二极管之间转动时，转盘上的狭槽不断地切断发光二极管射向光敏二极管的光线，这样就产生了形状粗糙的脉冲波形，此脉冲信号将被输入ECM。2.4.2凸轮轴位置传感器的结构如图2-9 信号波形如图2-10 第一缸BTDC7角度信号24HZ/转基准信号HZ/转第四缸BTDC7720G1,G2转子Ne转子磁铁3030360图图 2-9图2-102.4.3 检测 （1）关转至ON位，检测电脑侧1和2端子间电压为12V，给传感器施加12V电压，正在信号输出端子3和4与1之间接上电流表，转动转子一圈，两个电流表应分别摆动1次和4次，电流应约为1mA。传感器与电脑的链接关系如图2-11曲轴位置传感器ECU图2-11（2）元件检查断开传感器插头并将点火开关转至ON位置。用万用表测量传感器3号端子与接地之间的电压，正常情况下应该存在蓄电池电压。检查传感器与ECM继电器、ECM间线束有无短路或开路情况。2.5 曲轴位置传感器检测2.5.1作用曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随.2.5.2 分类曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁脉冲式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上或分电器内。 2.5.3 霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度，从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。 1、霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作 （1）采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器 霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式，在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮，与曲轴一起旋转。外信号轮外缘上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口，每个触发叶片和窗口的宽度为10弧长；内信号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口，3个触发叶片的宽度不同，分别为100、90和110弧长，3个窗口的宽度亦不相同，分别为20、30和10弧长。由于内信号轮的安装位置关系，宽度为100弧长的触发叶片前沿位于第1缸和第4缸上止点（TDC）前75，90弧长的触发叶片前沿在第6缸和第3缸上止点前75，110弧长的触发叶片前沿在第5缸和第2缸上止点前75。 （2）采用触发轮齿的霍尔式曲轴位置传感器 克莱斯勒公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在飞轮壳上，采用触发轮齿的结构。同时在分电器内设置同步信号发生器，用以协助曲轴位置传感器判别缸号。北京切诺基车的霍尔式曲轴位置传感器如图 23所示，在