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发动机电子控制系统模块 学习目标 知道发动机电子控制系统的组成 结构及功能 掌握的电子控制系统各主要零件功用 工作原理与检测 行驶中的汽车电控系统工作原理与运动员运动时的身体状态比较 课程导入 基础知识 发动机电控系统的组成 传感器 执行器 电控单元 一 电控单元 ECU或PCM 小型电脑 用一套专门的控制程序来控制整个系统 ECU的基本功能 给传感器提供参考 基准 电压接受信息存储信息运算分析输出执行命令 二 传感器 传感器 参考电压型 产生电压型 基本分类 汽车上常见的传感器举例 1 氧传感器 作用 检测废气中氧气浓度 并将该信息反馈给控制单元 实现发动机的闭环控制 结构与工作原理 安装在排气管上 某些车辆有两个氧传感器 一个在三元催化器前 一个在三元催化器后 氧传感器陶瓷体的内外表面都覆盖了铂 内侧通大气 外侧与废气接触 在高温时 当内外两侧的氧浓度不同时 就会在铂电极间产生一个电压 铂能起催化作用 当空燃比在理论空燃比外时 能使输出电压产生突变 提高传感器灵敏度 工作原理 从图中可以看出 混合气的空燃比低于限制范围后 NOx的排放将会大大增加 高于限制范围后 CO和HC排放量将会大大增加 所以最能满足减低废气排放的混合比是14 7左右狭小的一个范围 电控发动机大部分工况空燃比维持在14 7附近 加热型氧传感器的检修 检测标准 氧传感器输出信号范围 0 1V 0 9V常见信号电压故障分类 一直低电压 小于0 45V 一直高电压 大于0 45V 信号断路 等于0 45V 响应时间慢 检测步骤 故障代码读取 燃油系统检查 电控单元检查 氧传感器检查 连接线路检查 完全踩下油门踏板 发动机转速达4500r min 测量B20与C16间电压为 0 6V 且迅速放下踏板测得电压 0 4V说明电控单元可能有故障 用同型号电控单元替代查看 方法一 拆下导线接头 3和4端子为加热端子 加上蓄电池电压 起动发动机 完全踩下和放松油门踏板 测量1和2端子电压应符合上述步骤电压值 否则更换氧传感器 用万用表检测加热线圈的电阻 一般为11 16欧 发动机运转过程中 突然踩下和松开油门的方法改变混合气浓度 用指针式万用表测输出电压信号应升 气浓 降 气稀 正常时摆动8次 10秒以上 方法二 波形检测 良好的氧传感器波形 损坏氧传感器波形三个响应参数 1 最高信号电压下降至427mV2 最低信号电压 0V3 混合气从浓到稀时信号的响应时间却延长为237ms 方法三 急加速法 测试步骤如下 发动机充分预热 然后让发动机怠速运转20s 在2s内将发动机节气门从全闭 怠速 至全开1次 共进行5次 6次 注意 不要使发动机空转转速超过4000r min 只要用节气门进行急加速和急减速就可以 急加速法测试得到的波形如下所示 注意 只要有1个不符合规定 必须进行故障检查 根据氧传感器的最高 最低信号电压值和信号的响应时间来判断氧传感器的好坏 在信号电压波形中 上升的部分是急加速造成的 下降的部分是急减速造成的 常见的氧传感器故障 铅中毒 硫中毒或磷中毒 积炭中毒 尘土堵塞 内部断裂 防冻液泄漏或系统使用不合适的硅树脂密封材料 引起硅中毒 传感器反应时间慢 返回 陶瓷探针被废气污染 传感器响应时间慢 返回 安装使用过程中机械冲击造成加热棒断裂及陶瓷探针碎裂 脏物或潮湿水汽通过头部小孔而进入到传感器内部 温度骤变 使陶瓷探针断裂 常见的氧传感器故障现象 发动机油耗和排放污染增加怠速不稳缺火喘抖等 案例分析 车型 宁波美日MR6370A型轿车 装用天津丰田8A FE电喷发动机 故障 发动机怠速不稳 排气管冒黑烟且排污超标 故障灯亮起 检查 故障代码21 无氧传感器信号 起动待发动机温度上升为60 以上时 用万用表检测氧传感器的输出信号 始终为0 7V 拔下一根发动机的真空管 使混合气变稀 再堵住空气滤清器 使混合气变浓 输出电压还是0 7V不变 说明氧传感器损坏 拆下氧传感器 顶尖呈棕色状 铅中毒 更换后试车 故障灯熄灭 故障排除 分析 使用含铅汽油 汽油中的铅造成氧传感器失效 ECU不能实行空燃比闭环控制 造成怠速时混合气较浓 2 冷却液温度传感器 作用 检测发动机工作温度工作原理 冷却液温度传感器采用热敏电阻 温度高时电阻低 电压约0 3V 温度低时电阻高 电压约4 5V 冷却液温度传感器的检修 故障现象 传感器发送到ECU的信号过高或过低 故障原因 线束或连接器故障 传感器电路断路或短路 水温度传感器损坏 故障诊断 检查传感器供电电路 关闭点火开关 断开冷却水温度传感器 ECTS 线束接连器 接通点火开关 使用CONSULT II诊断仪或万用表测量ECTS端子1与搭铁之间的电压 其值应约为5V 检查传感器搭铁电路是否断路或短路 关闭点火开关 检查ECTS端子2与发动机搭铁之间的线束是否导通 应导通 检查端子2是否与搭铁短路或电源短路 检测故障零件 检查ECU与冷却水温度传感器之间的线束是否断路或短路 检查变速器控制模块 TCM 与冷却水温度传感器之间的线束是否断路或短路 检测冷却水温度传感器 拔下冷却水温度传感器导线连接器 然后从发动机上拆下传感器 将该传感器置于烧杯内的水中 加热杯中水的同时 用万用表 档测量端子1与2之间的电阻应符合标准 如果不符合标准 则应更换水温传感器 温度为20 时 电阻为2 1 2 9k 温度为50 时 电阻为0 68 1 00k 温度为90 时 电阻为0 236 0 260k 示波器检测水温升高 信号电压减小 3 进气温度传感器 作用 检测进气温度 并将温度信号变换为电信号传送给ECU 该信号是各控制系统的参数修正信号 进气温度传感器的构造 工作原理 一般采用热敏电阻式 当进气温度升高时 电阻值减小 热敏电阻上的分压值降低 反之 则分压值升高 ECU根据接收到的电压信号 计算出温度高低 进而修正喷油量 温度与电阻的关系曲线图 3 爆震传感器 KS 作用 检测爆燃信号 传给ECU 通过调节点火提前角来防止爆燃现象的产生 安装在汽缸体上 结构及工作原理 爆震传感器采用压电元件做成 当由于爆震使气缸体振动导致压电元件变形时 压电元件就产生一个电压 通过测量KNK信号电压的峰值是否超过某一定值 发动机ECU判断发动机是否发生爆震 爆震传感器的检修 检测方法 万用表检测动态信号 拔下连接器 怠速 或敲击缸体 测量插座两接脚电压 应与规定相符 交流电压信号 静态电阻 测量传感器电阻 应与规定相符 大于1M 或1 2 3间不导通 线路检测 测量导线电阻 应为0 测试传感器连线和外壳间电阻值 应为无穷大 否则更换传感器 启动发动机 用直流电压档测电压应为0 1V左右 丰田 平型 非共振型 测量其电阻应在120 280k 之间 示波器检测用木槌敲击传感器附近的缸体 应显示有一振动波形 敲击越重 振动幅度就越大 随车检测 信号波形的峰值电压和频率随发动机负载和转速的增加而增加 爆震传感器极耐用 最常见的失效方式是传感器不产生信号 波形显示一条直线 这通常是因为传感器被碰伤 造成物理损坏 案例1 氧传感器屏蔽失效 信号受干扰 车型 凯迪拉克轿车故障 发动机正常运转 如果开 闭大灯或其它电器设备就会出现排气管放炮现象 严重时可将排气管炸裂 检查 外电路无问题 怀疑电脑有故障 打开电脑盒仔细检测 发现有一处接地线因腐蚀断路 此接地线正是氧传感器的信号屏蔽线通过电脑内部接地的位置 用锡焊接通后 即恢复正常 分析 因断路使屏蔽失效 而造成氧传感器信号受到其它电器的干扰所致 案例2 爆震传感器损坏 车型 雪佛兰子弹头车故障 发动机动力不足 加速时放炮 故障灯常亮 故障检查如下 插上插头 再测其电压仍为5v 应为2 5V 爆震传感器故障 拔下爆震传感器插头 测量其电压为5v 点火开关打开 正常 不正常 在传感器旁轻轻敲击缸体 在信号端无交流电压 一般可产生2 4V交流电压 测量传感器电阻为 应为3 4 5V 传感器开路 更换传感器 调取故障码为43 准备检查 故障排除 分析 发动机的最佳工作状态是在临近爆震时刻 当爆震传感器故障 PCM设立故障码 同时将点火正时向后推迟10 发动机动力有所下降 如果急加速 就会产生放炮现象 案例3 爆震传感器插头脱落 车型 丰田皇冠车故障 仪表板上 检查发动机 警告灯有时常亮 当常亮时加速无力 检查步骤如下 准备检查 分析 爆震信号故障 ECU推迟点火 动力下降 4 车速传感器 KS 作用 测量汽车行驶的实际速度用于控制ISC系统 并且在加速 减速过程中参与控制空燃比 安装于变速器输出轴附近 常用的车速传感器 片簧开关型光电耦合型 片簧开关管型有两个片簧 玻璃管内充入惰性气体密封 当旋转的永磁体的N S极靠近或远离片簧时 片簧将被吸和或断开 永磁体一般为4极 故永磁体旋转一周 就会输出四个脉冲信号 电磁感应型 电磁感应式的信号轮一般在变速器的输出轴上随轴一起转动 当齿顶接近或离开传感器时 使感应线圈的磁通量发生改变 从而产生交变的感应电压 电控单元根据电压脉冲频率计算车速 5 起动与空档开关信号 作用 起动信号用来判断发动机是否处于起动工况 起动信号与发动机电源连在一起 由起动开关控制 作用 空挡开关用来向电控单元提供变速杆挡位信号 当变速器处于驻车档或空挡时 输送低于1V的电压信号 否则输出5V的电压信号 6 曲轴位置传感器和转速传感器 作用 用于检测各缸所处的工作状态和活塞的具体位置和发动机的转速 有些发动机还有凸轮轴位置传感器 它和曲轴位置传感器提供的信号由电控单元合并 来综合地探测曲轴的转角和发动机的转速 工作原理 霍尔效应式 霍尔效应工作原理是当电流IV垂直流过磁场中的薄片半导体时 会在与电流垂直的方向上产生感应电压 且磁场增强时 电压增加 反之减少 霍尔效应传感器的叶轮随曲轴或凸轮轴转动 叶轮上均匀间隔分布着缺口 当叶片进入空气隙时 磁场被隔开 没有感应电压 当缺口进入空气隙时 产生感应电压 霍尔效应传感器输出的信号 拓展 曲轴位置传感器也可通过改变转速传感器叶轮缺口数目长度的方式制成 转速传感器叶轮一般有18个叶片和18个缺口组成 如果有18个方波信号传给电控单元 那就说明曲轴旋转了一周 GM公司在内信号叶轮上分别设有三个缺口和3个叶片 3个叶片的弧长分别为100 弧长 90 弧长 110 弧长 安装时使弧长为100 的触发前沿位于第1缸和第4缸上止点前75 这样ECU就可以知道曲轴的位置了 电磁感应式 该信号装置安装在曲轴的皮带轮端或分电器内 由信号齿轮和两个电磁感应线圈 分别用来产生转角信号 G信号 和发动机转速信号 Ne信号 信号轮的凸轮不与线圈对准时 因凸齿和线圈空气隙大而磁场弱 当凸齿对准线圈时空气隙小而磁场强 这样将会有交变的感应电压信号传给ECU 不同的信号轮将会产生不一样的信号 这样就可区别G和Ne信号 如下图所示 光电效应式 光电式传感器的信号盘上方有一个发光二极管发出红外线光束 光线穿过信号盘的缝隙就能被信号盘下方有一个光敏二极管接受 并以方形脉冲的方式传给ECU 信号盘外沿有360个缝隙 每度一个缝隙 相对应输出信号为发动机转速信号 内沿有6个缝隙 6缸发动机 其中较宽的一个为第一缸上止点标记 内沿信号为曲轴位置信号 霍尔式曲轴位置传感器检修 用塞尺检查气隙的间隙大小是否与标准相符合 否则更换传感器 使用汽车专用示波器对传感器进行动态测试 霍尔式曲轴位置传感器 CKP 信号特点是随着发动机转速的提高 信号的频率越来越快 但传感器的输出信号的振幅并不发生变化 首先传感器信号的振幅要满足要求 其次才考虑信号频率是否符合要求 用万用表检查传感器与发动机控制模块之间连接电路是否完好 电磁式曲轴位置传感器检修 第一步 传感器输出信号的测试测试所需仪器设备 注意 该传感器输出信号的测试要同时获取信号的振幅和频率两个参数 因而最好使用汽车专用示波器 汽车专用万用表只能对元件本身进行检测 测试仪器的连接 把示波器的负极检测探针连接到传感器的搭铁线上或发动机的缸体上 把示波器的正极检测探针连接到传感器通往发动机控制模块 ECU 的信号输出线上 启动发动机 在不同转速条件下测试传感器输出信号的波形 观察传感器信号波形的特点 看是否满足要求 第二步 传感器的单件测试利用汽车专用万用表检查传感器的电阻 1 空气间隙为0 2 0 4mm 2 G 与G 之间电阻冷态为125 200欧 热态时为160 235欧 3 NE 与NE 之间电阻冷态155 250欧 热态时为190 290欧 4 脉冲电压为0 3 0 5V 齿隙的测量 案例 曲轴位置传感器故障 车型 帕萨特B5轿车 装备ANQ发动机 采用博世M3 8 3电喷系统 2002年出厂 行驶里程9万km 故障 发动机熄火后 再也不能起动 检查 发动机不能起动与曲轴位置传感器有很大的关系 起动发动机 用万用表检测ECU的56与63脚 无信号电压 正常时应有0 3 5V的脉冲信号电压 说明曲轴位置传感器损坏 更换后故障排除 分析 由于曲轴位置传感器的损坏 ECU在连续几次接收不到它的信息时 便会中断喷油和点火信号的输出指令 发动机无法起动 转速传感器检修 桑塔纳AJR发动机 1 万用表检测测量信号电压 测量传感器电阻 2和3间应有交流电压信号 信号电压或频率随发动机转速的增大而增大 传感器2和3间的电阻 480 1000 测量间隙 传感器与信号盘凸齿间隙与规定相符 信号盘无缺损 测量屏蔽线 线束端子1与搭铁间的电阻 应为0 测量信号电压 测量传感器电阻 测量间隙 传感器与信号盘凸齿间隙 NE 与NE 间应有交流电压信号 NE 与NE 间线圈电阻370 550欧姆 冷 10 50 475 650欧姆 热50 100 2 示波器检测靠除去触发轮上一个齿所产生的同步脉冲 可以确定上止点的信号 曲轴位置传感器的输出信号 波形的形状基本一致 在0