汽車發(fā)動機電控技術與維修（第2版）課件 11-發(fā)動機點火控制系統(tǒng)與檢修-凸輪軸位置傳感器+爆燃控制與爆燃傳感器

單元5發(fā)動機點火控制系統(tǒng)與檢修5.3凸輪軸位置傳感器【學習目標】1．知識目標掌握凸輪軸位置傳感器的結構原理與檢修技術要求。2．能力目標掌握凸輪軸位置傳感器的檢修方法和工作步驟。凸輪軸位置傳感器又稱為相位傳感器，其功用是檢測凸輪軸的轉角位置信號，發(fā)動機ECU以此確定某缸（如一缸）活塞上止點位置，是控制噴油和點火時刻的重要信號。凸輪軸位置傳感器所采用的結構隨車型不同而不同，可分為磁感應式、霍爾式和磁阻式三大類，通常安裝在凸輪軸前端。由于霍爾式傳感器和磁阻式傳感器的突出優(yōu)點，霍爾式凸輪軸位置傳感器和磁阻式凸輪軸位置傳感器的應用越來越廣泛。1．大眾CEA1.8TSI發(fā)動機霍爾式凸輪軸位置傳感器5.3.1霍爾式凸輪軸位置傳感器（1）結構特點大眾CEA1.8TSI發(fā)動機在氣缸蓋罩頂部中間位置裝配有霍爾式凸輪軸位置傳感器G40。信號轉子是一個制有一個180°缺口的半周環(huán)，套裝在進氣凸輪軸上。（2）工作情況當信號轉子隨進氣凸輪軸一同轉動時，葉片和缺口便從霍爾集成電路與永久磁鐵之間的氣隙中轉過。由霍爾式傳感器工作原理可知，當葉片進入氣隙（即在氣隙內）時，霍爾元件不產生電壓，傳感器輸出高電平（5V）信號；當葉片離開氣隙（即缺口進入氣隙）時，霍爾元件產生電壓，傳感器輸出低電平信號（0.1V）。發(fā)動機曲軸每轉兩圈（720°），霍爾傳感器信號轉子就轉一圈（360°），對應產生一個低電平信號和一個高電平信號，其中低電平信號下降沿對應于一缸壓縮上止點前一定角度。（3）檢修方法凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障后，發(fā)動機ECU不能識別一缸壓縮上止點，不能正常進行噴油時刻、點火時刻的控制以及爆燃控制，發(fā)動機性能有所下降?；魻柺酵馆嗇S位置傳感器出現(xiàn)故障有三種情況，自身損壞、外部電路故障和ECU故障。傳感器自身故障如霍爾元件損壞、磁鐵性能衰退，外部線路故障有斷路、短路和虛接，ECU故障主要是ECU內部電源電路或者內部搭鐵電路出現(xiàn)故障，不能為傳感器提供電源或不能正常接收傳感器的輸入信號。大眾CEA1.8TSI發(fā)動機霍爾式凸輪軸位置傳感器①檢測傳感器電源電壓。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m。接通點火開關，用萬用表檢測線束插頭T3m端子1與端子3之間的電壓，正常值應高于4.5V。如電壓為零，說明線束斷路、短路或發(fā)動機ECU有故障，應進行下一步檢測。②檢測電路導通性。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m、ECU線束插頭T60a，用萬用表檢測傳感器線束插頭T3m端子1與ECU線束插頭T60a端子29之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭T3m端子2與ECU線束插頭T60a端子53之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭T3m端子3與ECU線束插頭T60a端子8之間的導線電阻，正常值均應小于1Ω。若阻值較大，說明該段導線存在虛接或斷路。然后檢查導線相互之間是否短路（不相接的導線間電阻應為無窮大）。如果導線有斷路、短路故障，則應修復或更換。③檢測傳感器的工作情況。關閉點火開關，將凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m端子2、端子3的線束刺破，接好發(fā)光二極管試燈。插上傳感器線束插頭T3m、ECU線束插頭T60a，短時起動發(fā)動機，試燈應閃亮（發(fā)動機每轉兩圈試燈閃亮一次）。④檢測輸出信號波形。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m，將傳感器線束插頭T3m端子2、端子3的線束刺破，接好示波器。插上傳感器線束插頭T3m，起動發(fā)動機并怠速運轉，端子2和端子3之間的信號電壓波形應與圖所示的波形一致。大眾公司第三代EA888系列發(fā)動機具有快速起動功能的霍爾式凸輪軸位置傳感器大眾公司第三代EA888系列發(fā)動機差分式霍爾凸輪軸位置傳感器1．磁阻效應半導體材料的電阻值隨與電流垂直方向的外加磁場強弱變化而變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應（MRE）。將兩端通以恒定電壓VC的長方形半導體元件置于磁場B中（磁場方向與電流方向垂直），由于半導體元件內的載流子在洛侖茲力的作用下產生一定方向的偏轉，電流路徑因磁場作用而加長，從而使電極間的電阻值增加（電阻的變化和電流方向與磁場方向之間的夾角成函數(shù)關系），電流IV減小。實驗表明，隨著外加磁場的增強，半導體元件的電阻不斷增大，即產生正的磁阻效應。利用磁阻效應，可以實現(xiàn)從電磁到電阻的轉換。根據磁阻效應制作而成的元件稱為磁敏電阻元件，簡稱磁阻元件或MRE元件。5.3.2磁阻式凸輪軸位置傳感器2．結構組成與工作原理磁阻式凸輪軸位置傳感器主要由信號發(fā)生器和信號轉子兩部分組成，信號發(fā)生器包括殼體、永久磁鐵、磁阻元件和用樹脂封裝的信號處理電路及線束插頭，信號轉子帶若干不均布的凸齒，固定安裝在凸輪軸上。1-插頭2-傳感器殼體3-氣缸蓋4-密封圈5-永久磁鐵6-磁阻元件及信號處理電路7-信號轉子（帶若干不均布凸齒）當信號轉子隨凸輪軸的旋轉而轉動時，磁阻元件電阻的不斷變化引起電流的不斷變化，由信號放大電路、濾波電路和整形電路處理后輸出連續(xù)變化的方波信號，發(fā)動機ECU根據此信號判別凸輪軸位置。3．豐田1ZR-FE發(fā)動機磁阻式凸輪軸位置傳感器（1）結構特點豐田1ZR-FE發(fā)動機采用進排氣雙VVT-i可變氣門正時技術，在進氣凸輪軸和排氣凸輪軸的后端上各安裝了一個磁阻式凸輪軸位置傳感器，分別為進氣凸輪軸位置傳感器和排氣凸輪軸位置傳感器。信號轉子位于凸輪軸的后端，其上有三個不均布的凸齒和凹槽。（2）工作情況進排氣凸輪軸上凸輪軸位置傳感器信號轉子的三個凸齒所對應的凸輪軸轉角分別為90°、60°、30°，即所對應的曲軸轉角為180°、120°、60°。曲軸每旋轉兩周進、排氣凸輪軸旋轉一圈，產生3個大小不同的脈沖信號。（3）檢測方法凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障后，發(fā)動機ECU不能識別一缸壓縮上止點，不能正常進行噴油時刻、點火時刻的控制以及爆燃控制，發(fā)動機性能有所下降。另外，豐田1ZR-FE發(fā)動機采用了進排氣雙VVT-i可變氣門正時技術，凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障還將導致可變氣門正時不能正常工作，對發(fā)動機性能有較大的影響。磁阻式凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障有三種情況，自身損壞、外部電路故障和ECU故障。傳感器自身故障如磁阻元件損壞、磁鐵性能衰退，外部線路故障有斷路、短路和虛接，ECU故障主要是ECU內部電源電路或者內部搭鐵電路出現(xiàn)故障，不能為傳感器提供電源或不能正常接收傳感器的輸入信號。豐田1ZR-FE發(fā)動機磁阻式凸輪軸位置傳感器①檢測電源電壓。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭B21。接通點火開關，用萬用表檢測線束插頭B21端子3（VC）與搭鐵之間的電壓，正常值應為5V左右。否則，檢查傳感器線束是否斷路、短路和虛接，檢查ECU是否損壞。②檢測電路導通性。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭B21、ECU線束插頭B31，用萬用表檢測傳感器線束插頭B21端子1（VVI+）與ECU線束插頭B31端子99（G2+）之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭B21端子2（VVI-）與ECU線束插頭B31端子98（G2-）之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭B21端子3（VC）與ECU線束插頭B31端子70（VCV1）之間的導線電阻，正常值均應小于1Ω。若阻值較大，說明該段導線存在虛接或斷路。然后檢查導線相互之間是否短路（不相接的導線間電阻應為無窮大）。如果導線有斷路、短路故障，則應修復或更換。③檢測信號電壓。關閉點火開關，將凸輪軸位置傳感器線束插頭B21端子1（VVI+）、端子2（VVI-）的線束刺破，接好萬用表表筆。插上傳感器線束插頭B21和ECU線束插頭B31，起動發(fā)動機，用萬用表交流電壓擋檢測傳感器線束插頭B21上端子1（VVI+）與端子2（VVI-）之間的電壓，電壓值應在0~5V之間變化。否則，應更換凸輪軸位置傳感器。④檢測輸出信號波形。關閉點火開關，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭B21，將傳感器線束插頭B21端子1（VVI+）、端子2（VVI-）的線束刺破，接好示波器。插上傳感器線束插頭B21，起動發(fā)動機并怠速運轉，端子1（VVI+）和端子2（VVI-）之間的信號電壓波形在0~5V之間變化，凸輪軸每旋轉一周，凸輪軸位置傳感器產生三個與大小不同的凸齒相匹配的電壓信號，波形穩(wěn)定，從凸齒旋轉到凹槽瞬間電壓信號響應迅速。5.4爆燃控制與爆燃傳感器【學習目標】1．知識目標了解爆燃控制的基本原理，掌握爆燃傳感器的結構原理與檢修技術要求。2．能力目標掌握爆燃傳感器的檢修方法和工作步驟。5.4.1爆燃控制爆燃控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，發(fā)動機工作時，ECU根據各傳感器信號，從存儲器中查尋出相應的點火提前角控制點火時刻，控制結果由爆燃傳感器反饋給ECU，再由ECU對點火提前角進行修正。爆燃傳感器的信號輸入ECU后，ECU將爆燃信號電壓與基準電壓進行比較。當爆燃信號電壓高于基準電壓時，ECU立即發(fā)出指令，控制點火時刻推遲，點火提前角每次推遲0.5°~3°曲軸轉角（大眾車系設定為3°曲軸轉角），直到爆燃消除。爆燃強度越大，點火時間推遲越多；爆燃強度越小，點火時間推遲越少。爆燃傳感器安裝在發(fā)動機的缸體上，其作用是對發(fā)動機的氣缸壓力或其他能對發(fā)動機爆燃做出判斷的相關參數(shù)進行檢測，并將其轉換成電信號輸入發(fā)動機ECU，以便ECU判定有無爆燃以及爆燃強度的強弱，進而通過修正點火提前角來消除爆燃。對發(fā)動機爆燃的檢測可以采用氣缸壓力檢測、燃燒噪聲檢測和發(fā)動機機體振動檢測等方法。發(fā)動機機體振動檢測法具有較高的檢測精度，傳感器安裝方便靈活，耐久性也較好，是目前最常用的爆燃檢測方法。5.4.2爆燃傳感器1．壓電式爆燃傳感器某些晶體（如石英）的薄片受到壓力或機械振動之后會產生電荷，并且產生的電荷量與外力大小成正比，這一現(xiàn)象被稱為壓電效應。壓電式爆燃傳感器就是利用壓電效應而工作的。傳感器的外殼內裝有壓電元件、配重塊及導線等。當發(fā)動機的氣缸體出現(xiàn)振動且振動傳遞到傳感器外殼上時，外殼與配重塊之間產生相對運動，夾在這兩者之間的壓電元件所受的壓力發(fā)生變化，從而產生電壓。ECU檢測出該電壓，并根據其值的大小判斷爆燃強度。（1）結構特點壓電式爆燃傳感器G61主要由套筒、壓電元件、慣性配重、塑料殼體和接線插座等組成。2．大眾CEA1.8TSI發(fā)動機爆燃傳感器（2）檢測方法爆燃傳感器是很耐用的，最常見的失效形式是不產生信號，這通常是因為傳感器的物理損壞（如傳感器內部壓電元件晶體薄片斷裂）而造成的。當爆燃傳感器本身或線路不良時，會由于點火正時不準確而導致發(fā)動機爆燃、動力不足。①檢測傳感器電阻。關閉點火開關，拔下爆燃傳感器線束插頭T3af，檢測插頭端子1與端子2、端子1與端子3、端子2與端子3之間的電阻，均應大于1MΩ。②檢測線束導通性。關閉點火開關，拔下爆燃傳感器線束插頭T3af、ECU線束插頭T60a，用萬用表檢測傳感器線束插頭T3af端子1與ECU線束插頭T60a端子25之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭T3af端子2與ECU線束插頭T60a端子10之間的導線電阻，檢測傳感器線束插頭T3af端子3與ECU線束插頭T60a端子56之間的導線電阻，正常值均應小于0.5Ω。若阻值較大，說明該段導線存在虛接或斷路。然后檢查導線相互之間是否短路（不相接的導線間電阻應為無窮大）。如果導線有斷路、短路故障，則應修復或更換。③檢測信號電壓。關閉點火開關，將爆燃傳感器線束插頭T3af端子1、端子2的線束刺破，接好萬用表表筆。插上傳感器線束插頭T3af和ECU線束插頭T60a，起動發(fā)動機并怠速運轉，用萬用表檢測端子1與端子2之間的電壓，正常值為0.7~1.1V。④檢測輸出信號波形。關閉點火開關，拔下爆燃傳感器線束插頭T3af，將傳感器線束插頭T3af端子1、端子2的線束刺破，接好示波器。插上傳感器線束插頭T3af，接通點火開關，不起動發(fā)動機，使用木槌敲擊傳感器附近的發(fā)動機缸體以使傳感器產生信號。在敲擊發(fā)動機體時，在示波器上應顯示有一振動波形，敲擊越重，波形振動幅度就越大。如果波形顯示只是一條直線，說明爆燃傳感器沒有信號輸出，應檢查導線和爆燃傳感器本身。3．豐田1ZR-F