四電子控制系統(tǒng)的維修

四電子控制系統(tǒng)的維修項目四電子控制系統(tǒng)的維修【項目描述】電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、電控單元(ECU)和執(zhí)行器三大部分組成，其作用是通過傳感器采集發(fā)動機的各種工況信息，由發(fā)動機ECU進行運算、處理和判斷，確定并通過執(zhí)行器實施最佳噴油及點火時間，通過對發(fā)動機燃燒過程的精確控制，保證發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性、排放性、可靠性及使用性。全面理解和把握發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的工作原理，對于正確分析、判斷和維修發(fā)動機故障具有十分重要的意義。項目四電子控制系統(tǒng)的維修【知識要點】

1.了解電子控制系統(tǒng)的基本組成。

2.掌握電子控制系統(tǒng)的基本原理。

【技能要點】

1.掌握電子控制系統(tǒng)的元件組成及其安裝位置。

2.能夠?qū)﹄娮涌刂葡到y(tǒng)及各元件進行正確的檢測和維修。

【知識準備】

項目四電子控制系統(tǒng)的維修發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的組成如圖4-1所示，各部件之間的工作關(guān)系如圖4-2所示。一、電子控制系統(tǒng)的組成與工作原理圖4-1電子控制系統(tǒng)的組成一、電子控制系統(tǒng)的組成與工作原理圖4-2電子控制系統(tǒng)各部件之間的工作關(guān)系在電子控制系統(tǒng)的主要元件中，空氣流量計、進氣壓力傳感器、電動燃油泵、噴油器、怠速控制閥/節(jié)氣門電動機、可變配氣控制閥前已述及；爆燃傳感器、點火模塊/線圈請參考項目五的相關(guān)內(nèi)容；活性炭罐電磁閥等各種排放控制真空電磁閥、二次空氣泵請參考項目六的相關(guān)內(nèi)容，故以上元件在此不做介紹。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理1.曲軸/凸輪軸位置傳感器

曲軸/凸輪軸位置傳感器是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中最主要的傳感器，大都安裝在曲軸前/后端、凸輪軸前/后端部位，如圖4-3、圖4-4和圖4-5所示。其功能是向ECU提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速、曲軸轉(zhuǎn)角、活塞上止點及第1缸判缸信號，是控制點火時刻、噴油時間及確認曲軸位置必不可少的信號。圖4-3富康乘用車發(fā)動機曲軸位

置傳感器的安裝位置圖4-5桑塔納2000GSi乘用車霍爾式

凸輪軸位置傳感器圖4-4桑塔納2000GSi乘用車曲軸位置

傳感器(G28)的安裝位置二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-6電磁感應(yīng)式曲軸/凸輪軸

位置傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖(1)電磁感應(yīng)式曲軸/凸輪軸位置傳感器電磁感應(yīng)式曲軸/凸輪軸位置傳感器主要由感應(yīng)線圈、永久磁鐵和脈沖齒圈等組成。磁極正對著轉(zhuǎn)子的缺口和齒。安裝時，曲軸位置傳感器與齒圈間的氣隙為1mm±0.5mm，此間隙不可調(diào)整。齒圈上有一對應(yīng)曲軸基準位置的寬度為兩個齒槽寬的齒槽，如圖4-6所示。當轉(zhuǎn)子(脈沖齒圈)轉(zhuǎn)動時，由于磁通量的變化，使傳感器內(nèi)的感應(yīng)線圈產(chǎn)生交變電壓信號，如圖4-7所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-7電磁感應(yīng)式曲軸/凸輪軸位置傳感器信號二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理(2)霍爾式曲軸/凸輪軸位置傳感器

桑塔納2000GSi乘用車AJR型發(fā)動機凸輪軸位置傳感器又稱霍爾傳感器(G40)，安裝在氣缸蓋前端凸輪軸同步帶輪的后方，霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子裝在凸輪軸同步帶輪的后方，如圖4-5所示。當傳感器轉(zhuǎn)子的實體部分進入霍爾元件的氣隙時，沒有霍爾電壓輸出，傳感器輸出高電平(5V)；當轉(zhuǎn)子的實體部分離開霍爾元件時，傳感器輸出低電平(0V)。凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周，高、低電位各占180°(各相當于360°曲軸轉(zhuǎn)角)，如圖4-8所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-8霍爾式傳感器第1缸上止點信號圖4-9光電式曲軸/凸輪軸位置傳感器(3)光電式曲軸/凸輪軸位置傳感器光電效應(yīng)式曲軸/凸輪軸位置傳感器主要由發(fā)光二極管、光敏晶體管、遮光盤(信號轉(zhuǎn)子)和控制電路組成，如圖4-9所示。在遮光盤的內(nèi)側(cè)間隔90°分布著4個小孔，其中一個最寬，其余三個寬度稍窄，如圖4-10所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-10光電效應(yīng)式曲軸/凸輪軸位置傳感器的工作原理二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-11節(jié)氣門位置傳感器的安裝位置2.節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體上，如圖4-11所示，用于檢測節(jié)氣門的開度和開閉速率，并將其轉(zhuǎn)換成電信號傳給ECU，以便對噴油量、點火正時和怠速等進行修正控制(同時也用于自動變速器和巡航控制)。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-12節(jié)氣門位置傳感器的工作原理(1)線性可變電阻式(三線制)節(jié)氣門位置傳感器

ECU通過VC端子為傳感器提供5V的工作電源，傳感器通過VTA端子向ECU提供節(jié)氣門位置信號電壓，并經(jīng)E2端子通過ECU搭鐵，如圖4-12所示。輸出4.5～5V電壓信號時，表示節(jié)氣門全開。其信號電壓與節(jié)氣門開度成正比，如圖4-13所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-13節(jié)氣門位置傳感器信號電壓曲線二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-14雙線性可變電阻式節(jié)氣門位置

傳感器的安裝位置圖4-15雙線性可變電阻式節(jié)氣門位置

傳感器的結(jié)構(gòu)(2)雙線性可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器雙線性可變電阻式節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門控制器內(nèi)，由兩個電位計G187和G188組成，如圖4-14和圖4-15所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-16大眾汽車電子節(jié)氣門的電路

G186—節(jié)氣門驅(qū)動電動機大眾汽車電子節(jié)氣門的電路如圖4-16所示，當節(jié)氣門位置變化時，兩電位計G187和G188的阻值按各自線性變化，其輸出電壓也呈線性變化，其中一個升高，另一個降低，如圖4-17所示。圖4-17雙線性可變電阻式節(jié)氣門位置

傳感器的輸出信號曲線二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理(3)霍爾式節(jié)氣門位置傳感器當節(jié)氣門開度變化時，磁鐵轉(zhuǎn)動，使磁鐵與霍爾元件之間的相對位置發(fā)生改變，霍爾元件中的磁通量發(fā)生改變，從而使霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓發(fā)生變化，IC電路將霍爾電壓放大后作為節(jié)氣門的開度信號輸送給ECU，如圖4-18所示。節(jié)氣門位置傳感器有兩個傳感器電路，VTA1和VTA2各傳送一個信號，如圖4-19所示。圖4-18豐田1ZR發(fā)動機節(jié)氣門位置

傳感器原理圖二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-19豐田1ZR發(fā)動機節(jié)氣門位置傳感器的信號電壓曲線二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-20冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器的安裝位置

a)冷卻液溫度傳感器的安裝位置b)進氣溫度傳感器的安裝位置3.冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器

冷卻液溫度傳感器通常安裝在發(fā)動機的冷卻液出口附近，如圖4-20a所示。

進氣溫度傳感器通常安裝于進氣總管上，如圖4-20b所示?，F(xiàn)在進氣溫度傳感器大部分都與空氣流量計或進氣壓力傳感器集成在一起。

冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器是由負溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻、殼體和引線組成的。如圖4-21所示，冷卻液溫度和進氣溫度越低，傳感器的電阻值越大；反之，電阻值越小。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-21冷卻液溫度傳感器和進氣溫度傳感器信號(溫度—電阻)曲線二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-22氧傳感器4.氧傳感器

氧傳感器安裝在發(fā)動機的排氣管上，用于檢測排氣中的氧含量?，F(xiàn)代電控發(fā)動機通常在三效催化轉(zhuǎn)化器的前后各裝一個氧傳感器，如圖4-22所示。前(主)氧傳感器檢測排氣中含氧的濃度。后(副)氧傳感器檢測排氣經(jīng)催化轉(zhuǎn)化后含氧的濃度。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理(1)二氧化鋯(ZrO2)式氧傳感器二氧化鋯(ZrO2)式氧傳感器由可產(chǎn)生電動勢的多孔二氧化鋯陶瓷管和防止氧化鋯管破損的防護罩等構(gòu)成。在二氧化鋯陶瓷管的內(nèi)外兩側(cè)，設(shè)置了鉑金電極。為了保護鉑金電極，用陶瓷包覆電極外側(cè)，如圖4-23所示。圖4-23二氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-24帶加熱器的二氧化鋯式氧傳感器二氧化鋯陶瓷管是一種固體電解質(zhì)，只有在300℃以上才能進入正常工作狀態(tài)而輸出電壓信號。因此，要使氧傳感器能在發(fā)動機起動后盡快地投入工作，通常在氧傳感器內(nèi)增設(shè)正溫度系數(shù)的陶瓷半導(dǎo)體材料制作的加熱元件，如圖4-24所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-25二氧化鋯式氧傳感器的工作原理及輸出特性

a)二氧化鋯式氧傳感器的工作原理b)輸出特性曲線由于二氧化鋯陶瓷管(鋯管)的外表面通廢氣，而內(nèi)表面通大氣，從而在鋯管內(nèi)、外表面間就產(chǎn)生了氧離子濃度差。當鋯管達到工作溫度后，氧離子通過二氧化鋯固體電解質(zhì)而產(chǎn)生擴散運動，從而在內(nèi)、外電極間產(chǎn)生電位差,如圖4-25a所示。二氧化鋯式氧傳感器的輸出特性如圖4-25b所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理(2)二氧化鈦(TiO2)式氧傳感器二氧化鈦式氧傳感器是利用半導(dǎo)體材料二氧化鈦的電阻值隨排氣中氧濃度的變化而改變的特性制成的,是一種電阻型氧傳感器，主要由二氧化鈦(TiO2)元件和熱敏電阻加熱元件等組成，如圖4-26所示。圖4-26二氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)與特性二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-27寬頻型氧傳感器的原理(3)線性寬頻氧傳感器

寬頻型氧傳感器由感應(yīng)室和泵氧元兩個部分組成。如圖4-27所示，感應(yīng)室的一面與大氣接觸，另一面是測試腔，測試腔通過擴散孔與廢氣接觸。所以，供給泵氧元的電流大小及方向就反映了排氣中氧含量的多少，亦即過量空氣系數(shù)的大小，如圖4-28所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-28寬頻氧傳感器信號曲線二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理5.發(fā)動機ECU發(fā)動機ECU是發(fā)動機管理系統(tǒng)的控制核心，主要由微機、程序存儲器、供電電源電路及各種接口電路組成，如圖4-29所示。二、電子控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)與原理圖4-29發(fā)動機電控單元(ECU)的組成【知識鏈接】

電子節(jié)氣門

常規(guī)的節(jié)氣門是由駕駛?cè)送ㄟ^加速踏板和拉索或機械拉桿驅(qū)動定位的，而在采用電子節(jié)氣門的發(fā)動機管理系統(tǒng)中，節(jié)氣門僅由一個直流電動機驅(qū)動，從而取消了節(jié)氣門與加速踏板之間的拉索或機械傳動機構(gòu)，如圖4-80所示。圖4-80上海大眾乘用車的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)1.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成

電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要由加速踏板位置傳感器、發(fā)動機ECU、節(jié)氣門驅(qū)動電動機、節(jié)氣門位置傳感器和EPC警告燈等組成，如圖4?81所示。圖4-81電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的組成2.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)的工作過程

3.電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)主要部件的結(jié)構(gòu)

(1)加速踏板位置傳感器1)線性可變電阻式加速踏板位置。大眾POLO乘用車加速踏板位置傳感器使用了兩個滑動觸點式電位計，它們安裝在一根公共軸上，如圖4-82所示。加速踏板位置傳感器的電路如圖4?83所示，兩滑動觸點式電位計傳送至發(fā)動機ECU的信號電壓隨加速踏板位置的變化曲線如圖4?84所示。圖4-82大眾POLO乘用車加速踏板位置傳感器的結(jié)構(gòu)圖圖4-83大眾POLO乘用車加速踏板位置傳感器電路圖

G79/G185—1/2號加速踏板位置傳感器1/2端子—兩傳感器的電源線(5V)

3/5端子—兩傳感器的搭鐵線4/6—兩傳感器的信號線圖4-84兩滑動觸點式電位計的電阻和信號電壓隨加速踏板位置的變化曲線

a)電位計的電阻隨踏板位置的變化曲線b)信號電壓隨踏板位置的變化曲線圖4-85豐田1ZR發(fā)動機加速踏板位置傳感器電路2)霍爾式傳感器。豐田1ZR發(fā)動機采用霍爾式加速踏板位置傳感器，如圖4-85所示，主要由霍爾元件(霍爾IC)和磁鐵組成。該傳感器安裝在加速踏板支架上，內(nèi)部有兩個傳感器電路。圖4-86豐田1ZR發(fā)動機加速踏板

位置傳感器的信號電壓曲線