汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電控技術(shù)與維修（第2版）課件 11-發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)與檢修5.3凸輪軸位置傳感器【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知識(shí)目標(biāo)掌握凸輪軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)原理與檢修技術(shù)要求。2．能力目標(biāo)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(cè)凸輪軸的轉(zhuǎn)角位置信號(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU以此確定某缸（如一缸）活塞上止點(diǎn)位置，是控制噴油和點(diǎn)火時(shí)刻的重要信號(hào)。凸輪軸位置傳感器所采用的結(jié)構(gòu)隨車型不同而不同，可分為磁感應(yīng)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(diǎn)，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(yīng)用越來(lái)越廣泛。1．大眾CEA1.8TSI發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)大眾CEA1.8TSI發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)子是一個(gè)制有一個(gè)180°缺口的半周環(huán)，套裝在進(jìn)氣凸輪軸上。（2）工作情況當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨進(jìn)氣凸輪軸一同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(zhuǎn)過(guò)。由霍爾式傳感器工作原理可知，當(dāng)葉片進(jìn)入氣隙（即在氣隙內(nèi)）時(shí)，霍爾元件不產(chǎn)生電壓，傳感器輸出高電平（5V）信號(hào)；當(dāng)葉片離開(kāi)氣隙（即缺口進(jìn)入氣隙）時(shí)，霍爾元件產(chǎn)生電壓，傳感器輸出低電平信號(hào)（0.1V）。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)兩圈（720°），霍爾傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)一圈（360°），對(duì)應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)和一個(gè)高電平信號(hào)，其中低電平信號(hào)下降沿對(duì)應(yīng)于一缸壓縮上止點(diǎn)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(dòng)機(jī)ECU不能識(shí)別一缸壓縮上止點(diǎn)，不能正常進(jìn)行噴油時(shí)刻、點(diǎn)火時(shí)刻的控制以及爆燃控制，發(fā)動(dòng)機(jī)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?yè)p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(nèi)部電源電路或者內(nèi)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(hào)。大眾CEA1.8TSI發(fā)動(dòng)機(jī)霍爾式凸輪軸位置傳感器①檢測(cè)傳感器電源電壓。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表檢測(cè)線束插頭T3m端子1與端子3之間的電壓，正常值應(yīng)高于4.5V。如電壓為零，說(shuō)明線束斷路、短路或發(fā)動(dòng)機(jī)ECU有故障，應(yīng)進(jìn)行下一步檢測(cè)。②檢測(cè)電路導(dǎo)通性。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭T3m、ECU線束插頭T60a，用萬(wàn)用表檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，正常值均應(yīng)小于1Ω。若阻值較大，說(shuō)明該段導(dǎo)線存在虛接或斷路。然后檢查導(dǎo)線相互之間是否短路（不相接的導(dǎo)線間電阻應(yīng)為無(wú)窮大）。如果導(dǎo)線有斷路、短路故障，則應(yīng)修復(fù)或更換。③檢測(cè)傳感器的工作情況。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，試燈應(yīng)閃亮（發(fā)動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)兩圈試燈閃亮一次）。④檢測(cè)輸出信號(hào)波形。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，端子2和端子3之間的信號(hào)電壓波形應(yīng)與圖所示的波形一致。大眾公司第三代EA888系列發(fā)動(dòng)機(jī)具有快速起動(dòng)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(dòng)機(jī)差分式霍爾凸輪軸位置傳感器1．磁阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的電阻值隨與電流垂直方向的外加磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化而變化的現(xiàn)象稱為磁阻效應(yīng)（MRE）。將兩端通以恒定電壓VC的長(zhǎng)方形半導(dǎo)體元件置于磁場(chǎng)B中（磁場(chǎng)方向與電流方向垂直），由于半導(dǎo)體元件內(nèi)的載流子在洛侖茲力的作用下產(chǎn)生一定方向的偏轉(zhuǎn)，電流路徑因磁場(chǎng)作用而加長(zhǎng)，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(chǎng)方向之間的夾角成函數(shù)關(guān)系），電流IV減小。實(shí)驗(yàn)表明，隨著外加磁場(chǎng)的增強(qiáng)，半導(dǎo)體元件的電阻不斷增大，即產(chǎn)生正的磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)從電磁到電阻的轉(zhuǎn)換。根據(jù)磁阻效應(yīng)制作而成的元件稱為磁敏電阻元件，簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)組成與工作原理磁阻式凸輪軸位置傳感器主要由信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)轉(zhuǎn)子兩部分組成，信號(hào)發(fā)生器包括殼體、永久磁鐵、磁阻元件和用樹(shù)脂封裝的信號(hào)處理電路及線束插頭，信號(hào)轉(zhuǎn)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(hào)處理電路7-信號(hào)轉(zhuǎn)子（帶若干不均布凸齒）當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)子隨凸輪軸的旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁阻元件電阻的不斷變化引起電流的不斷變化，由信號(hào)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(hào)，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU根據(jù)此信號(hào)判別凸輪軸位置。3．豐田1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)磁阻式凸輪軸位置傳感器（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)豐田1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)采用進(jìn)排氣雙VVT-i可變氣門正時(shí)技術(shù)，在進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的后端上各安裝了一個(gè)磁阻式凸輪軸位置傳感器，分別為進(jìn)氣凸輪軸位置傳感器和排氣凸輪軸位置傳感器。信號(hào)轉(zhuǎn)子位于凸輪軸的后端，其上有三個(gè)不均布的凸齒和凹槽。（2）工作情況進(jìn)排氣凸輪軸上凸輪軸位置傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)子的三個(gè)凸齒所對(duì)應(yīng)的凸輪軸轉(zhuǎn)角分別為90°、60°、30°，即所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為180°、120°、60°。曲軸每旋轉(zhuǎn)兩周進(jìn)、排氣凸輪軸旋轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生3個(gè)大小不同的脈沖信號(hào)。（3）檢測(cè)方法凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障后，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU不能識(shí)別一缸壓縮上止點(diǎn)，不能正常進(jìn)行噴油時(shí)刻、點(diǎn)火時(shí)刻的控制以及爆燃控制，發(fā)動(dòng)機(jī)性能有所下降。另外，豐田1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)采用了進(jìn)排氣雙VVT-i可變氣門正時(shí)技術(shù)，凸輪軸位置傳感器出現(xiàn)故障還將導(dǎo)致可變氣門正時(shí)不能正常工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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?yè)p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(nèi)部電源電路或者內(nèi)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(hào)。豐田1ZR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)磁阻式凸輪軸位置傳感器①檢測(cè)電源電壓。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭B21。接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表檢測(cè)線束插頭B21端子3（VC）與搭鐵之間的電壓，正常值應(yīng)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(cè)電路導(dǎo)通性。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下凸輪軸位置傳感器線束插頭B21、ECU線束插頭B31，用萬(wàn)用表檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，正常值均應(yīng)小于1Ω。若阻值較大，說(shuō)明該段導(dǎo)線存在虛接或斷路。然后檢查導(dǎo)線相互之間是否短路（不相接的導(dǎo)線間電阻應(yīng)為無(wú)窮大）。如果導(dǎo)線有斷路、短路故障，則應(yīng)修復(fù)或更換。③檢測(cè)信號(hào)電壓。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(wàn)用表表筆。插上傳感器線束插頭B21和ECU線束插頭B31，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，用萬(wàn)用表交流電壓擋檢測(cè)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(yīng)在0~5V之間變化。否則，應(yīng)更換凸輪軸位置傳感器。④檢測(cè)輸出信號(hào)波形。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，端子1（VVI+）和端子2（VVI-）之間的信號(hào)電壓波形在0~5V之間變化，凸輪軸每旋轉(zhuǎn)一周，凸輪軸位置傳感器產(chǎn)生三個(gè)與大小不同的凸齒相匹配的電壓信號(hào)，波形穩(wěn)定，從凸齒旋轉(zhuǎn)到凹槽瞬間電壓信號(hào)響應(yīng)迅速。5.4爆燃控制與爆燃傳感器【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．知識(shí)目標(biāo)了解爆燃控制的基本原理，掌握爆燃傳感器的結(jié)構(gòu)原理與檢修技術(shù)要求。2．能力目標(biāo)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(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)，從存儲(chǔ)器中查尋出相應(yīng)的點(diǎn)火提前角控制點(diǎn)火時(shí)刻，控制結(jié)果由爆燃傳感器反饋給ECU，再由ECU對(duì)點(diǎn)火提前角進(jìn)行修正。爆燃傳感器的信號(hào)輸入ECU后，ECU將爆燃信號(hào)電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)爆燃信號(hào)電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，ECU立即發(fā)出指令，控制點(diǎn)火時(shí)刻推遲，點(diǎn)火提前角每次推遲0.5°~3°曲軸轉(zhuǎn)角（大眾車系設(shè)定為3°曲軸轉(zhuǎn)角），直到爆燃消除。爆燃強(qiáng)度越大，點(diǎn)火時(shí)間推遲越多；爆燃強(qiáng)度越小，點(diǎn)火時(shí)間推遲越少。爆燃傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體上，其作用是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸壓力或其他能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃做出判斷的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU，以便ECU判定有無(wú)爆燃以及爆燃強(qiáng)度的強(qiáng)弱，進(jìn)而通過(guò)修正點(diǎn)火提前角來(lái)消除爆燃。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃的檢測(cè)可以采用氣缸壓力檢測(cè)、燃燒噪聲檢測(cè)和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)檢測(cè)等方法。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體振動(dòng)檢測(cè)法具有較高的檢測(cè)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(cè)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(jī)械振動(dòng)之后會(huì)產(chǎn)生電荷，并且產(chǎn)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(yīng)。壓電式爆燃傳感器就是利用壓電效應(yīng)而工作的。傳感器的外殼內(nèi)裝有壓電元件、配重塊及導(dǎo)線等。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸體出現(xiàn)振動(dòng)且振動(dòng)傳遞到傳感器外殼上時(shí)，外殼與配重塊之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(chǎn)生電壓。ECU檢測(cè)出該電壓，并根據(jù)其值的大小判斷爆燃強(qiáng)度。（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dòng)機(jī)爆燃傳感器（2）檢測(cè)方法爆燃傳感器是很耐用的，最常見(jiàn)的失效形式是不產(chǎn)生信號(hào)，這通常是因?yàn)閭鞲衅鞯奈锢頁(yè)p壞（如傳感器內(nèi)部壓電元件晶體薄片斷裂）而造成的。當(dāng)爆燃傳感器本身或線路不良時(shí)，會(huì)由于點(diǎn)火正時(shí)不準(zhǔn)確而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃、動(dòng)力不足。①檢測(cè)傳感器電阻。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下爆燃傳感器線束插頭T3af，檢測(cè)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(yīng)大于1MΩ。②檢測(cè)線束導(dǎo)通性。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔下爆燃傳感器線束插頭T3af、ECU線束插頭T60a，用萬(wàn)用表檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，檢測(cè)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(dǎo)線電阻，正常值均應(yīng)小于0.5Ω。若阻值較大，說(shuō)明該段導(dǎo)線存在虛接或斷路。然后檢查導(dǎo)線相互之間是否短路（不相接的導(dǎo)線間電阻應(yīng)為無(wú)窮大）。如果導(dǎo)線有斷路、短路故障，則應(yīng)修復(fù)或更換。③檢測(cè)信號(hào)電壓。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(wàn)用表表筆。插上傳感器線束插頭T3af和ECU線束插頭T60a，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)并怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，用萬(wàn)用表檢測(cè)端子1與端子2之間的電壓，正常值為0.7~1.1V。④檢測(cè)輸出信號(hào)波形。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，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(diǎn)火開(kāi)關(guān)，不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使用木槌敲擊傳感器附近的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體以使傳感器產(chǎn)生信號(hào)。在敲擊發(fā)動(dòng)機(jī)體時(shí)，在示波器上應(yīng)顯示有一振動(dòng)波形，敲擊越重，波形振動(dòng)幅度就越大。如果波形顯示只是一條直線，說(shuō)明爆燃傳感器沒(méi)有信號(hào)輸出，應(yīng)檢查導(dǎo)線和爆燃傳感器本身。3．豐田1ZR-F