汽車電子控制系統(tǒng).ppt

1、 了解電子控制系統(tǒng)的組成。 能分析電子控制系統(tǒng)的電路圖。 能夠熟練檢測發(fā)動機微型計算機各端子的數(shù)據(jù)。,課題一 電子控制系統(tǒng)基礎,閱讀圖411,試分析各種傳感器安裝位置和作用。,圖411 發(fā)動機各種傳感器安裝位置,一、電子控制系統(tǒng)的組成 1.電子控制系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和發(fā)動機控制單元ECU (微型計算機)三部分組成,如圖412所示。,圖412 帕薩特B5發(fā)動機電子控制系統(tǒng),2.各種傳感器分別檢測進氣量、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣中的氧含量、冷卻液溫度、進氣溫度和大氣壓力、節(jié)氣門位置等,并將信息轉(zhuǎn)換成電信號,ECU 根據(jù)這些信號,計算并控制該工況的最佳點火時刻和噴油量,保證發(fā)動機工作在良好狀態(tài)。 3.EC

2、U 的功能有:電動汽油泵控制、燃油壓力控制、燃油噴射正時控制、點火正時控制、怠速轉(zhuǎn)速控制、EGR控制、故障診斷與儲存功能等。現(xiàn)代汽車還有牽引力控制、定速巡航控制功能。 4.電子控制系統(tǒng)各元件的位置如圖413所示。,二、電子控制系統(tǒng)的電路圖 以凌志LS400 發(fā)動機為例介紹發(fā)動機電控系統(tǒng)的電路圖,如圖414 和圖415所示。 1.ECU 的供電 當點火開關打到“ON”或“ST”位時,ECU 通過IGSW 或NSW 收到發(fā)動機工作信號,并通過MREL指令EFI主繼電器通電,EFI主繼電器觸點閉合,蓄電池通過EFI熔絲、EFI主繼電器、+B和+B1給ECU 供電。,圖414 凌志LS400發(fā)動機電控

3、系統(tǒng)(一),2.執(zhí)行器的供電 汽油泵、噴油器、EGR閥、ISC閥、點火線圈和點火器、炭罐電磁(EVAP)閥、燃油壓力控制閥、氧傳感器的加熱線圈都是由EFI主繼電器供電。自動變速器的執(zhí)行器,如ECT1-4號電磁線圈,則由ECU 供12V 電源。 3.傳感器的供電 有源傳感器,如空氣流量計、進氣溫度傳感器、主副節(jié)氣門位置傳感器、冷卻液溫度傳感器等,由ECU供電,電壓大多為5V。氧傳感器、爆震傳感器本身能產(chǎn)生電壓信號。凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器是電磁式,不需要電源。,三、微型計算機(ECU) 端子 以天津威馳為例講述。 1.電路原理圖 如圖416所示,ECU 有三個插座

4、E4 (A)、E5 (B)、E6 (C), 表示插座 A,即插座E4;其旁邊的數(shù)字,“1”表示E4的第1號端子;字母“BAT”表示該端子 的意義,是接蓄電池正極。 2.ECU 的端子位置 如圖417所示,天津威馳ECU 的端子編號,從右向左,從上向下。,圖4-1-6 天津威馳ECU電路原理圖,3.ECU 的端子檢測數(shù)據(jù), 了解ECU 的基本結(jié)構(gòu)和原理。 能分析ECU 主板及元件。 能夠熟練檢測ECU。,課題二 發(fā)動機微型計算機（ECU）,閱讀圖421汽車ECU 電路板,分析上面元件的作用。,圖421 汽車ECU 電路板,一、ECU 的基本結(jié)構(gòu) ECU 采集和處理各種傳感器的輸入信號,根據(jù)發(fā)動機

5、工作的要求(噴油脈寬、點火提前角等),進行控制決策的運算,并輸出相應的控制信號。除了控制噴油外,還對電動汽油泵、點火、EGR、怠速、廢氣渦輪增壓器的廢氣閥、空調(diào)等進行綜合控制。 汽車使用計算機一般有幾個輸入接口,它們是轉(zhuǎn)速、負荷、溫度、壓力等傳感器接口。輸出接口是控制接口,它們控制外部執(zhí)行機構(gòu)如噴油器、點火模塊、噴油泵、怠速執(zhí)行器等的動作(見圖412)。,1.輸入回路 輸入回路是對輸入信號進行預處理。先去除傳感器輸入信號中的雜波,將正弦波轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦尾?最后轉(zhuǎn)換成512V 的輸入電平,如圖423所示。傳感器輸出的信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號的電壓隨時間連續(xù)變化,數(shù)字信號的電壓是矩形波。

6、,2.微型計算機 微型計算機是單片機,由中央處理器(CentralProcessingUnit,CPU)、存儲器、定時/計數(shù)器、輸入/輸出(I/O)接口電路等部件集成在一塊集成電路芯片上,如圖424所示。,圖424 微型計算機 a)外形圖 b)原理圖 c)電路框圖,微型計算機是汽車控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞,其作用是通過內(nèi)存程序和數(shù)據(jù)庫,對傳感器輸入的信號進行分析、運算、判斷等處理,然后向各執(zhí)行器輸出控制指令。 (1)中央處理器CPU 主要由運算器、控制器和寄存器構(gòu)成。運算器用于進行數(shù)學運算和邏輯運算;控制器是指揮中心,根據(jù)程序控制整個計算機系統(tǒng)的工作;寄存器暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算后的結(jié)果,如圖

7、424所示。 (2)存儲器用于存儲程序和數(shù)據(jù),它一般分為兩種,即RAM 和ROM。 (3)輸入/輸出(I/O)接口的主要功能有數(shù)據(jù)匹配、電平匹配、時序匹配和頻率匹配等。輸入/輸出接口是CPU 與輸入裝置(傳感器)、輸出裝置(執(zhí)行器)進行信息交流的通道。 (4)總線是CPU 與其他部件之間傳送數(shù)據(jù)、地址和控制信息的公共通道,實際上就是計算機系統(tǒng)中各部件之間傳遞信息的一組信號線的集合。CPU、存儲器、輸入/輸出接口等通過總線才能連接在一起。,二、ECU 工作原理 當ECU 接收到點火開關接通信號時,便開始接收傳感器輸入的信號。當微型計算機接收到發(fā)動機起動信號時,便進入工作狀態(tài)。與此同時,根據(jù)發(fā)動機

8、的工作狀態(tài),CPU 從ROM 中調(diào)用某些程序(如噴油控制程序、點火控制程序等)或數(shù)據(jù),完成各項控制功能。如圖425和圖426所示。,三、聯(lián)合電子M1.5.4型ECU 主板 M1.5.4型ECU 在吉利、五菱、昌河、鈴木、哈飛、長城等國產(chǎn)汽車上應用非常廣泛。 1.M1.5.4型ECU 主板元件介紹如圖427所示是M1.5.4型ECU 主板。M1.5.4型ECU 主板正面示意圖如圖428所示。,圖427 M1.5.4型ECU 主板實物正面 1存儲器 2爆燃信號放大模塊 3B58468CPU 4車速信號輸入模塊 54226-G低電平驅(qū)動開關集成電路 630023點火線圈驅(qū)動晶體管 758574怠速控

9、制模塊 830311傳感器信號放大轉(zhuǎn)換電路 930373噴油器驅(qū)動 1030358傳感器5V電源輸出轉(zhuǎn)換模塊 1174HCT573D地址數(shù)據(jù)鎖存器,圖428 M1.5.4型ECU 主板正面示意圖,(1)存儲器用來存儲ECU 主程序及各工況下點火、噴油的標準數(shù)據(jù)。 (2)30424爆震信號放大模塊負責爆震傳感器信號模/數(shù)轉(zhuǎn)換,如損壞會引起發(fā)動機爆震。 (3)B58468CPU 是英飛凌的8位單片機,負責整個ECU 的控制工作。如損壞會引起發(fā)動機不點火、不噴油、檢測儀無法與電控單元通信,以至于發(fā)動機微型計算機不工作。 (4)74HC14D (前)為車速信號輸入模塊,是將車速傳感器信號輸入的電壓模擬

10、信號轉(zhuǎn)換為控制單元能夠識別的數(shù)字信號,經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后傳給ECU。 (5)4226-G低電平驅(qū)動開關集成電路,在CPU 的配合下驅(qū)動晶體管30023和控制點火線圈,如損壞會引起不點火故障。 (6)30023點火線圈驅(qū)動晶體管,損壞會引起不點火故障。 (7)58574怠速控制模塊,如損壞會引起發(fā)動機無怠速、怠速過高等故障。 (8)30311傳感器信號放大轉(zhuǎn)換電路負責傳感器信號的整形與放大,如損壞會引起不點火、不噴油等故障。 (9)30373噴油器驅(qū)動損壞會引起不噴油故障。,(10)30358傳感器5V 電源輸出轉(zhuǎn)換模塊,供給系統(tǒng)中需要用電源的傳感器(冷卻液溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、進氣壓力溫度

11、傳感器、蒸發(fā)器溫度傳感器),損壞會引起發(fā)動機怠速不穩(wěn)、容易熄火、起動困難等故障。 (11)74HCT573DSOPPHILIPS20地址數(shù)據(jù)鎖存器。 (12)74HC14D (后)空調(diào)控制模塊,如圖429所示,飛利浦公司芯片,負責空調(diào)壓縮機及空調(diào)開關的控制。,圖429 M1.5.4型ECU 主板實物反面,2.M1.5.4型ECU 電路 M1.5.4型ECU 的電路如圖4210所示。 (1)B58468控制器 B58468是英飛凌公司的8位控制器。它具有80C537的典型內(nèi)核,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4211所示。B58468并行端口中的Port7、Port8可輸入模擬信號,也可輸入數(shù)字信號。當輸入模擬信

12、號時,用于A/D轉(zhuǎn)換,Port7和Port8的數(shù)字輸入腳在相鄰腳進 行A/D轉(zhuǎn)換時,狀態(tài)不應跳變,否則影響轉(zhuǎn)換精度。,Motronic1.5.4計算機使用示例如圖4212所示。Motronic1.5.4計算機正常加電方法是PIN18、PIN27、PIN37接電源12V,PIN2搭鐵。,圖4212 Motronic1.5.4發(fā)動機計算機,(2)TLE4226-G低電平驅(qū)動開關模塊 英飛凌公司生產(chǎn)的6 通道低電平驅(qū)動開關集成電路,其示意圖與實物圖如圖4213所示,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4214所示。,圖4213 英飛凌公司生產(chǎn)的 6通道低電平驅(qū)動開關集成電路,四、聯(lián)合電子M1.5.4型ECU 的檢修 1.E

13、CU 引起不點火的故障檢測(見圖4210) (1)ECU 加電,用SM-59 信號發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速信號,加至ECU 的PIN48、PIN49腳。 (2)用示波器檢測30311的1腳有無方波輸出。如果無,檢查30311第3腳到ECU 插腳的通路,或30311周圍附屬電路是否正常。如果有,進行下一步。 (3)測量B58468第36腳有無方波信號(見圖4215)。如果無,則30311第1腳到B58468第36針腳之間有斷路。如果有,進行下一步。,圖4215 測量B58468第36腳有無方波信號,(4)測量B58468第62腳有無點火驅(qū)動信號。如果無,用示波器測量27C512,數(shù)據(jù)及地址腳應有數(shù)據(jù)交換信

14、號。如果無,說明CPU 已損壞,更換B58468 (更換B58468前需要重寫B(tài)ootloader程序)。如果有,重寫27C512的程序。到此可解決不點火故障。 點火控制回路中損壞概率最高的是B58468,其次是30023、30311,而27C512很少出現(xiàn)損壞。,2.ECU 引起空調(diào)繼電器不吸合故障檢測(見圖4216) (1)ECU 加電,并通過10k電阻接到5V 電源并在PIN41腳上加高電平。測量B57965的第11腳有無高電平信號。如果無,則PIN41至B57965 的第11腳之間為斷路。如果有,則進行下一步。 (2)測量B57965的第10腳是否為低電平信號。如果不為低電平,則檢查B

15、57965或其周圍器件是否有損壞。如果沒損壞,測量B58468的第79腳是否為低電平。如果否,B57965至B58468間有斷路。如果是,進行下一步。 (3)測量B58468第65腳是否是高電平輸出。如果否,更換B58468。如果是,進行下一步。 (4)測量B58290的第10腳是否為高電平。如果否,B58290至B58468之間存在斷路。如果是,進行下一步。 (5)測量B58290的第15腳是否為低電平。如果否,B58290或其周圍器件損壞。如果是,ECU 沒有問題,檢查空調(diào)繼電器電路。,3.ECU 引起燃油泵繼電器不吸合故障檢測(見圖4217) (1)ECU 加電,用波形信號發(fā)生器模擬轉(zhuǎn)速

16、信號加至ECU 插腳PIN48及PIN49,測量B58468的第67腳有無低電平驅(qū)動信號輸出。如果無,更換B58468。如果有信號,進行下一步。 (2)測量B58290的第16腳是否為低電平。如果否,說明B58290及周圍電路有故障。如果是低電平信號,表明燃油泵控制電路工作正常,故障出在ECU 外部電路。,4.ECU 引起尾氣冒黑煙的故障檢測(見圖4218) (1)給ECU 加電,然后按照如圖4219所示的方法用一個1k 的可變電阻器和一個4.7k 的固定電阻模擬氧傳感器信號接到PIN28和PIN10,改變可變電阻器的電阻,同時測量30311的第6、11針腳有無電壓變化。如果無電壓變化,說明3

17、0311的第6、9、11、7針腳之間是斷路,用萬用表檢查并排除故障。如果有電壓變化,進行下一步。,(2)測量30311的第10腳有無電壓變化。如果無電壓變化,說明30311損壞或其周圍器件損壞。如果有電壓變化,進行下一步。 (3)測量B58468 的第15 腳有無電壓變化。如果無電壓變化,說明B58468 與30311之間存在斷路,用萬用表排除故障。如果有電壓變化,進行下一步。 (4)用示波器測量B58468的第1、2、3、5針腳的噴油脈寬是否變化。如果有變化,說明程序運行不正常,更換27C512及B58253,或?qū)?70512重寫程序。如果無變化,進行下一步。 (5)測量30373 的第11

18、、13、3、5 針腳脈寬是否有變化。如果無變化,更換30373。如果有變化,說明ECU 工作正常,應進一步檢查其他電路及器件。,5.ECU 引起無冷車高怠速故障檢測(見圖4220) (1)ECU 加電后,測量B58574的第3、5針腳有無方波信號。如果沒有,首先檢查B58468的第7、8、34、68腳至B58574第3、5針腳的通路。若無斷路現(xiàn)象,請重寫27C512、B58253的程序,或更換B58468。如果有,進行下一步檢查。 (2)將PIN4與PIN26之間、PIN21與PIN29之間跨接100 電阻,測量B58574的第1腳和第7腳有無方波信號。如果無,更換B58574。如果有,請檢查

19、外部的怠速電動機電路。, 了解噴油量控制。 了解斷油控制。 能檢修燃油噴射控制故障。,課題三 燃油噴射控制,如圖431所示,噴油器噴油時間就是噴油器通電的持續(xù)時間。噴油器通電時間越長,混合氣越濃。分析噴油器通電時間的受控因素。,圖431 噴油器噴油時間與通電的時間,一、噴油器性能的影響 1.噴油器工作性能的影響因素 由于噴油器針閥受慣性、電磁線圈的磁滯特性以及磁路效率的影響,在噴油電脈沖加到電磁線圈后,針閥并不是隨著電脈沖同步升起到最大值,而是滯后一段時間。 通常把從通電開始到針閥最大升程所需的時間稱為開閥時間T0,從斷電到針閥落座關閉該段時間稱為關閥時間TC,如圖432和圖433所示。其中,

20、Ti為通電時間(即脈寬)。開閥時間與關閥時間之差(T0-TC)稱為無效噴射時間,在這段時間內(nèi)噴油器并不噴油。其中開閥時間受蓄電池電壓的影響較大,而關閥時間受蓄電池電壓的影響較小。,圖432 噴油器開閉,2.蓄電池電壓過低對噴油器工作性能的影響 噴油器的實際噴油量與流經(jīng)其線圈的電流大小有關,當電流增大時,噴油器線圈的吸力增大,從而使噴油器的開閥時間T0縮短,針閥全開時間即有效噴射時間延長,使噴油量增加;反之,當電流減小時,其線圈吸力減小,從而使噴油器的開閥時間T0延長,針閥全開時間即有效噴射時間縮短,使噴油量減少。 當蓄電池電壓變化時,會影響到噴油器開啟時刻,從而造成噴油量的誤差。所以,ECU

21、還要根據(jù)蓄電池電壓對噴油量進行修正。通常采用修正通電時間的方法來消除蓄電池電壓變化對噴油量的影響,如圖434所示,當電源電壓過低時,適當延長通電時間;當電源電壓較高時,適當縮短通電時間。另外,噴油時間的修正值還與噴油器的規(guī)格及驅(qū)動方式有關。,3.噴油器驅(qū)動形式與性能 噴油器電流驅(qū)動參見圖338a所示,使用低電阻噴油器(阻值0.63),蓄電池電壓直接加在噴油器上。由于噴油器電阻值較小,當接通驅(qū)動電路時,通過噴油器線圈的電流會上升很快,使針閥快速打開。隨著電流的上升,檢測點A 的電位也很快升高。當A 點電位上升到設定值時,控制模塊會控制三極管VT,以20MHz的頻率交替地導通和截止,使通過噴油器線

22、圈的平均電流保持為12A,保持針閥的開啟狀態(tài)。這時噴油器的響應性好,可縮短無效噴油時間,既防止了電磁線圈的發(fā)熱損壞,又減少了能量消耗。,二、噴油正時控制 噴油正時控制是指噴油器開始噴油時刻的控制。燃油噴射系統(tǒng)有單點噴射系統(tǒng)和多點噴射系統(tǒng)兩種。單點噴射系統(tǒng)對正時沒有要求,因此不需要控制。多點噴射系統(tǒng)控制主要有同步噴射正時控制和異步噴射正時控制。 1.同步噴射正時控制 同步噴射是指汽油的噴射與發(fā)動機旋轉(zhuǎn)同步,ECU 根據(jù)曲軸的轉(zhuǎn)角位置控制開始噴射的時刻,同步噴射正時控制如圖435所示。發(fā)動機穩(wěn)定工況,大都以同步噴射控制方式工作。同時噴射、分組噴射、順序噴射大多屬于同步噴射。,2.異步噴射正時控制

23、異步噴射是指ECU 只是根據(jù)相關傳感器輸入信號,控制開始噴油時刻,而與曲軸轉(zhuǎn)角位置無關,是一種隨機噴射。發(fā)動機處于起動、加速等非穩(wěn)定工況時,以異步噴射方式工作,或在同步噴射的基礎上增加異步噴射,對噴油量進行臨時補償。 如圖436所示,加速時,節(jié)氣門開度、吸入空氣量與各缸進氣行程的對應關系。,三、噴油量計算 噴油量的控制其實就是噴油器通電時間的控制。噴油量的控制方式有起動噴油控制、正常運轉(zhuǎn)噴油控制、反饋控制、斷油控制和混合比學習控制等。 1.起動噴油量控制 (1)預設起動程序噴油 在發(fā)動機起動時,由于吸入氣缸的空氣量較少,空氣流量計的檢測精度低,因此起動時不把空氣流量計的信號作為噴油控制的依據(jù),

24、而是用來自發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的信號來計算,根據(jù)圖437所示找出相應的基本噴油持續(xù)時間,ECU再根據(jù)進氣溫度和蓄電池電壓對基本噴油時間進行修正,得到起動過程實際的噴油持續(xù)時間,作為起動工況的主噴油量,其噴油量和噴油時刻與發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角有固定的關系,這部分噴油為同步噴射。,(2)起動供油量,視發(fā)動機熱狀態(tài)而異,高溫起動時修正噴油量 在起動噴油控制程序中,ECU 按發(fā)動機水溫、進氣溫度、起動轉(zhuǎn)速計算出一個固定的噴油量,供給極濃而少的混合氣(其過量空氣系數(shù)=0.20.6),如圖438所示。發(fā)動機水溫或進氣溫度越低,噴油量就越大,加濃的持續(xù)時間也越長。舊款車型另設有冷起動噴油器和冷起動溫度時間開關。

25、,(3)溢油消除功能 發(fā)動機起動時,向發(fā)動機提供很濃的混合氣,若多次起動未成功,將會造成混合氣過濃,火花塞潮濕,不能正常點火,使起動更加困難,這種情況稱為溢油或淹缸。 為此,ECU 設置了溢油消除功能。在起動時踩下油門踏板,使節(jié)氣門全開時,發(fā)動機ECU 使噴油器停止噴油,以排除氣缸中多余的燃油,使火花塞干燥。在這種情況下,若點火開關處于起動位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于500r/min、節(jié)氣門全開時,進入溢油消除狀態(tài)。因此,在電控汽油噴射發(fā)動機起動時,不必踩下油門踏板發(fā)動機就可起動;反之,若踏下油門開關,則有可能進入溢油消除狀態(tài)而無法起動。,2.正常運轉(zhuǎn)噴油量 在正常運轉(zhuǎn)工況,由于ECU 要考慮的運轉(zhuǎn)參

26、數(shù)很多,為了簡化程序,通常將噴油量分成基本噴油量、修正量、增量三個部分,并分別計算出結(jié)果。然后再將三個部分疊加在一起,作為總噴油量來控制噴油器噴油。 (1)基本噴油量 基本噴油量是根據(jù)發(fā)動機每個工作循環(huán)的進氣量,按理想空燃比14.7計算出的噴油量,即： (2)修正量 修正量是根據(jù)進氣溫度、大氣壓力、蓄電池電壓等實際運轉(zhuǎn)情況,對基本噴油量進行適當修正,使發(fā)動機在不同運轉(zhuǎn)條件下都能獲得最佳濃度的混合氣。修正量的大小用修正系數(shù)表示： 1）進氣溫度修正。 2）大氣壓力修正。 3）蓄電池電壓修正。,(3)增量 增量是當發(fā)動機工況變化時,如暖機、加速等,為加濃混合氣而增加的噴油量,以使發(fā)動機獲得良好的動力

27、性、加速性、平順性等使用性能。一般在低溫起動后、暖機過程、加速過程、大負荷等工況下,需要加濃混合氣。增量的大小用增量比表示: 1)起動后增量 2)暖機過程增量 3)大負荷工況增量 4)加速工況增量,四、噴油持續(xù)時間的計算與控制 發(fā)動機各種工況最終噴油量,是ECU 通過對噴油器的通電時間的控制獲得的。 1.起動后發(fā)動機噴油持續(xù)時間 起動后噴油持續(xù)時間由根據(jù)進氣量確定的基本噴油持續(xù)時間和發(fā)動機運行狀態(tài)參數(shù)決定的修正噴油持續(xù)時間構(gòu)成。其計算公式表示如下:,(1)基本噴油持續(xù)時間Tp 基本噴油持續(xù)時間Tp是ECU 為了達到目標空燃比,計算求得的噴油持續(xù)時間。目標空燃比(A/F)一般取14.7。 (2)

28、基本噴油持續(xù)時間綜合修正系數(shù)k 基本噴油持續(xù)時間綜合修正系數(shù)k 包括暖機過程的噴油量修正、怠速穩(wěn)定性修正、大負荷工況時的噴油量修正、加速工況時的噴油量修正、目標空燃比反饋修正系數(shù)k0和學習空燃比控制產(chǎn)生的修正系數(shù)kL。 1)怠速穩(wěn)定性修正。 2)空燃比反饋修正。 汽油噴射系統(tǒng)使用氧傳感器進行反饋控制(閉環(huán)控制),必須使用無鉛汽油,將混合氣控制在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi),如圖439所示。對起動、暖機、怠速、加速、滿負荷等特殊運行工況,仍需采用開環(huán)控制。,圖439 氧傳感器進行反饋控制(閉環(huán)控制),3)學習空燃比修正。 空氣供給系統(tǒng)堵塞會造成混合氣過濃,噴油器堵塞會造成混合氣過稀。雖然借助于氧傳

29、感器可以實現(xiàn)空燃比的反饋控制,將混合氣濃度修正到理想空燃比附近,但是反饋控制修正的范圍是有限的,一般在0.81.2,如圖4310a中C所示。一旦修正值超過修正范圍,就會造成控制困難。圖中的“反饋修正值的中心位置”就是“空燃比 偏移量”。,2.斷油控制 斷油控制主要有超速斷油控制、減速斷油控制以及減扭矩斷油控制三種。 (1)超速斷油控制 過去常采用停止點火或延遲點火的辦法,防止發(fā)動機超速。這樣,排放污染嚴重,燃油經(jīng)濟性很差。 (2)減速斷油控制 斷油轉(zhuǎn)速和恢復噴油轉(zhuǎn)速與冷卻水溫度、空調(diào)是否工作、用電負荷等因素有關。發(fā)動機水溫越低,斷油轉(zhuǎn)速越高,其特性如圖4312所示。,五、燃油噴射控制故障檢修

30、以大眾高爾發(fā)動機為例。 1.發(fā)動機丟轉(zhuǎn)速故障現(xiàn)象 一輛高爾汽車,行駛里程15200km,在中速(車速80km/h,發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000r/min)行駛時,出現(xiàn)發(fā)動機丟轉(zhuǎn)速現(xiàn)象(轉(zhuǎn)速下降200r/min左右)。有時是瞬間幾秒,有時時間稍長一些,然后發(fā)動機又恢復正常工作。丟轉(zhuǎn)速故障的時間間隔沒有規(guī)律性。 2.故障診斷與排除 首先用檢測儀檢測故障碼。只有在發(fā)生發(fā)動機丟轉(zhuǎn)速的時候,才會讀出00537和00561兩個偶發(fā)故障碼,如圖4313 所示,但故障碼可以清除。分析故障信息“00537Lambda控制和00561混合匹配數(shù)值超出上、下匹配極限”,此故障與發(fā)動機的燃油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、點火系統(tǒng)以及機械因

31、素有關。而又屬于偶發(fā)故障現(xiàn)象。,圖4313 檢測儀顯示兩個偶發(fā)故障碼,3.維修小結(jié) 該車故障檢測出現(xiàn)的兩個故障代碼(00537和00561)都是與混合濃度和燃油修正控制有關的故障碼。確實是有很多因素會引起這兩個故障代碼的存儲,但是這兩個故障碼均屬于非常態(tài)的偶發(fā)性故障代碼,排除這樣的故障的確是比較煩瑣,需要檢查和監(jiān)控的參數(shù)比較多。 該故障是由發(fā)動機電控單元的接地線與蓄電池負極搭鐵不良,造成發(fā)動機ECU 出現(xiàn)瞬間控制失常。所以,發(fā)動機ECU 在中速時因電源故障出現(xiàn)瞬間噴油控制失常,使混合氣的濃度不符合要求,造成動力下降,而氧傳感器檢測到了此信號,作為偶發(fā)故障代碼存儲在ECU 的RAM 讀寫存儲器中

32、。, 了解氧傳感器的類型和結(jié)構(gòu)原理。 會利用氧傳感器的波形和故障碼診斷故障。 能檢修氧傳感器的故障。,課題四 氧傳感器,如圖441所示排氣消聲器,分析上面安裝的氧傳感器的作用。,圖441 排氣消聲器,一、氧傳感器的安裝位置和類型 1.氧傳感器的安裝位置 氧傳感器安裝在三元催化器之前的排氣管上(見圖442),用來檢測排氣中的氧氣濃度,以此間接推算混合氣的空燃比。也有的車型在三元催化器前后各安裝一只氧傳感器(見圖443),后面的副氧傳感器用于檢測三元催化器的凈化效率。,圖442 氧傳感器在排氣管上的安裝位置,圖443 主、副氧傳感器的安裝位置,2.氧傳感器的類型 按材料分為二氧化鋯(ZrO2)氧傳

33、感器和二氧化鈦(TiO2)氧傳感器。氧化鋯氧傳感器一般在350400C才能正常工作,因此有加熱型和非熱型氧化鋯氧傳感器。 按安裝位置分為主氧傳感器和副氧傳感器(見圖443)。 按檢測精度分為窄域氧傳感器和寬域氧傳感器。寬域氧傳感器可以檢測稀薄混合氣狀態(tài)下的燃燒情況。,二、氧傳感器的應用及結(jié)構(gòu)原理 1.氧傳感器的應用 用氧傳感器進行空燃比閉環(huán)控制,如圖444所示,在理論空燃比14.7附近,氧氣和汽油完全燃燒,同時,三元催化器的凈化率最高。,圖444 空燃比閉環(huán)控制,2.氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理 (1)二氧化鋯氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理 如圖445a所示,二氧化鋯管的內(nèi)外表面有一層鉑電極,鋯管的內(nèi)表面通大氣,并

34、用導線引出。鋯管的外表面搭鐵,并通排氣管的廢氣。多孔氧化鋯陶瓷體,允許氧滲入其固體電解質(zhì)內(nèi),當溫度高達350C時,氧氣發(fā)生電離,如果陶瓷體內(nèi)側(cè)大氣中含氧量與陶瓷體外側(cè)的含氧量不同時,即存在濃度差時,在固體電解質(zhì)內(nèi)氧離子從大氣側(cè)向排氣側(cè)擴散,在氧化鋯內(nèi)、外兩側(cè)極間就產(chǎn)生一個電壓,在氧化鋯內(nèi)形成微電池。當混合氣稀時,有部分氧沒有燃燒,排氣中氧的含量高,鋯管內(nèi)外表面氧離子濃度差小,輸出的電位差較低,約0.1V。反之,當混合氣較濃時,燃燒后的廢氣中氧離子少,鋯管內(nèi)外表面氧離子濃度差大,輸出的電位差較高,約為0.9V。當混合氣接近理想空燃比14.7時,氧離子濃度差急劇變化,輸出的電位差從0.9V 急劇變

35、化至0.1V,如圖446b所示,氧傳感器起到一個濃、稀開關的作用。,圖445 氧傳感器的工作原理,加熱型氧傳感器(見圖447)可以安裝在離發(fā)動機較遠的排氣管上,當發(fā)動機負荷小、排氣溫度低時,加熱器通電,保證氧傳感器正常的工作溫度(300以上,電阻小,信號強)。,為了防止鉑膜被廢氣腐蝕,在鉑膜外覆蓋一層多孔陶瓷層,外面加一個開有槽或孔金屬護套。氧傳感器的接線端有一個金屬護套,其上開有一個小孔,使氧化鋯傳感器內(nèi)側(cè)通大氣,如圖448所示。,圖448 加熱型氧傳感器的結(jié)構(gòu),(2)二氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理 二氧化鈦氧傳感器采用TiO2 N型半導體元件制成。主要由二氧化鈦傳感元件、鋼質(zhì)殼體、加熱元件和電

36、極引線等組成。,圖449 氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理 a)氧化鈦氧傳感器的結(jié)構(gòu) b)氧化鈦氧傳感器的電路 c)混合氣濃度與氧傳感器電阻的關系 d)混合氣濃度與氧傳感器電壓的關系,(3)稀混合比傳感器(LeanAirFuelSensor) 二氧化鋯及二氧化鈦氧傳感器的工作范圍都是在過量空氣系數(shù)=1附近(空燃比為 14.71),一旦超出此范圍,測量誤差極大。而缸內(nèi)直噴發(fā)動機能在空燃比可達201以 上,超稀薄混合氣情況下燃燒。因此上述氧傳感器便無法勝任了。 如圖4410所示是稀混合比傳感器的外形,是在二氧化鋯型氧傳感器的基礎上擴 充功能形成的。當氧離子在二氧化鋯組件內(nèi)移動時,會產(chǎn)生電動勢。反之,若將電

37、壓施 加于二氧化鋯組件上,即會造成氧離子移動。因此,利用這一原理,計算機可將氧離子 控制在希望的數(shù)值。,如圖4411所示,傳感器的感應組件分為兩部分,與排氣管廢氣接觸的第一感知器及與大氣接觸的第二感知器。其電路如圖4412所示,第一感知器不是比較廢氣與大氣之間的含氧量,而是比較廢氣與擴散管之間的含氧量,結(jié)構(gòu)與二氧化鋯型傳感器一樣,它會將電壓信號傳送給計算機。而擴散管內(nèi)氧離子含量,是ECU 通過控制氧化鋯組件上的電壓,改變氧離子移動制造出來。即ECU只要改變電壓的大小即可改變含氧量。目的就是要讓第一感知器持續(xù)維持0.45V的電壓,也就是說第一感知器一直在=1 (空燃比為14.71)附近變化。,三

38、、氧傳感器的電路連接與檢測 1.氧傳感器的電路連接 (1)四線氧傳感器 氧傳感器典型線路如圖4413所示,4條線分別是氧傳感器產(chǎn)生信號的兩條線、加熱器兩條線。有的車型氧傳感器產(chǎn)生信號接地線和加熱器電源線不經(jīng)過發(fā)動機ECU(ECM、PCM)。,(2)三線氧傳感器 三線氧傳感器取消了接地線,利用氧傳感器外殼搭鐵。 (3)兩線氧傳感器 非加熱型氧傳感器,只有產(chǎn)生信號的兩條線。加熱型鋯氧傳感器取消了接地線。 (4)單線氧傳感器 非加熱型氧傳感器只有信號線,取消了接地線。,2.氧傳感器的電路檢測 以豐田銳志5GR-FE發(fā)動機氧傳感器為例。豐田銳志5GR-FE發(fā)動機氧傳感器有主、副兩個氧化鋯氧傳感器,電路

39、如圖4414所示。,(1)氧傳感器電阻檢測 分別斷開前、后氧傳感器(HO2S)的連接器I47和I27 (見圖4415),測量各端子間的電阻。20時1腳與2腳之間的電阻為1116 (加熱器)。1腳與4腳之間的電阻大于10k。否則,說明氧傳感器有故障。 (2)ECU控制氧傳感器線路檢測 如圖4416所示,將點火開關置于“ON”擋,分別測量HT1B (A5-2)與E1 (D4-7)、HT2B (A5-1)與E1 (D4-7)之間的電阻,應為914。否則,說明ECU 有故障。,(3)氧傳感器線路檢測 分別斷開前、后氧傳感器(HO2S)的連接器I47和I27。斷開ECU的連接器A5。測量I47和I27與

40、A5之間對應端子間的導通性(見圖4417),電阻應該小于1。測量I47、I27、A5各端子與車身搭鐵之間的絕緣性,電阻應該大于10k。否則,說明線束有斷路或短路故障。,圖4417 氧傳感器與ECU連接器端子名稱 a)氧傳感器的線束側(cè)連接器 b)ECU連接器A5各端子的名稱,(4)氧傳感器電壓檢測 將氧傳感器連接器導線引出,在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時,從引出線上測量電壓。豐田車型也可以從故障診斷座的OX1和OX2孔,測氧傳感器輸出電壓。,圖4418 氧傳感器電壓檢測程序,豐田V6發(fā)動機氧傳感器電壓檢測程序如圖4418所示。,四、利用氧傳感器波形診斷故障 1.氧傳感器波形與發(fā)動機工作狀況的關系,氧傳感器隨時測

41、定發(fā)動機排氣管中含氧量,以監(jiān)測發(fā)動機燃燒狀況。當發(fā)動機燃燒不正常時,必然引起氧傳感器電壓信號的變化,通過觀察氧傳感器的信號波形,便可以判斷發(fā)動機某些故障。因此,有人把氧傳感器看作發(fā)動機控制系統(tǒng)的“看門狗”,可以快速、準確地判斷整個空氣燃油反饋控制系統(tǒng)的運行性能。 2.氧傳感器的正常波形 (1)氧化鋯氧傳感器的正常波形 如圖4419所示。發(fā)動機怠速時,10s內(nèi)有36個濃-稀振幅,用發(fā)光二極管檢測,閃亮36次。當轉(zhuǎn)速在2500r/min時,有1040個濃-稀振幅。最高電壓要大于0.85V,最低電壓0.0750.175V。響應時間從高峰(濃)到低峰(稀)波形應該垂直下降,少于100ms。,圖4419

42、 氧化鋯氧傳感器正常波形,(2)氧化鈦氧傳感器的正常波形 如圖4420所示,電壓為05V,從高峰(稀)到低峰(濃)變化陡峭, 對稱無雜波。怠速時,平均電壓2.25V。當轉(zhuǎn)速在2500r/min時,平均電壓為2.92V。,圖4420 氧化鈦氧傳感器正常的波形 a)怠速 b)2500r/min,加減速時,正常波形如圖4421所示。,圖4421 加減速時氧化鈦氧傳感器的正常波形 a)全加速 b)全減速,3.氧傳感器的雜波 (1)雜波的類型,嚴重雜波的振幅大于0.2V,在示波器上表現(xiàn)為從氧傳感器信號電壓波形頂部向下沖過0.2V,或達到信號電壓波形的底部尖峰。在發(fā)動機持續(xù)運轉(zhuǎn)期間,它會覆蓋氧傳感器的整個

43、信號范圍。發(fā)動機處在2500r/min穩(wěn)定運行時,嚴重雜波能夠持續(xù)幾秒,則意味著發(fā)動機有故障。因此,這類雜波必須予以排除。 (2)雜波產(chǎn)生的原因 1)系統(tǒng)設計,例如不同的進氣管通道長度等。 2)各種原因造成的點火不良,如點火系統(tǒng)故障、混合氣過稀、混合氣過濃、真空泄漏、氣缸壓縮壓力和各缸噴油不一致等。 3)由發(fā)動機零部件老化造成,使系統(tǒng)設計問題嚴重。 4)系統(tǒng)的各種機械故障(進氣管堵塞、氣門卡滯或漏氣)。,4.有故障時單氧傳感器波形 (1)氧傳感器通氣孔堵塞時的波形,(2)氧傳感器質(zhì)量不合格或老化失效的波形,(3)混合氣過稀時氧傳感器的波形,如圖4425所示,當轉(zhuǎn)速在2500r/min時,個別氣

44、缸的進氣歧管泄漏氧傳感器波形。,(4)混合氣過濃時氧傳感器的波形,(5)點火系統(tǒng)有故障時氧傳感器的波形,(6)噴油系統(tǒng)有故障時氧傳感器的波形,5.主、副氧傳感器的波形 主氧傳感器信號用作混合控制的反饋信號,副氧傳感器信號用來測試三元催化器的凈化效率,如圖4430所示。當三元催化器凈化效率降低時,副氧傳感器信號的幅度就會增大,如圖4430b所示。,五、利用氧傳感器故障碼診斷故障 以一汽花冠1NZ-FE、2NZ-FE氧傳感器為例。 1.氧傳感器故障碼 一汽花冠1NZ-FE、2NZ-FE氧傳感器故障碼及故障原因見表443。,2.氧傳感器的電路 一汽花冠1NZ-FE、2NZ-FE氧傳感器的電路如圖44

45、31所示。在排氣管三元催化器前后各安裝一個4線氧化鋯氧傳感器。,3.氧傳感器故障碼的檢修 (1)故障碼P0130和P0136的檢修步驟 1)讀取故障碼。若只有故障碼P0130或P0136,則進行下一步檢查;若故障碼P0130或P0136與其他故障碼同時存在,則先進行其他故障碼的檢查。 2)讀取氧傳感器的輸出電壓。發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2500r/min,預熱氧傳感器約90s,用故障測試儀讀取怠速時氧傳感器的輸出電壓,應在小于0.4V 和大于0.55V 反復交替變化。若正常,則進行第9步檢查;若不正常,則進行下一步檢查。 3)檢查ECU 與氧傳感器間的配線和連接器。斷開氧傳感器連接器(見圖4-99a)和發(fā)

46、動機ECU 連接器E12,檢測發(fā)動機ECU 連接器E12端子6 (OX1A)與氧傳感器連接器端子4 (OX1A)間的電阻,應為1 或更小。檢測發(fā)動機和ECTECU 連接器E12端子6與端子9的電阻,應為1M或更大。 若正常,則進行下一步檢查;若不正常,則檢修或更換配線和連接器。 4)檢查是否發(fā)生失火現(xiàn)象。若正常,則進行下一步檢查;若不正常,則檢查火花塞跳火情況和點火系統(tǒng)。,5)檢查排放控制系統(tǒng)。若正常,則進行下一步檢查;若不正常,則檢修排放控制系統(tǒng)。 6)檢查燃油壓力。若正常,則進行下一步檢查;若不正常,則檢查燃油系統(tǒng)。 7)檢查噴油器。若正常,則進行下一步檢查;若不正常,則更換噴油器。 8)檢查排氣系統(tǒng)是否泄漏。若正常,則更換氧傳感器;若不正常,則檢修漏氣點。 9)清除故障碼,給氧傳感器加熱,讀取故障碼。若有故障碼P0130、P0136輸出,則進行下一步檢查;若沒有故障碼P0130、P0136輸出,則檢查或更換ECU。 10)檢查車輛燃油是否耗盡。若正常,則系統(tǒng)正常;若不正常,則檢查是否是間歇性故障。 (2)故障碼P0135和P014