四电子控制系统的维修

《汽车发动机电控系统维修》主编:孟庆双项目四电子控制系统的维修【项目描述】电子控制系统主要由传感器、电控单元(ECU)和执行器三大部分组成，其作用是通过传感器采集发动机的各种工况信息，由发动机ECU进行运算、处理和判断，确定并通过执行器实施最佳喷油及点火时间，通过对发动机燃烧过程的精确控制，保证发动机的动力性、经济性、排放性、可靠性及使用性。全面理解和把握发动机电子控制系统的工作原理，对于正确分析、判断和维修发动机故障具有十分重要的意义。项目四电子控制系统的维修【知识要点】1.了解电子控制系统的基本组成。2.掌握电子控制系统的基本原理。【技能要点】1.掌握电子控制系统的元件组成及其安装位置。2.能够对电子控制系统及各元件进行正确的检测和维修。【知识准备】项目四电子控制系统的维修发动机电子控制系统的组成如图4-1所示，各部件之间的工作关系如图4-2所示。一、电子控制系统的组成与工作原理图4-1电子控制系统的组成一、电子控制系统的组成与工作原理图4-2电子控制系统各部件之间的工作关系在电子控制系统的主要元件中，空气流量计、进气压力传感器、电动燃油泵、喷油器、怠速控制阀/节气门电动机、可变配气控制阀前已述及；爆燃传感器、点火模块/线圈请参考项目五的相关内容；活性炭罐电磁阀等各种排放控制真空电磁阀、二次空气泵请参考项目六的相关内容，故以上元件在此不做介绍。二、电子控制系统主要部件的结构与原理1.曲轴/凸轮轴位置传感器曲轴/凸轮轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器，大都安装在曲轴前/后端、凸轮轴前/后端部位，如图4-3、图4-4和图4-5所示。其功能是向ECU提供发动机转速、曲轴转角、活塞上止点及第1缸判缸信号，是控制点火时刻、喷油时间及确认曲轴位置必不可少的信号。图4-3富康乘用车发动机曲轴位置传感器的安装位置图4-5桑塔纳2000GSi乘用车霍尔式凸轮轴位置传感器图4-4桑塔纳2000GSi乘用车曲轴位置传感器(G28)的安装位置二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-6电磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器的结构原理图(1)电磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器电磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器主要由感应线圈、永久磁铁和脉冲齿圈等组成。磁极正对着转子的缺口和齿。安装时，曲轴位置传感器与齿圈间的气隙为1mm±0.5mm，此间隙不可调整。齿圈上有一对应曲轴基准位置的宽度为两个齿槽宽的齿槽，如图4-6所示。当转子(脉冲齿圈)转动时，由于磁通量的变化，使传感器内的感应线圈产生交变电压信号，如图4-7所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-7电磁感应式曲轴/凸轮轴位置传感器信号二、电子控制系统主要部件的结构与原理(2)霍尔式曲轴/凸轮轴位置传感器桑塔纳2000GSi乘用车AJR型发动机凸轮轴位置传感器又称霍尔传感器(G40)，安装在气缸盖前端凸轮轴同步带轮的后方，霍尔传感器的转子装在凸轮轴同步带轮的后方，如图4-5所示。当传感器转子的实体部分进入霍尔元件的气隙时，没有霍尔电压输出，传感器输出高电平(5V)；当转子的实体部分离开霍尔元件时，传感器输出低电平(0V)。凸轮轴旋转一周，高、低电位各占180°(各相当于360°曲轴转角)，如图4-8所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-8霍尔式传感器第1缸上止点信号图4-9光电式曲轴/凸轮轴位置传感器(3)光电式曲轴/凸轮轴位置传感器光电效应式曲轴/凸轮轴位置传感器主要由发光二极管、光敏晶体管、遮光盘(信号转子)和控制电路组成，如图4-9所示。在遮光盘的内侧间隔90°分布着4个小孔，其中一个最宽，其余三个宽度稍窄，如图4-10所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-10光电效应式曲轴/凸轮轴位置传感器的工作原理二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-11节气门位置传感器的安装位置2.节气门位置传感器节气门位置传感器安装在节气门体上，如图4-11所示，用于检测节气门的开度和开闭速率，并将其转换成电信号传给ECU，以便对喷油量、点火正时和怠速等进行修正控制(同时也用于自动变速器和巡航控制)。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-12节气门位置传感器的工作原理(1)线性可变电阻式(三线制)节气门位置传感器ECU通过VC端子为传感器提供5V的工作电源，传感器通过VTA端子向ECU提供节气门位置信号电压，并经E2端子通过ECU搭铁，如图4-12所示。输出4.5～5V电压信号时，表示节气门全开。其信号电压与节气门开度成正比，如图4-13所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-13节气门位置传感器信号电压曲线二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-14双线性可变电阻式节气门位置传感器的安装位置图4-15双线性可变电阻式节气门位置传感器的结构(2)双线性可变电阻式节气门位置传感器双线性可变电阻式节气门位置传感器安装在节气门控制器内，由两个电位计G187和G188组成，如图4-14和图4-15所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-16大众汽车电子节气门的电路G186—节气门驱动电动机大众汽车电子节气门的电路如图4-16所示，当节气门位置变化时，两电位计G187和G188的阻值按各自线性变化，其输出电压也呈线性变化，其中一个升高，另一个降低，如图4-17所示。图4-17双线性可变电阻式节气门位置传感器的输出信号曲线二、电子控制系统主要部件的结构与原理(3)霍尔式节气门位置传感器当节气门开度变化时，磁铁转动，使磁铁与霍尔元件之间的相对位置发生改变，霍尔元件中的磁通量发生改变，从而使霍尔元件产生的霍尔电压发生变化，IC电路将霍尔电压放大后作为节气门的开度信号输送给ECU，如图4-18所示。节气门位置传感器有两个传感器电路，VTA1和VTA2各传送一个信号，如图4-19所示。图4-18丰田1ZR发动机节气门位置传感器原理图二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-19丰田1ZR发动机节气门位置传感器的信号电压曲线二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-20冷却液温度传感器和进气温度传感器的安装位置a)冷却液温度传感器的安装位置b)进气温度传感器的安装位置3.冷却液温度传感器和进气温度传感器冷却液温度传感器通常安装在发动机的冷却液出口附近，如图4-20a所示。进气温度传感器通常安装于进气总管上，如图4-20b所示。现在进气温度传感器大部分都与空气流量计或进气压力传感器集成在一起。冷却液温度传感器和进气温度传感器是由负温度系数(NTC)热敏电阻、壳体和引线组成的。如图4-21所示，冷却液温度和进气温度越低，传感器的电阻值越大；反之，电阻值越小。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-21冷却液温度传感器和进气温度传感器信号(温度—电阻)曲线二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-22氧传感器4.氧传感器氧传感器安装在发动机的排气管上，用于检测排气中的氧含量。现代电控发动机通常在三效催化转化器的前后各装一个氧传感器，如图4-22所示。前(主)氧传感器检测排气中含氧的浓度。后(副)氧传感器检测排气经催化转化后含氧的浓度。二、电子控制系统主要部件的结构与原理(1)二氧化锆(ZrO2)式氧传感器二氧化锆(ZrO2)式氧传感器由可产生电动势的多孔二氧化锆陶瓷管和防止氧化锆管破损的防护罩等构成。在二氧化锆陶瓷管的内外两侧，设置了铂金电极。为了保护铂金电极，用陶瓷包覆电极外侧，如图4-23所示。图4-23二氧化锆式氧传感器的结构二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-24带加热器的二氧化锆式氧传感器二氧化锆陶瓷管是一种固体电解质，只有在300℃以上才能进入正常工作状态而输出电压信号。因此，要使氧传感器能在发动机起动后尽快地投入工作，通常在氧传感器内增设正温度系数的陶瓷半导体材料制作的加热元件，如图4-24所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-25二氧化锆式氧传感器的工作原理及输出特性a)二氧化锆式氧传感器的工作原理b)输出特性曲线由于二氧化锆陶瓷管(锆管)的外表面通废气，而内表面通大气，从而在锆管内、外表面间就产生了氧离子浓度差。当锆管达到工作温度后，氧离子通过二氧化锆固体电解质而产生扩散运动，从而在内、外电极间产生电位差,如图4-25a所示。二氧化锆式氧传感器的输出特性如图4-25b所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理(2)二氧化钛(TiO2)式氧传感器二氧化钛式氧传感器是利用半导体材料二氧化钛的电阻值随排气中氧浓度的变化而改变的特性制成的,是一种电阻型氧传感器，主要由二氧化钛(TiO2)元件和热敏电阻加热元件等组成，如图4-26所示。图4-26二氧化钛式氧传感器的结构与特性二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-27宽频型氧传感器的原理(3)线性宽频氧传感器宽频型氧传感器由感应室和泵氧元两个部分组成。如图4-27所示，感应室的一面与大气接触，另一面是测试腔，测试腔通过扩散孔与废气接触。所以，供给泵氧元的电流大小及方向就反映了排气中氧含量的多少，亦即过量空气系数的大小，如图4-28所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-28宽频氧传感器信号曲线二、电子控制系统主要部件的结构与原理5.发动机ECU发动机ECU是发动机管理系统的控制核心，主要由微机、程序存储器、供电电源电路及各种接口电路组成，如图4-29所示。二、电子控制系统主要部件的结构与原理图4-29发动机电控单元(ECU)的组成【知识链接】电子节气门常规的节气门是由驾驶人通过加速踏板和拉索或机械拉杆驱动定位的，而在采用电子节气门的发动机管理系统中，节气门仅由一个直流电动机驱动，从而取消了节气门与加速踏板之间的拉索或机械传动机构，如图4-80所示。图4-80上海大众乘用车的电子节气门控制系统1.电子节气门控制系统的组成电子节气门控制系统主要由加速踏板位置传感器、发动机ECU、节气门驱动电动机、节气门位置传感器和EPC警告灯等组成，如图4⁃81所示。图4-81电子节气门控制系统的组成2.电子节气门控制系统的工作过程3.电子节气门控制系统主要部件的结构(1)加速踏板位置传感器1)线性可变电阻式加速踏板位置。大众POLO乘用车加速踏板位置传感器使用了两个滑动触点式电位计，它们安装在一根公共轴上，如图4-82所示。加速踏板位置传感器的电路如图4⁃83所示，两滑动触点式电位计传送至发动机ECU的信号电压随加速踏板位置的变化曲线如图4⁃84所示。图4-82大众POLO乘用车加速踏板位置传感器的结构图图4-83大众POLO乘用车加速踏板位置传感器电路图G79/G185—1/2号加速踏板位置传感器1/2端子—两传感器的电源线(5V)3/5端子—两传感器的搭铁线4/6—两传感器的信号线图4-84两滑动触点式电位计的电阻和信号电压随加速踏板位置的变化曲线a)电位计的电阻随踏板位置的变化曲线b)信号电压随踏板位置的变化曲线图4-85丰田1ZR发动机加速踏板位置传感器电路2)霍尔式传感器。丰田1ZR发动机采用霍尔式加速踏板位置传感器，如图4-85所示，主要由霍尔元件(霍尔IC)和磁铁组成。该传感器安装在加速踏板支架上，内部有两个传感器电路。图4-86丰田1ZR发动机加速踏板位置传感器的信号电压曲线如图4-86所示，松开加速踏板时：1号加速踏板位置传感器的信号电压应为0.1～1.1V；2号加速踏板位置传感器的信号电压应为1.2～2.0V。踩下加速踏板时：1号加速踏板位置传感器的信号电压应为2.6～4.5V；2号加速踏板位置传感器的信号电压应为3.4～5.0V。(2)节气门驱动电动机节气门驱动装置是一个电动机，如图4-87所示，由发动机ECU控制，通过一个小齿轮驱动节气门，节气门可以在怠速位置和全开位置之间无级变化。(3)节气门位置传感器图4-87大众POLO乘用车节气门驱动电动机的位置