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论文汽车空调汽车发动机讲解
毕业论文
论文题目：
凯美瑞发动机电控元件的检测与结果分析
系部：
汽车工程系
专业名称：
汽车电子
班级：
101051学号：
37
姓名：
吴涛
指导教师：
郭伟东
完成时间：
2013年5月17日
目录
一、绪论..................................................1
（一）电控发动机的发展历史...............................1
（二）电控发动机的优越性及发展前景......................3
二、凯美瑞电控发动机传感器的检测与结果分析..............3
（一）凯美瑞主要传感器的工作原理........................3
（二）凯美瑞电控发动机传感器的检测方法与结果分析........6
三、凯美瑞电控发动机执行器的检测与结果分析...............8
（一）凯美瑞主要执行器的工作原理........................8
（二）凯美瑞电控发动机执行器的检测方法与结果分析........11
四、凯美瑞电控发动机电脑的检测与结果分析................13
（一）凯美瑞电控发动机的工作原理及检修注意事项.........13
（二）凯美瑞发动机电脑的检测方法与结果分析.．．．．．.．.14
五、凯美瑞电控发动机故障案例分析与处理................15
（一）发动机车发动机故障警告灯点亮..................15
（二）由于拆装不良导致故障警告的亮......................16（三）发动机动力不足的故障..............................17
六、凯美瑞电控发动机的维修注意事项......................18
结束语.................................................19
参考文献................................................20
凯美瑞电控发动机元件检测与结果分析
摘要：
本论文围绕着凯美瑞电控发动机元件检测与结果分析这一话题进行研究和探讨，从电控发动机的发展历史谈起，延伸到电控发动机的优越性及发展前景，介绍和分析了凯美瑞电控发动机及其元件，最后总结凯美瑞电控发动机元件检测与结果分析的注意事项。
关键词：
凯美瑞；传感器；执行器；ECU；元件检测；结果分析
一、绪论
（一）电控发动机的发展历史
1952年，德国戴姆勒——奔驰300I型赛车装用了Bosch公司生产的第一台。
机械控制式汽油喷射装置，它采用气动式混合气调节器控制空燃比，向气缸内直接喷射。
1958年，德国成批生产的Mercedes220S型轿车装备了Bosch公司和
Kugerfischer公司共同研制和生产的带油量分配器的进气管汽油喷射装备。
它采用双柱塞喷油泵，经两个油量分配器将燃油均匀地分配到六个喷油器，喷向进气口，双联凸轮使喷油泵在发动机每转中向各器之间具有一定传动化的联动机构实现的，并且进气空气温度调节器、空气压力修正传感器及带附加空气控制滑阀的冷却水温度调.器对燃油量进行修正，用电磁铁直接作用于喷油泵调节齿杆的方法实现启动加浓。
20世纪60年代以前，车用汽油喷射装备大多采用机械式柱塞喷射泵，其结
构和工作原理与柴油机喷油泵十分相似，控制功能也是借助于机械装置实现的，
结构复杂，价格昂贵，因此发展缓慢，技术上无重大突破，应用范围也仅仅局限
于赛车和为数不对的追求高速和功率的豪华轿车上。
在车用汽油发动机领域内化
油器仍占有绝对优势。
20世纪60年代，一些发达国家中，随着汽车数量与日俱增，汽车排气对大
气的污染日趋严重，欧、美、日各国相继制定了严格的汽车排放法规，限制尾气
中CO、HC和NO等有害物质的排放。
20世纪70年代初，受能源危机冲击的影响，各国又制定了汽车燃油经济性
法规。
两种法规的要求逐年提高，愈来愈严格，已达到传统的机械化油器和分器点火难以胜任的地步，迫使世界汽车工业寻求各种技术途径，实现汽车节油和减少排放污染。
于是，人们继续探索较柱塞喷射泵结构更简单，控制更方便，并无需驱动的机械式低压燃油控制系统。
1967年，德国Bosch公司研制成功K—Jetronic机械式汽油喷射系统，由电动泵提供0.36MPa低压燃油，经燃油分配器往各缸进气管上的机械式喷油器，向进气口连续喷射，用挡流板式空气流量计操纵油量分配器中的计量器来控制空燃比。
后来，经改进发展成为机电结合式的KE—Jetronic汽油喷射系统。
它是在K—Jetronic系统的油量分配器上增设一只电液式压差调节器，用以控制计量槽前后的压差，从而能快速地大幅度地调节燃油量，提高了操纵灵活性，并增加了控制功能，由于该系统的主要功能仍由机械装置完成，因此具备良好的应急功能。
另一方面，随着电子技术的飞速发展，汽车电子化成为各国汽车工业的重要发展方向。
从20实际60年代后半期开始，电控汽油喷射经历了从晶体管、集成电路到微机控制，从模拟计算机到数字计算机控制的发展过程。
20实际70年代后半期，迅速发展起来的以电控单元为基础的车用电控汽油喷射系统，是世界汽车工业同时解决节油和排气净化两大难题的重大突破。
1967年，德国Bosch公司开始批量生产用进气管绝对压力控制空燃比的D—Jetronic模拟式电子控制汽油喷射系统，装备在大众汽车公司生产的Ⅶ—1600型轿车上，率先达到当时美国加州排放法规的要求，开创了汽油喷射系统电子控制的新时代。
随着排放法规愈来愈严格，要求进一步提高控制精度，完善控制功能。
1973
年，在D—Jetronic系统基础上，经改进发展成为L—Jetronic电控汽油喷射系，用翼片式空气流量计直接测量进气空气体积流量来控制空燃比，比用进气管绝对压力间接控制的方式精度高，稳定性好。
1981年，L—Jetronic系统又进一步改进发展成为LH一Jetronic系统，用新颖的热线式空气流量计代替机械式空气流量计，可直接测出进气空气的质量流量，无需附加专门装置来补偿大气压力和温度变化的影响，并且进气阻力小，加速响应快。
为了在满足排放法规的前提下实现最佳的燃油经济性指标，采用单项电子控制装置已远不能满足要求。
1979年，德国Bosch公司开始生产集电子点火和电控汽油喷射于一体的Motronic数字式发动机集中控制系统。
同时，美国和日本各大汽车公司也竞相研制成功与各自车型配套的数字式发动机集中控制系统。
我国电子控制汽油喷射技术起步较晚，但汽油喷射代替化油器已成必然，特
别是由于排放等法规日趋严格和市场竞争的压力。
进入21世纪后，我国新生产
轿车、轻型车和微型车都相继装备了电子控制汽油喷射发动机。
（二）电控发动机的优越性及发展前景
在现代的汽车行业中，电控发电机的应用越来越为广泛，其迅速发展的原因归功于其优良的性能。
电控发动机与传统发动机相比的优越性有:
1、提供更大的控制自由度
电控燃油喷射系统可按照运行工况的不同，对喷油参数（如喷油量、喷油定时、喷油压力、喷油速率等）进行最优的综合控制。
并可考虑各种因素对发动机性能的影响。
2、控制功能齐全。
3、控制精度高，动态响应快。
1）采用电磁阀控制喷油量，可以很精确。
2）喷油定时的控制精度高于0.5℃。
4、可以提高发动机动力性、经济性及排放性能。
5、提供故障诊断功能，使可靠性得以提高。
这些优越的性能能够大幅度提高人类对于汽车日益增加的品质需求，同时也能够达到节能减排的良好效果。
因此，发动机电控技术必将是21世纪汽车工业的着重发展方向。
二、凯美瑞电控发动机传感器的检测与结果分析
（一）凯美瑞主要传感器的工作原理
1、氧传感器
此车氧传感器通过检测发动机废气中氧的含量向ECU反馈混合气的浓度信息，它安装在三元催化剂之前的排气管上，而且分为前氧和后氧，前氧传感器作用是采集排气中氧含量的数据，通过ECU控制喷油器的出油量，从而达到最优的空燃比。
后氧传感器是判断催化剂有没有失效，就是OBD在线诊断系统。
如果前氧故障的话。
发动机工作就会不正常。
后氧的话是监测排放有没有超标，坏了目前最多就是OBD点灯，不影响整车正常行驶。
按照你所说的情况是前氧，必须更换。
氧传感器用于产生电压信号的敏感元件是二氧化锆（ZrO2），其外表面有一层铂，铂的外面还有一层陶瓷，起保护铂电极的作用。
氧传感器敏感元件的内侧通大气，外侧通过发动机排出的废气。
敏感元件在温度300℃以上时，如果两侧的氧含量有较大的差异，两侧面就会产生一个电动势。
敏感元件内侧因通大气而氧含量高，当混合气稀时，废气中的氧含量较多。
敏感元件两侧的氧含量差异很小，所以其产生的电动势也很小（0.1V左右）；而当混合气过浓时，废气中氧的含量极少，敏感元件两侧氧浓度差较大，产生的电动势也较大（0.8V左右）。
氧传感器内部的加热器是用于加热敏感元件，以使其能正常工作。
氧传感器的结构图如下图1所示；
图1氧传感器
l-接触部分2-陶瓷衬套3-传感陶瓷4-护套（排气端）5-电线接头6-碟形弹簧7-护套（空气端）8-外壳（-）9-电极（-）10-电极（+）
图2氧传感器的安装位置
2、冷却液温度传感器
冷却水温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上。
与冷却水接触，用来检测发动机的冷却水温度，冷却水温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻，它具有负的温度电阻系数。
水温越低，电阻越大；反之，水温越高，电阻越小。
水温传感器的两根导线都和控制单元相连接。
其中一根为地线，另一根的对地电压随热敏电阻阻值的变化而变化。
电控单元根据这一电压的变化测得发动机冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来确定喷油脉冲宽度、点火时刻等。
图3为其结构图，图4为其电路图；
图3冷却水温度传感器
（a）构造（b）电阻与水温的关系
图4冷却水温度传感器的电路
3、节气门位置传感器
节气门位置传感器向ECU提供节气门开度信号与急加速、急减速信号，作为修正点火提前角与喷油量的依据之一，其工作特性见图5所示，与电控单元的连接图见图6所示；
（a）结构（b）特性
图5线性可变电阻型节气门位置传感器结构与特性
图6线性可变电阻型节气门位置传感器与ECU的连接线路
4、爆震传感器
爆震传感器是发动机电子控制系统中必有可少的重要部件，它的功用是检测发动机有无爆震现象。
当发动机发生爆燃时产生5-10KHZ的压力波，这一压力波通过汽缸体传给爆震传感器，使压力元件上的压力发生变化，从而产生20mV左右的电动势并将信号送入发动机ECU。
常见的爆震传感器的有两种，一种是磁致伸缩式爆震传感器，另一种是压电式爆震传感器。
图7爆震传感器的安装
（二）凯美瑞电控发动机传感器的检测方法与结果分析
1、电控发动机氧传感器的检测方法
1）检测氧传感器加热器的电阻
用欧姆表测量氧传感器插座端子（加热电阻）之间的电阻，测量1号端子（HT）与2号端子（+B）在20摄氏度时电阻在11—16欧姆之间如果检测为断路或电阻不在正常的范围之内，则需更换氧传感器。
2）检测氧传感器加热器的波形图
在暖机的状态下，发动机转速在2500RPM下2分钟，测得波形图应如下，如不是应更换。
图8氧传感器的波形图
3）检查氧传感器的信号电压
直接起动发动机，2min后，拔下四芯接头，迅速测量氧传感器信号端的电压。
起动发动机后的怠速状态下，根据上述工作原理，这个输出电压应该很低；这时加大油门，在油门变化的瞬间，会有一个电压输出，这个电压跟油门变化率有关（即稳住油门电压即刻消失），越迅速电压越大。
最大值可达0.9V，如果是指针表头，由于惯性和阻尼因素，这个电压一般只能读到0.8V。
如果氧传感器的无电压输出、电压值不变、电压上升或下降很小、电压变化很缓慢，则说明氧传感器的传感元件有问题。
2、冷却液传感器的检测方法
1）检测传感器的电阻
用欧姆表检测端子之间的电阻，标准电阻：
在20°时电阻在2.32至2.59千欧，在80°时在0.310至0.326千欧之间，如不符合建议更换。
进行实验得到其电阻如图。
图9冷却液温度传感器测试图
三、凯美瑞电控发动机执行器的检测与结果分析
（一）凯美瑞主要执行器的工作原理
1、喷油器
喷油器实际上是一个电磁阀，主要由针阀、衔铁和电磁线圈组成，其中针阀和衔铁结合为一体。
当微电脑发出指令使电磁线圈通电时，电磁线圈产生的电磁力将衔铁和针阀吸起，阀门打开，汽油便通过针阀与喷孔的环形间隙喷向进气门前方，也吸入进气歧管的空气混合后进入汽缸。
当电源被切断后，针阀便在回位作用下关闭喷孔，停止喷油。
喷油量与喷油器喷油的时间正比，而针阀打开的时间又由微电脑输出的电脉冲宽度控制。
图10为轴针式喷油器的结构组成图。
图10轴针式电磁喷油器
1-电插头2-滤清器3-电磁线圈4-喷油器体
5-衔铁6-喷嘴体7-针阀
2、点火线圈
点火线圈之所以能将车上低压电变成高电压，是由于有与普通变压器相同的形式，初级线圈与次级线圈的匝数比大。
但点火线圈工作方式却与普通变压器不一样，普通变压器是连续工作的，而点火线圈则是断续工作的，它根据发动机不同的转速以不同的频率反复进行储能及放能。
当初级线圈接通电源时，随着电流的增长四周产生一个很强的磁场，铁芯储存了磁场能；当开关装置使初级线圈电路断开时，初级线圈的磁场迅速衰减，次级线圈就会感应出很高的电压。
初级线圈的磁场消失速度越快，电流断开瞬间的电流越大，两个线圈的匝比越大，则次级线圈感应出来的电压越高。
结构图11所示。
1-初级绕组；2-次级绕组；3-铁心；4-正接线柱；5-负接线柱；6-高压接线柱；7-磁力线。
图11点火线圈结构图
图12点火线器电路图
图13喷油器的电路图
3、电动燃油泵
将燃油从油箱输送到发动机，并提供足够的燃油压力和富余燃油。
燃油泵为直流电机驱动的叶片泵，置于油箱内，被燃油浸没，利用燃油散热和润滑。
蓄电池通过油泵继电器向电动燃油泵供电，继电器只有在起动时和发动机运转时才使电动燃油泵电路接通。
当发动机因事故而停止运转时，燃油泵自动停止运转。
（二）凯美瑞电控发动机执行器的检测方法与结果分析
1、喷油器的检测方法
1）检查电阻
图14喷油器连接端子
（1）断开C7至C10喷油器连接器。
.
（2）断开C24ECU的连接器。
（3）根据下表1的值来测量电阻。
表1喷油器的电阻标准值
2、燃油泵的检测方法
1）检测电阻
用欧姆表检查端子之间的电阻。
图15燃油泵电阻检测方法
标准电阻为20℃时电阻在0.2至3.0Ω之间，如果不符合则应及时更换。
2）检查燃油泵的运行状况
施加蓄电池电压到端子1和2上,检查泵的运行状况。
备注这些测试必须在10秒内完成，以防止线圈的烧坏。
使燃油泵尽可能的远离蓄电池。
如果不正常工作应及时更换燃油泵。
3）检测油泵的控制电路
用万用表检测油泵插头的4和5号端子的电压如果在10.5至11v之间则为正常，如不是检查继电器盒线路之间的好坏。
四、控制单元（ECU）
电控单元（ECU）是发动机电子控制系统的核心。
它完成发动机各种参数的采集和喷油量、喷油定时的控制，决定整个电控系统的功能。
电子控制单元（ECU）的结构图如下图所示。
图16凯美瑞电控发动机工作原理
凯美瑞电控系统是以一个发动机电子控制单元为控制中心，利用安装在发动机不同部位的传感器测得发动机的各种工作参数，按照由ECU而设定的控制程序，精确地控制喷油量、点火提前角，使发动机在各种工况下都能以最佳状态工作，即最佳的动力输出，最经济的油耗，最佳的尾气排放。
系统采用多点顺序喷油控制，其控制策略包括起动控制、怠速闭环控制、空燃比闭环控制、碳罐控制、过渡工况控制、点火角控制、爆震控制、空调控制、滑行断油和超速断油控制、三元催化器的加热和保护控制、系统自诊断等。
（二）电控单元端子电压、电阻的测量方法和步骤
1、电压测量方法
1）用万用表检测蓄电池的电压，应大于或等于12V否则充电后再测量。
2）从汽车上拆下ECU,但是保持线束连接器与ECU连接状态（即不拔下线束）。
3）将点火开关置于“ON”位置。
4）将万用表置于电压档。
5）依次将万用表测笔从线束插头的导线一侧插入，测量ECU各端子与搭铁端子之间的电压。
6）记录各端子与搭铁端子间的电压值，并与标准检测数据相比较。
如测得的电压与标准值不符，则说明ECU控制线路有故障。
2、电阻测量法
1）从汽车上拆下ECU。
2）拔下导线连接器。
3）用万用表欧姆档，测量导线连接器各端子间电阻值（注意：
不要触碰其
的接线端子，应将测笔从导线侧插入导线连接器中）。
4）记录所测电阻值，并与标准检测数据相比较，从而确定其控制线路是否正常。
五、凯美瑞电控发动机几种常见故障及排除方法
（一）发动机车发动机故障警告灯点亮
1、故障现象
一辆2006年款广州丰田凯美瑞240G轿车，用户反映该车发动机故障警告灯点亮。
2、故障诊断
经确认，故障确如用户所述。
笔者连接故障诊断仪对车辆进行检测，设备显示故障码“P0137——氧传感器电路电压低”。
在对故障码进行记录后，笔者将故障码清除。
重新起动车辆，待发动机运转几分钟后，发动机故障警告灯再次点亮。
利用故障诊断仪再次调取故障，同样的故障码再现。
之后笔者利用故障诊断仪在发动机怠速运转时观察发动机控制系统相关数据流，在查看氧传感器信号电压时发现，该值总是为0或0.1V没有变化，将发动机转速提高到3000～4000r/min时，氧传感器信号电压仍然没有变化，此信号电压显然是错误的。
在该车的发动机控制系统中，氧传感器被置于三元催化反应器后部，用来检测废气中的氧浓度，传感器与加热感应部分的加热器集成一体，即使在进气量较低（废气温度低）的情况下也能检测到氧浓度。
在该车的发动机控制系统中，如果氧传感器信号电压没有减小至0.21V以下或没有升高至0.59V以上，发动机控制单元便会判定传感器信号电压输出异常，并设定故障码。
那么究竟是混合气的问题还是氧传感器本身的问题呢?
接下来笔者将少量的化油器清洗剂喷入发动机进气管，人为地将混合气加浓，然而氧传感器信号电压仍然没有变化。
为进一步检查，笔者断开氧传感器线束插接器，将点火开关旋转至ON位，测量+B（2号脚）与车身接地电压，测得电压为12V，符合维修手册规定的电压9～14V。
然后测量氧传感器加热器电阻，测量HT（1号脚）与+B（2号脚）间的电阻为110Ω，维修手册的规定值为11～16Ω，看来此处就是问题所在。
由于氧传感器加热器电阻值过大，使得氧传感器无法达到正常工作温度，所以不能反应出正常的工作电压。
3、故障排除
换一个同类型的氧传感器，启动汽车，故障警告灯不亮，故障排除。
（二）由于拆装不良导致故障警告的亮
1、故障现象
在实习期间更换过发动机总成，但是拆爆震传感器的时候不小心将一爆震传感器的插头高的松弛，下面的故障由此引起：
一台丰田凯美瑞2.5VVT-i发动机，因机械事故被更换了发动机总成（不包括附件）。
在将原发动机上的附件到新更换的发动机上的过程中，发现一只爆震传感器的塑料插头已损坏，信号输出头高精尖已松动。
当时，按资料介绍的方法对传感器进行了检查，无短路现象。
由于无新件可换，所以就将松动的输出头用粘剂固定后装上了发动机。
试车过程中发现，发动机水温在60℃以下时，动力正常，车辆运行良好；水温升到90℃时，发动机动力突然不足，车速成下降，有制动感。
随即发动机故障指示灯点亮。
2、故障检测与诊断分析
读取的故障码为52，其含义是：
第三爆震传感器无信号输出。
更换传感器后，故障排除。
故障分析发动机温度较低时，燃烧室温度低，没有爆震现象，汽车行驶正常。
发动机温度升高后，由于燃烧室温度升高而发震，所以，发动机动力明显下降。
此时，如果爆震传感器良好，它就会向电脑输送爆震信号，电脑便立即推迟点火时间，消除爆震，使发动机正常工作。
这辆发动机由于爆震传感器信号输出头松动，不能正常地把爆震信号输送到电脑，爆震消除不了，因此发动机温度升高后工作失常。
3、故障排除
及时订货，更换掉故障解决。
（三）发动机动力不足的故障
1、故障现象
一辆2007年出厂的丰田凯美瑞轿车，型号ACV40L,装备2AZ-FE电控发动机，该车发动机启动后，怠速一切正常，但高速运行较长时间就会偶尔出现抖动现象。
当此故障出现时，感觉动力不足，转速上不去，跟缺缸情形类似。
待发动机冷却以后，再发动，开始时一切正常，高速跑一段后，又出现此现象。
2、故障检测与诊断分析
从故障现象来看，冷车启动和热车阶段发动机均能正常运行，只有高速运转一段时间之后，才出现故障，所以认为此类故障现象的出现与发动机的运行条件有很大关联。
考虑到此车总是运行一段时间后出现了故障，特别是高速运转时更容易出现，而此时发动机已进入正常运行条件，根据以往经验，怀疑高速大负荷时混合气不足，过稀或存在失火现象。
首先检查进气系统。
对进气管以—接处进行检查，没有异常；启动发动机怠速运转，此时发动机运转平顺，没有故障迹象，测量热线式空气六量计和节气门位置传感器信号，有信号输出，并且能随发动机工况变化，符合技术要求。
接着进行油缸油压检查，缺压，接上压力表，由于凯美瑞采用无回油燃油供给系统，无论负荷和转速如何变化，油压表测得油压始终为285Kpa符合要求；把喷油器插头拔出，测量供电端电压为14V正常；拔出各缸一体式点火器和点火线圈，插入火花塞并靠近缸体，能跳火，并且火花强度足够。
最后驾驶汽车在外边跑了一段，大概20分钟后，故障现象又出现，此时无论是高速还是低速，发动机都抖动现象，动力明显不足，排气有黑烟出现，根据这一现象则认为有的气缸不工作而燃油还是继续喷射。
所以又重新拔出各缸一体式点火器和火花塞，这时发现1缸火花塞比较弱，而且明显断断续续的现象，这时候，可以断定是1缸点火电路出现问题了。
3、故障排除
从点火系统的结构与原理分析来看，初步确定是点火线圈有问题，而不是点火器。
但由于这套点火系统采用一体式点火器的点火线圈，不能单独测试，试着把2缸的点火线圈整个换到1缸控制线上后测试，发现此时火花塞能跳火，火花明显，没有停断。
确认故障后，换上一个同型号的点火线圈，装车复试，一切正常，故障排除。
六、凯美瑞电控发动机的维修注意事项
1、对于维修人员必须按照丰田的维修要求操作，按照维修手册正确操作。
2、跨接启动其他车辆或用其他车辆跨接启动本车时，须先断开点火开关，才能装拆跨接线缆。
3、避免用水冲洗传感器和其他电子元件，防止水浸入电控系统各零件内通电后损坏各个元件。
4、对于蓄电池的拆装，一定要跨接一个蓄电池，在进行拆装。
务必使点火开关和其他用电设备开关均置于关闭位置。
5、在拆下导线连接器时,要注意松开锁紧弹簧（卡环）或按下锁卡;在安装导线连接器时,应注意一定要插到底并锁好锁止器（锁卡）。
6、不可在缺油的状态下,强行运转发动机,因为电动汽油泵是依靠流过汽油泵的燃油进行冷却的,缺油运转会使电动汽油泵因过热而烧毁。
7、有些传感器和执行器装的时候，要参考维修手册，打到规定的扭力。
结束语
本课题在选题及研究过程中得到郭老师的悉心指导。
郭老师多次询
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