实训六控制系统主要元件的检测.docx

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实训六控制系统主要元件的检测

实训六：

控制系统主要元件的检测

一、实训目的与要求

    1．掌握控制系统各传感器的结构及工作原理。

    2．掌握控制系统各传感器的检测方法。

    3．掌握喷油器的检测方法。

二、实训课时

    4课时

三、实训设备及器材

    1．常用工具1套；数字万用表；温度计，12V～5V变压器。

    2．丰田或大众奥迪电喷发动机故障实验台一台，桑塔纳3000轿车一辆，各种传感器及喷油器。

四、实训内容及步骤

（一）空气流量计

    空气流量计的功用是检测发动机进气量大小，并将进气量信息转换成电信号输入电控单元（ECU）以供计算确定喷油量。

    本次实训选用的是桑塔纳3000轿车使用的空气流量计，属“L”型热膜式空气流量计，安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。

其核心部件是流量传感元件和热电阻（均为铂膜式电阻）组合在一起构成热膜电阻。

在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻设在护套中。

为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。

为了防止进气温度变化使测量精度受到影响，在护套内还设有一个铂膜式温度补偿电阻，温补电阻设置在热膜电阻前面靠近空气入口一侧。

温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接，控制电路与线束连接器插座连接，线束插座设在传感器壳体中部，如图1所示。

电路接线图如图2所示。

图1热膜式空气流量计

图2热膜式空气流量计电路图

1脚空；2脚为12V；3脚为ECU内搭铁；4脚为5V参考电压；5脚为传感器信号

在怠速5脚电压为1.4V；急加速时为2.8V

    1、电阻测试

    本项目电阻测试为辅助性测试，主要是检测线束的导通性，以确认线束通畅，无断路短路，插接器牢靠，各信号传递无干扰。

（1）线束导通性测试：

将数字万用表设置在电阻200Ω档，按电路图找到空气流量计图形下面的针脚号与ECU信号测试端口图相应的针脚号，分别测试空气流量计3、4、5号针脚对应至电控单元12、11、13号针脚的电阻，所有电阻都应低于1Ω。

（2）线束短路性测试：

将数字万用表设置在电阻200KΩ档，测量空气流量计针脚2与电控单元针脚11、12、13之间电阻应为∞。

测量空气流量计针脚与电控单元针脚：

3—11、13；4—12、13；5—11、12之间电阻均应为∞。

注意：

在实际维修中，欲测试各条线束的导通性，应关闭点火开关，拔下传感器插头与电控单元插接器，使用数字万用表分别测量各线束间的电阻，相连导线电阻应当小于1Ω，不相连导线电阻应∞为正常。

在实际测量中，由于测量手法、万用表本身的误差以及被测物体表面的氧化与灰尘等因素，发生几个欧姆的误差属正常现象，不必拘泥于具体数字。

    2、电压测试

    本项目电压测试有电源电压测试和信号电压测试两部分，其中信号电压测试是确定空气流量计是否失效的主要依据。

（1）电源电压测试：

打开点火开关，将数字万用表设置在直流电压20V档，红色表针置于空气流量计针脚2，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，打起动机时应显示12V；红色表针置于空气流量计针脚4，黑色表针置于电瓶负极或发动机进气歧管壳体，应显示5V。

    注意：

在实际维修中，应拔下传感器插头，打开点火开关，测量2号端子与接地间电压，打起动机时应显示12V。

此时电控单元会记录空气流量计的故障码，测试完毕后要使用诊断仪清除故障码。

（2）信号电压测试：

分单件测试和就车测试两部分。

    A.单件测试：

取一空气流量计总成部件，将12V/5V变压器12V电压或电瓶电压施加在空气流量计电器插座针脚2上，将5V电压施加在空气流量计电器插座针脚4上，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计电器插座针脚3和针脚5，应有1.5V左右电压；使用吹风机从空气流量计隔珊一端向空气流量计吹入冷空气或加热的空气，测量空气流量计电器插座针脚3和针脚5，电压应瞬时上升至2.8V回落。

不能满足上述条件，可以判定空气流量计有故障。

    B.就车测试：

起动发动机至工作温度，将数字万用表设置在直流电压20V档，测量空气流量计针脚5的反馈信号，红色表针置于空气流量计针脚5，黑色表针置于空气流量计针脚3、电瓶负极或进气歧管壳体，怠速时应显示电压1.5V左右；急踩加速踏板应显示2.8V变化。

若不符合上述变化，或电压反而下降，在电源电压与参考电压完好的前提下，可以断定空气流量计损坏，必须更换。

    注意：

在实际维修中，反馈信号电压的就车测试应在传感器插头尾部，挑开防水胶堵或刺破导线外皮，接万用表后踩动油门踏板，观察电压变化。

而在发动机实验台上，进行本项测试不用挑开防水胶堵或刺破导线外皮。

（二）节气门位置传感器

    本次实训采用的是皇冠3.0轿车2JZ-GE型发动机用综合式节气门位置传感器。

如图3所示。

它由一个电位计和一个怠速触点组成。

综合型节气门位置传感器与电控单元ECU的连接方法如下图4所示，传感器内电阻r的两端一直加有ECU输送来的5V电压，动触点a根据节气门开度的状况在电阻r上滑移，由此改变ECU的VTA端子的电压。

这一电压信号经A/D转换器变成数字信号，再输入到计算机中去。

从图中可以看出，传感器通过VTA电阻R2端子E2端子相连，但是因为R1、R2都大于r，所以电流的流经途径是VC端子→电阻r→E2端子，VTA端的电位并不受电阻R1、R2的影响。

    当节气门全闭时，触点闭合，IDL端的电位为0，这样就把节气门全闭的这一情况通知了计算机。

收到VTA端子、IDL端子传来的信号之后，计算机根据这些信号判断出车辆的行驶状态，再决定进行过渡时期空燃比修正，或是输出增量修正，或是切断油路，或是进行怠速稳定修正。

图3综合式节气门位置传感器构造

图4节气门位置传感器连接电路

    1、传感器的电阻检测

    拔下此传感器的导线插头，用塞尺测量节气门限位螺钉与止动杆间的间隙（用手拨动节气门，用欧姆表测量此传感器导线插孔上端子间的电阻，其电阻值应符合下表所示的规定。

    VTA-E2端子间电压值随节气门开度的增大，电阻值成正比增加，而且不应出现中断现象。

节气门位置传感器上各端子间电阻值

限位螺钉与止动杆间隙/mm

端子名称

电阻值/kΩ

0

VTA-E2

0.34～6.3

0.45

IDL-E2

0.5或更小

0.55

IDL-E2

∞

节气门全开

VTA-E2

2.4～11.2

VC-E2

3.1～7.2

    2、传感器的电压检测

    当点火开关置于“ON”位置时，用电压表测量VC-E2、IDL-E2、VTA-E2端子间的电压值，应符合表所示电压值，如不符，则应更换节气门位置传感器。

节气门位置传感器各端子电压

端子

条件

标准电压/V

IDL-E2

节气门开

9～14

VC-E2

—

4.0～5.5

VTA-E2

节气门全闭

0.3～0.8

节气门全闭

3.2～4.9

（三）进气温度传感器

    进气温度传感器的功能是检测进气温度，并将温度信号转换为电信号输入发动机电控单元。

进气温度信号是多种控制功能的修正信号，包括燃油脉宽、点火正时、怠速控制和尾气排放等，若进气温度传感器信号中断，将导致发动机热起动困难，燃油脉宽增加，尾气排放恶化。

    在汽车上常采用负温度系数热敏电阻的进气温度传感器，进气温度传感器与ECU的连接电路如图5所示。

进气温度传感器内的热敏电阻随着进气温度变化时，ECU通过THA端子测得的分压值随之变化，ECU根据分压值来判断进气温度。

电路图如图6所示。

图5进气温度传感器

图6进气温度传感器电路图

    1、进气温度传感器的电阻检测

    单件检查时，点火开关置于“OFF”，拔下进气温度传感器导线连接器，并将传感器拆下，用电热吹风器、红外线灯或热水加热进气温度传感器；用万用表Ω档测量在不同温度下两端子间的电阻值，将测得的电阻值与标准数值进行比较，如果与标准值不符，则应更换。

    2、进气温度传感器的输出信号电压值检测

    当点火开关置于“ON”位置时，ECU的THA端子与E2端子间或进气温度传感器连接器THA和E2端子间的电压值在20℃时应为0.5～3.4V。

（四）冷却液温度传感器

    冷却液温度传感器的功用是给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制修正信号。

一般安装在气缸体水道或冷却水出口处。

冷却液温度传感器下图7所示。

冷却液温度传感器内的热敏电阻随着冷却液温度变化时，ECU通过THW端子测得的分压值随之变化，ECU根据分压值来判断冷却液温度。

冷却液温度传感器与ECU的连接电路如图8所示。

图7冷却液温度传感器

图8冷却液温度传感器电路图

    1、冷却液温度传感器的电阻检测

    A.就车检查

    点火开关置于“OFF”位置，拆卸冷却液温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表Ω档，按图所示测试传感器两端子（丰田皇冠3.0为THW和E2，北京切诺基为B和A）间的电阻值。

其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1kΩ。

    B.单件检查

    拔下冷却液温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器；将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表Ω档测量在不同水温条件下冷却液温度传感器两接线端子间的电阻值，如图所示。

将测得的值与标准值相比较。

如果不符合标准，则应更换冷却液温度传感器。

丰田皇冠3.0车冷却液温度电阻检测标准

温度（℃）

电阻值（kΩ）

0

20

40

60

80

6

2.2

1.1

0.6

0.25

    2、冷却液温度传感器输出信号电压的检测

    装好冷却液温度传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于“ON”位置时，从冷却液温度传感器导线连接器“THW”端子（丰田车）或从ECU连接器“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号（对北京切诺基是从传感器导线连接器“B”端子或从ECM导线连接器“2”端子上测量与接地端子间电压）。

丰田车THW与E2端子间电压在80℃时应为0.25～1.0V。

所测得的电压值应随冷却液温成反比变化。

（五）凸轮轴/曲轴位置传感器

    以丰田公司电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器为例。

丰田公司TCCS系统用电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器安装在分电器内，其结构如图所示。

该传感器分成上、下两部分，上部分产生G信号，下部分产生Ne信号，都有是利用带有轮齿的转子旋转时，使信号发生器感应线圈内的磁通变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势，再将它放大后，送入ECU。

图9丰田公司电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器

图10凸轮轴/曲轴位置传感器电路图

    Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号，该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子（No.2正时转子）及固定于其对面的感应线圈产生（如下图（a）所示）。

    当转子旋转时，轮齿与感应线圈凸缘部（磁头）的空气间隙发生变化，导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。

轮齿靠近及远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化，所以，每个轮齿通过磁头时，都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。

No.2正时转子上有24个齿。

故转子旋转1圈，即曲轴旋转720°时，感应线圈产生24个交流电压信号。

Ne信号如下图（b）所示，其一个周期的脉冲相当于30°曲轴转角。

更精确的转角检测，是利用30°转角的时间由ECU再均分30等份，即产生1°曲轴转角的信号。

同理，发动机的转速由ECU依照Ne信号的两个脉冲（60°曲轴转角）所经过的时间为基准进行计测。

    G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置，相当于日产公司磁脉冲式凸轮轴/曲轴位置传感器的120°信号。

G信号是由位于Ne发生器上方的凸缘转轮（No.1正时转子）及其对面对称的两个感应线圈（G1感应线圈和G2感应线圈）产生的。

其构造如图所示。

其产生信号的原理与Ne信号相同。

G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。

    G1、G2信号分别检测第6缸及第1缸的上止点。

由于G1、G2信号发生器设置位置的关系，当产生G1、G2信号时，实际上活塞并不是正好达到上止点（BTDC），而是在上止点前10°的位置。

    1、凸轮轴/曲轴位置传感器的电阻检查

    点火开关置于“OFF”位置，拔开凸轮轴/曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻档测量凸轮轴/曲轴位置传感器上各端子间的电阻值。

如果阻值不在规定的范围内，必须更换凸轮轴/曲轴位置传感器。

凸轮轴/曲轴位置传感器的电阻值

端子

条件

电阻值（Ω）

G1-G-

冷态

热态

125～200

160～235

G2-G-

冷态

热态

125～200

160～235

Ne-G-

冷态

热态

155～250

190～290

    “冷态”是指-10℃～50℃，“热态”是指50℃～100℃。

    2、凸轮轴/曲轴位置传感器输出信号的检查

    拔下凸轮轴/曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压档检测凸轮轴/曲轴位置传感器上G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。

如没有脉冲电压信号输出，则须更换凸轮轴/曲轴位置传感器。

    3、感应线圈与正时转子的间隙检查

    用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙，其间隙应为0.2～0.4mm。

若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。

（六）爆震传感器

    爆震传感器是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件，它的功用是检测发动机有无爆震现象，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。

磁致伸缩式爆震传感器的外形与结构如图11所示，其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。

其工作原理是：

当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。

图11磁致伸缩式爆震传感器

    压电式爆震传感器的结构如图12所示。

这种传感器利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作，也有利用掺杂硅的压电电阻效应的。

该传感器的外壳内装有压电元件、配重块及导线等。

其工作原理是：

当发动机的气缸体出现振动传递到传感器外壳上时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件所受的压力发生变化，从而产生电压。

ECU检测出该电压，并根据其值的大小判断爆震强度。

图12压电式爆震传感器

丰田皇冠3.0轿车2JZ-GE型发动机爆震传感器与ECU的连接如图13所示。

图13爆震传感器电路

    当爆震传感器发生故障时，发动机电控单元能够检测到，将设置00527（1号爆震传感器）或00540（2号爆震传感器）号故障码，并将各缸点火提前角推迟约15°运行，利用进口或国产的故障诊断仪，通过连接诊断插座可以读取此故障的有关信息。

    1、爆燃传感器电阻的检测

    点火开关置于“OFF”位置，拔开爆燃传感器导线接头，用万用表Ω档检测爆燃传感器的接线端子与外壳间的电阻，应为∞（不导通）；若为0Ω（导通）则须更换爆燃传感器。

    2、爆燃传感器输出信号的检查

    拔开爆燃传感器的连接插头，在发动机怠速时用万用表电压档检查爆燃传感器的接线端子与搭铁间的电压，应有脉冲电压输出。

如没有，应更换爆燃传感器。

（七）氧传感器

    类型：

可分为氧化锆式和氧化钛式两种类型。

1、氧化锆式氧传感器

    在氧化锆管的内外表面覆盖着一薄层铂作为电极，传感器内侧通大气，外侧直接与排气管中的废气接触。

    在400℃以上的高温时，若氧化锆内、外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在两个铂电极之间将会产生电动势。

将此电动势输送给ECU，即可作为判断实际空然比的依据。

当混合气稀时，排出的废气中氧的含量高，传感器内、外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低（接近0V），反之，混合气过浓时，排出的废气中氧的含量低，传感器内、外侧氧的浓度差大，两电极间产生的电压高（约为1V）。

在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变，如下图。

图14氧化锆式氧传感器及其特性

2、氧化钛式氧传感器

    主要由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等组成。

当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用适当的电路对电阻变量进行处理，即可转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际的空燃比。

图15氧化钛式氧传感器

3、氧传感器控制电路

日本丰田LS400轿车氧传感器控制电路。

图16氧传感器电路

    在闭环控制过程中，当实际空燃比比理论空燃比小时，氧传感器向ECU输入的高电压信号（0.75～0.9V），此时ECU将减少喷油量，使实际空燃比增大；当空燃比增大到理论空燃比时，氧传感器输出电压信号将突变下降至0.1V左右，ECU将增加喷油量，使实际空燃比减小。

如此反复，就能将实际空燃比控制在理论空燃比附近一个极小的范围内。

4、氧传感器的检修

（1）热型氧传感器加热器的检查

    检测加热器线圈的电阻，如：

丰田LS400在20℃时线圈阻值应为5.1～6.3Ω。

（2）氧传感器信号检查：

使发动机高速运转，直到氧传感器的工作温度达到400℃以上再维持怠速运转。

然后反复踩动加速踏板，并测量氧传感器输出信号电压，加速时应输出高电压信号（0.75～0.90V），减速时应输出低电压信号（0.10～0.40V）。

若不符合上述要求，应更换氧传感器。

（八）喷油器

    喷油器的作用是根据ECU指令，控制燃油喷射量。

按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种。

喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀和衔铁制成一体。

如图17所示。

图17喷油器的构造

    1、简单检查方法

    发动机工作时，用手触试或用听诊器检查喷油器开闭时的振动或声响，如果感觉无振动或听不到声响，说明喷油器或电路有问题。

    发动机热车后怠速运转时，用旋具（螺丝刀）或听诊器（触杆式）接触喷油器，通过测听各缸喷油器工作的声音（如图所示）来判断喷油器是否工作。

在发动机运转时应能听到喷油器有节奏的“嗒嗒”声——这是喷油器在电脉冲作用下喷油的工作声。

若各缸喷油器工作声音清脆均匀，则各喷油器工作正常；若某缸喷油器的工作声间很小，则该缸喷油器的工作不正常——可能是针阀卡滞，应作进一步的检测；若听不见某缸喷油器的工作声音，则该缸喷油器不工作，应检查喷油器及其控制线路。

    2、喷油器电阻检查

    拆开线束连接器，用万用表测量喷油器两端子之间的电阻。

高阻值喷油器电阻为13～16Ω，低阻值喷油器电阻为2～3Ω。

否则应更换。

    3、喷油器滴漏检查

    可在专用设备上检查，在1min内喷油器滴油超过1滴油，应更换喷油器。

图18喷油器清洗仪

    4、喷油量检查

    可在专用设备上进行检查，喷油器通电后喷油，用量杯检查喷油器的喷油量。

每个喷油器应充重复检查2～3次，各缸的喷油量和均匀度应符合标准，否则应清洗或更换。

    低阻喷油器必须串联一个8～10Ω电阻后进行检查。

一般喷油量为50～70mL/15s，各缸喷油器的喷油量相差不超过10％。

（九）学生操作

    按指导教师示范的方法步骤，实际练习至少一次。

（十）考核

    1．采用点名抽查、举手问答或单独回答的方式，由学生口述某个传感器或执行器的结构原理、工作过程、检修流程、工艺规范与标准参数。

    2．主要依据学生填制的《检测报告》确定实训分数。

（十一）教学延伸：

    1.由辅导教师介绍其他类型传感器或执行器的工作原理，结构特点。

    2.比较各类传感器之间的优劣。

    3.由辅导教师结合现有其它型号的发动机实验台，介绍欧、美、亚各国典型发动机采用的空气流量计的类型与特点。

五、实训注意事项

    1．传感器是精密电子器件，要轻拿轻放，避免传感器掉在地上摔坏内部电路和元件。

    2．使用电热吹风机加热元件是注意不要将出风口离传感器太近，以免烫坏零部件。

防止烫伤手指、衣物和其它实验设备。

    3．上实验台测试电压信号时，注意操作流程和相对应的测试端口。

原则上只做本次实验相关的测试，其它无关的部位不要测试，否则按原理不清或看不懂电路图扣分。

    4．在实物台架上，测试端口与电控单元直接相连，不要将任何电压加在发动机实验台的测试端口上，以免损坏电控单元。