汽车传感器原理与故障分析.docx

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汽车传感器原理与故障分析

汽车传感器原理与故障分析（共25页）

毕业设计（论文）

桑塔纳发动机传感器检测

Thedetectionofsantanaenginesensor

班级汽检101

学生姓名孙孟祥学号8

指导教师代洪张菊职称教授讲师

导师单位徐州工业职业技术学院

论文提交日期年月日

徐州工业职业技术学院

毕业设计（论文）任务书

课题名称桑塔纳发动机传感器检测

课题性质　工程设计　　

班级汽检101

学生姓名孙孟祥

学号　8　　

指导教师　代洪张菊　　　　

导师职称教授讲师

一．选题意义及背景

桑塔纳AJR发动机在大众系列轿车中具有代表性的意义，理解桑塔纳AJR发动机传感器的工作原理及检修就能很好的解决这一系列传感器的检修。

目前市面上电控及传感器的检修费用很贵，通过这次介绍希望有更多的人了解，降低维修费用。

二．毕业设计（论文）主要内容

①较为详细的介绍了桑塔纳AJR发动机上的传感器，包括类型、结构原理、线路连接及检测。

②讲述了桑塔纳AJR发动机的故障诊断。

③详细的介绍了各传感器的标准工作电压及电阻，通个测量实际值与标准值比对来确定传感器的好坏。

三．计划进度：

第八周：

询问指导教师，查找相关资料阶段。

第九周：

构思大体框架，列出大纲，并听取指导教师的意见。

第十周：

熟悉桑塔纳AJR发动机的传感器，并听取指导教师的意见。

第十一周：

对桑塔纳AJR发动机传感器进行检测，并听取指导教师的意见。

第十二周：

完成初稿，听取指导教师的意见并作局部修改。

第十三周：

将论文打印出来并装订好准备答辩。

第十四周：

论文答辩

四．毕业设计（论文）结束应提交的材料：

1、毕业设计（论文）电子稿

2、纸质文档

指导教师教研室主任

年月日年月日

论文真实性承诺及指导教师声明

学生论文真实性承诺

本人郑重声明：

所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。

毕业生签名：

日期：

指导教师关于学生论文真实性审核的声明

本人郑重声明：

已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。

指导教师签名：

日期：

摘要

本文主要讲述桑塔纳2000Gsi轿车AJR型发动机电控系统的传感器的工作原理及检测方法。

首先，以图文的方式综述什么是电控系统，电控系统中传感器，电控单元，执行器三者的关系。

然后分章节一一介绍各个传感器，并以实物图和控制电路原理图二者相结合的方式更清楚的阐述各个传感器的工作原理和具体的检测方法。

本文主要是传感器技术方面的资料，读者可以通过对本文了解更多的关于桑塔纳2000Gsi发动机的资料。

关键词：

发动机传感器检测

Abstract

Thispapermainlytellssantana2000gsicarAJRtypeengineelectroniccontrolsystemofthesensor'sworkingprincipleandtestmethod

Firstofall,withexcellentpicturesandtextsinwhatiswayofelectriccontrolsystem,electriccontrolsystemsensors,electroniccontrolunit,therelationshipbetweenactuators.Thenpointschapterintroducedeachsensor,andin-kinddiagramandcontrolcircuitprinciplediagramofthecombinationofbothmoreclearlyexpoundstheworkingprincipleofeachsensoranddetailedtestmethods.

Thispapermainlyisthesensortechnologyaspectsofmaterial,thereadercanthroughtothispaperlearnmoreaboutsantana2000gsienginematerial.

Key：

Enginesensordetection

曲轴位置传感器的检测

11

前言

桑塔纳2000Gsi轿车是上海大众汽车制造厂在上世纪末推出的新车型，其结构具有一定的普遍性和代表性。

（1）概述

桑塔纳2000GSi型轿车的AJR型发动机采用了德国波许（BOSCH）公司最先进的电子控制多点汽油顺序喷射系统。

它是在AFE型发动机系统基础上发展起来的。

该系统采用热膜式空气流量计检测发动机进气流量，可直接反映发动机负荷，比系统所采用的绝对压力传感器检测进气歧管压力并推算流量的方法更精确。

AJR型发动机的曲轴上装有1个58齿的信号触发轮，用于产生曲轴转角信号，它比AFE型发动机的分电器中由4齿触发轮产生的转角信号更为准确。

系统能依据进气流量信号和曲轴转角信号准确地控制发动机混合气空燃比和点火时间，从而极大地降低了汽车排气污染。

电子控制汽油喷射系统由空气供给系统、汽油供给系统、控制系统组成，AJR型发动机电子控制系统的结构示意图如图1所示。

（2）怠速系统的主要部件介绍

节气门控制单元：

由节气门电位计G69、怠速节气门电位计G88、怠速开关F60、怠速电机、应急弹簧组成。

节气门控制单元是一个整体，不能拆开，不能调整。

节气门控制单元有四种工作状况：

非怠速工况、怠速调节、减速调节和机械应急怠速工作状况。

（3）传感器与附加信号：

热膜式空气流量计G70向发动机控制单元提供进入发动机汽缸的空气量，使之确定喷油量和点火时间；发动机转速和曲轴位置传感器G28向发动机控制单元提供发动机转速和曲轴转角信号，起动机转动时若无此信号则发动机不能发动。

凸轮轴位置传感器G40是点火控制的主信号；水温传感器G62、进气温度传感器G72为喷油和点火正时的修正信号；氧传感器G39向发动机控制单元提供废气中“剩余氧含量”信号，控制单元根据这个信号修正下一时刻的喷油量。

爆震传感器G61、G66将爆震信号传给控制单元，控制单元对该缸的点火时间向后推迟。

附加信号是与发动机控制单元有关的输入和输出信号，可以是传感器或开关信号，也可以是与其他控制单元交换的信号。

主要有：

发动机转速信号、空调压缩机信号、空调开关信号、车速信号、诊断信号等。

（4）汽车故障自诊断系统：

汽车故障自诊断是指汽车控制系统在正常工作时，电控单元ECU的输入和输出信号都是在一个规定的范围内运行，当控制电路的信号出现异常时，ECU中的诊断系统就判定该电路信号出现故障并把的故障码储存在随机储存器（RAM）中，故障码可长期保存，清除故障码需要断开专门的随机储存器连接电路或者直接断开蓄电池。

第一章汽车传感器ECU执行器的关系概述

电子控制组件（ECU）

ECU以微机为中心。

还包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及后置的信号放大器等。

微机运算速度快、精度高，能实时控制，并具备多中断响应等功能。

目前除了8位、16位微机外，32位特别是64位微机已开始逐步使用。

而且，不仅有通用型微机和单片机，专用的汽车微机也已研制出来。

正是微机技术突飞猛进的发展促进了汽车电控技术的不断完善。

可以说，当前ECU的发展总趋势是从单系统单机控制向多系统集中控制过渡。

不久以后，汽车电控系统将采用计算机网络技术，把发动机电控系统、车身电控系统、底盘电控系统及信息与通信系统等各系统的ECU相联结，形成机内分布式计算机网络，实现汽车电子综合控制。

实物如图1-1所示

图1-1ECU实物图

传感器

汽车传感器的工作条件极为恶劣，因此，传感器能否精确可靠地工作至关重要。

近年来在该领域中，理论研究及材料应用发展较为迅速，半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等迅猛发展。

毋庸置疑，智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。

例如氧传感器，结构图1-2，实物图1-3所示。

图1-2氧传感器结构图图1-3氧传感器实物图

执行器

执行器用来精确无误地执行ECU发出的命令信号。

因此，执行器工作的精确与否将最终影响电控的成败，正因如此，其工作可靠性和精确性一直作为研究重点而倍受关注。

目前，汽车电控系统的执行器类型繁多，有电磁阀、电动机、压电元件、点火器、电磁继电器、热电偶等，结构与功能不尽相同。

执行器的发

展方向是智能化执行器和固态智能动力装置。

综上所述：

电控系统主要由传感器、电子控制组件（ECU）、执行器3个部分组成。

传感器作为输入部分，用于测量物理信号（温度、压力等），将其转换为电信号；ECU的作用是接收传感器的输入信号，并按设定的程序进行计算处理，输出处理结果；执行器则根据ECU输出的电信号驱动执行机构，使之按要求变化。

传感器，ECU，执行器之间的关系如图1-4所示。

图1-4传感器ECU执行器的关系图

第二章传感器的检测

空气流量计

空气流量计的结构和工作原理

热膜式空气质量计安装在空气滤清器和进气软管之间，主要由导流隔栅、金属滤网、外壳、温度补偿电路、混合电路盒和线束插座等组成。

热膜式空气流量计的实物如图2-1所示

图2-1热膜式空气流量计的实物图

桑塔纳AJR发动机是使用热膜式空气流量计，本节主要介绍热膜式空气流量计的工作原理。

热线式空气流量计工作为：

当无空气流动时，电桥处于平衡状态，控制电路输出某一加热电流至热线电阻RH；当有空气流动时，由于RH的热量被空气吸收而变冷，其电阻值发生变化，电桥失去平衡，如果保持热线电阻与吸入空气的温差不变并为一定值，就必须增加流过热线电阻的电流IH。

因此，热线电流IH就是空气质量流量的函数。

热膜式空气流量计和热线式空气流量计一样也是利用惠斯登电桥工作的，所不同的是：

热膜式不使用白金丝作为热线，而是将热线电阻、补偿电阻及桥路电阻用厚膜工艺制作在同一陶瓷基片上构成的。

空气流量计的检测

空气流量计连接电路图2-2

图2-2空气流量计连接电路图

1.电阻测试

（1）线束导通性测试：

将点火开关置于OFF，拔下ECU插接器，拔下热膜式空气流量计插接器，根据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，否则，更换线束。

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）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∞。

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。

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：

将点火开关置于OFF，拆下空气流量计。

将12V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，应有左右电压；用电吹风的出风口紧靠传感器的空气入口，用冷风档向传感器内吹风时，电压值为±；吹风机缓慢远离热膜式空气流量计，随着距离的增大，电压值应逐渐减小；当吹风机距传感器入口端时，电压值应为左右，。

若不能满足上述条件，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，黑色表针搭铁，怠速时应显示电压左右；急踩加速踏板应显示左右。

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。

节气门位置传感器

节气门位置传感器的作用

节气门位置传感器的作用是把汽油机运转过程中节气门的位置或开启变化率转换成电压信号。

该信号输入ECU后用于

（1）修正喷油量

（2）修正点火提前角（3）影响废气再循环系统的工作（4）控制自动变速器的工作等

节气门位置传感器的结构与工作原理

桑塔纳AJR发动机的节气门位置传感器的结构及控制组件如图2-3所示。

节气门轴带动滑动电刷在电阻片上滑动，从而将节气门开度的变化转变为电压的变化。

桑塔纳AJR发动机的节气门位置传感器的工作原理为：

当节气门处于怠速开度时，怠速开关触点闭合，3号端子的电位为0，这样ECU就可以根据此信号确定怠速状态。

ECU根据收到5号端子、3号端子传来的信号判断出发动机的工作状态。

电路连接如图2-4所示。

ECU不仅可以根据怠速触点的信号确定怠速状态，而且可以在节气门位置传感器安装位置发生变化、电阻有误差等情况，将其作为ECU校正节气门开度信号的基准点。

节气门位置传感器的检测

1）电阻检测

线束导通性的检测。

将点火开关置于OFF，拔下此传感器的导线插头，检查节气门控制组件插头端子至发动机控制单元ECU相应端子（ECU66号端子与传感器1号端子、ECU59号端子与传感器2号端子、ECU69号端子与传感器3号端子、ECU62号端子与传感器4号端子、ECU75号端子与传感器5号端子、ECU67号端子与传感器7号端子、ECU74号端子与传感器8号端子）之间的电阻值，最大不得超过Ω。

2）电压检测

供电电压的检测。

打开点火开关，测量节气门控制组件插头端子4和7间电压应不小于（用20V量程档）。

3）波形检测

将点火开关置于OFF位置，把示波器连接到汽车自诊断接口，选择节气门测试，然后启动发动机。

电压应从怠速时的低于1V到节气门全开时的低于5V。

波形上不应有任何断裂、对地尖峰或大跌落。

节气门标准波形如图2-5。

爆震传感器

爆震传感器的应用背景

在汽油机点火控制系统中，爆震的实时控制是其中重要组成部分。

爆震和点火控制密切相关，点火过于提前发动机就会出现爆震，消除爆震的简单易行办法就是推迟点火提前角。

因此，利用点火提前角闭环控制能够有效的控制发动机爆震水平，使发动机工作在爆震的临界状态，从此能够获得最佳性能。

点火提前角闭环控制利用爆震传感器的信号作为反馈信号。

当点火控制系统检测到爆震就推迟点火，直到爆震完全消失为止;当爆震消失后并在若干循环内不再出现，控制系统会逐步提前一定的点火角度。

这样控制的根据是，爆震在一定程度上可视为随机现象，点火控制系统力求尽快恢复点火提前以保证发动机的性能和排放。

爆震传感器的工作原理

爆震传感器也有多种类型。

常见的有压电式和瓷质伸缩式两大类。

桑塔纳AJR发动机使用的是压电共振型爆震传感器，本节主要介绍此传感器。

共振型压电式爆震传感器的工作原理为：

当压电晶体受到外部的机械作用力时，其两个极面上会产生电压，这就是晶体的压电效应。

压电式爆震传感器是利用压电晶体的压电效应工作的。

爆震信号的判定

当产生爆震时的振动频率（约6000Hz左右）与压电效应传感器自身的固有频

图2-6共振型压电式爆震传感器输出电压与频率的关系图率一致时，即产生共振现象。

这时传感器会输出一个很高的爆震信号电压送至

ECU，ECU及时修正点火时间，避免爆震的产生。

共振型压电式爆震传感器输出电压与频率关系如图2-6。

爆震传感器的检测

（1）用解码器检测仪检测爆震传感器

其检测方法是:

1）将电脑检测仪与汽车电脑故障诊断插座连接;

2）让发动机运转，并将电脑检测仪设定为数据传送状态;

3）在发动机运转过程中，用鎯头敲击爆震传感器附近的缸体，同时观察电脑检测仪显示屏上数据表中发动机点火提前角的数值。

若该数值在鎯头敲击时有所下降，表明爆震传感器工作正常，否则，说明爆震传感器有故障。

（2）用示波器检测爆震传感器

其检测方法是:

1）将示波器测头与爆震传感器信号输出线连接;

2）打开电门开关，但不要起动发动机;

3）用鎯头敲击爆震传感器附近的缸休，同时观察示波器上爆震传感器的输出信号波形。

在:

螂头敲击的同时，应有爆震波形出现,否则，说明爆震传感器有故障。

（3）爆震传感器输出信号的检查

拔开爆震传感器的连接插头，在发动机怠速时用万用表电压档检查爆震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，应更换爆震传感器。

曲轴位置传感器

概述

曲轴位置传感器（CrankshaftPositionSensor，CPS）又称为发动机转速与曲轴转角传感器，其功用是采集曲轴转动角度和发动机转速信号，并输入电子控制单元（ECU），以便确定点火时刻和喷油时刻。

曲轴位置传感器的结构和工作原理

桑塔纳2000GSi型轿车的磁感应式曲轴位置传感器安装在曲轴箱内靠近离合器一侧的缸体上，主要由信号发生器和信号转子组成，磁感应式传感器是利用电磁感应原理工作的，如图2-7所示。

图2-7磁感应式传感器工作原理

a）接近b）对正c）离开

1信号转子2感应线圈3永久磁铁

曲轴位置传感器的工作原理为：

信号发生器用螺钉固定在发动机缸体上，由永久磁铁、传感线圈和线束插头组成。

传感线圈又称为信号线圈，永久磁铁上带有一个磁头，磁头正对安装在曲轴上的齿盘式信号转子，磁头与磁轭（导磁板）连接而构成导磁回路。

信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺。

大齿缺输出基准信号，对应发动机气缸1或气缸4压缩上止点前一定角度。

大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。

因为信号转子随曲轴一同旋转，曲轴旋转一圈（3600），信号转子也旋转一圈（3600），所以信号转子圆周上的凸齿和齿缺所占的曲轴转角为3600，每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为30（58×30+57×30=3450），大齿缺所占的曲轴转角为150（2×30+3×30=150）。

当曲轴位置传感器随曲轴旋转时，由磁感应式传感器工作原理可知，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期性交变电动势（即电动势出现一次最大值和一次最小值），线圈相应地输出一个交变电压信号。

因为信号转子上设有一个产生基准信号的大齿缺，所以当大齿缺转过磁头时，信号电压所占的时间较长，即输出信号为一宽脉冲信号，该信号对应于气缸1或气缸4压缩上止点前一定角度。

电子控制单元（ECU）接收到宽脉冲信号时，便可知道气缸1或气缸4上止点位置即将到来，至于即将到来的是气缸1还是气缸4，则需根据凸轮轴位置传感器输入的信号来确定。

由于信号转子上有58个凸齿，因此信号转子每转一圈（发动机曲轴转一圈），传感线圈就会产生58个交变电压信号输入电子控制单元。

曲轴位置传感器的检测

1）点火开关置于OFF，脱开传感器电插头。

用绝缘电阻表检测传感器线圈阻值，阻值应符合要求，否则更换传感器。

2）检查ECU和传感器之间的线束与连接情况。

3）检查传感器内部：

转子轴和转子是否松动、转子齿是否断裂、转子齿与传感器线圈铁心之间的空气间隙（一般正常值在～之间）是否符合要求。

4）检查正时传动带是否工作正常（影响传动精度）。

用手转动齿圈或启动发动机时，传感器应输出交流信号，可用示波器观察。

凸轮轴位置传感器

概述

凸轮轴位置传感器（CamshaftPositionSensor，CPS）又称为气缸识别传感器（CylinderIdentificationSensor，CIS），为了区别于曲轴位置传感器（CPS），凸轮轴位置传感器一般都用CIS表示。

凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU识别气缸1压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。

此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。

因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一个气缸活塞即将到达上止点，所以称为气缸识别传感器。

凸轮轴位置传感器的结构和工作原理

桑塔纳2000GSi型轿车使用的是霍尔式凸轮轴位置传感器，其结构如图2-8信号波形如图2-9。

角度信号

24HZ/转

基准信号

HZ/转

第一缸

BTDC7º

第四缸

BTDC7º

720º

图

图2-8霍尔式凸轮轴位置传感器结构图图2-9霍尔式凸轮轴位置传感器波形图

霍尔式凸轮轴位置传感器的工作原理为：

霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器及其他形式的霍尔式传感器都是根据霍尔效应制成的传感器。

霍尔效应：

霍尔效应（HallEffect）是美国约翰·霍普金斯大学物理学家霍尔博士（Dr．E．H．Hall）于1879年首先发现的。

他发现把一个通有电流I的长方体形白金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时，在白金导体的两个横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压UH，当取消磁场时，电压立即消失。

该电压后来称为霍尔电压，UH与通过白金导体的电流I和磁感应强度B成正比。

霍尔式传感器工作原理：

当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过：

当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，此时霍尔元件产生电压（UH=1．9～2．0V），霍尔集成电路输出级的晶体管导通，传感器输出的信号电压U0为低电平（实测表明：

当电源电压Ucc=14．4V或5V时，信号电压U0=0．1～0．3V）。

当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，霍尔电压UH为零，集成电路输出级的晶体管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平（实测表明：

当电源电压Ucc=14．4V时，信号电压U0=9．8V；当电源电压Ucc=5V时，信号电压U0=4．8V桑塔纳2000GSi型轿车采用的霍尔式凸轮轴位置传感器安装在发动机进气凸轮轴的一端。

它主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。

信号转子又称为触发叶轮，安装在进气凸轮轴上，用定位螺栓和座圈定位固定。

信号转子的隔板又称为叶片，在隔板上制有一个窗口，窗口对应产生的信号为低电平信号，隔板（叶片）对应产生的信号为高电平