汽车电控教案项目4电控汽油发动机电控系统 简案Word文档格式.docx

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ECU的作用、原理；

通过丰田5A、卡罗拉1ZR-FE发动机、捷达AJR曲轴位置传感器检测；

更换ECU实训让学生直接地学习电控汽油发动机电控系统作用及工作原理。

学时安排

1．丰田5A、卡罗拉1ZR-FE发动机、捷达AJR曲轴位置传感器的检测方法约240分钟。

2.现代SONATA汽车光电感应式曲轴位置传感器的检测约40分钟。

3．检测进气温度、冷却液温度传感器；

空挡起动开关、信号；

磁电式车速传感器约30分钟。

4.更换发动机ECU约120分钟。

教学条件

多媒体课件、6台电控发动机实训设备。

课外作业

更换发动机ECU。

检查方法

1.随堂提问，计平时成绩。

2.拆装、检测完成质量评分，计平时成绩。

教学后记

授课主要内容

【项目引入】

马先生驾车回家过程中，爱车突然熄火，他对发动机做了简单的检查，但没找到原因，

便叫来拖车将爱车送至维修点，经诊断确认为汽油泵不工作。

接下来我们就来学习燃油供给系统的组成，都会出现哪些故障，故障是如何检测的。

【知识目标】

【知识链接】

在电控汽油发动机中，ECU为了根据发动机和汽车不同的运行状况，对喷油时刻、喷油量、点火时刻等进行确定和修正，必须利用各种传感器对反映发动机运行状况的一些参数进行检测。

这些运行参数包括：

发动机曲轴位置及转速、基准汽缸的活塞位置、发动机的热状态、进气温度、汽车的车速、发动机是否处于起动状态等。

1、发动机曲轴位置及转速传感器

发动机曲轴位置及转速传感器的作用是检查曲轴的位置和转速，ECU利用其信号对各缸喷油和点火的顺序；

各缸喷油位置；

各缸喷油量；

点火正时；

怠速等进行控制。

曲轴位置传感器给ECU提供第一缸压缩上止点信号，作为喷油和点火控制的主要信号，该传感器信号又称G信号、判缸信号。

曲轴转速传感器用于检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速和曲轴转角信号，是喷油和点火控制的主要信号，又称Ne信号。

1.发动机曲轴位置及转速传感器的安装位置

曲轴位置及转速传感器通常的安装位置有两种类型。

①曲轴位置及转速传感器共同安装在分电器内。

②曲轴位置及转速传感器分开独立安装，如曲轴、凸轮轴、飞轮等。

2.曲轴位置及转速传感器的分类

目前电控汽油发动机中使用的曲轴位置及转速传感器主要有三种类型：

电感应式曲轴位置及转速传感器、霍尔效应式曲轴位置及转速传感器、光电式曲轴位置及转速传感器。

3.磁感应式曲轴位置及转速传感器

丰田公司TCCS系统采用的磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内。

传感器分成上、下两部分，上部分生产G信号，由G1、G2感应线圈和1号信号转子组成，G1和G2两个感应线相对安装，即间隔180°

安装；

下部分产生Ne信号，由Ne感应线圈和2号信号转子组成。

（1）Ne信号（转速信号）

Ne信号发生器的作用是检测曲轴转角和发动机转速的信号，它由固定在分电器内下半部等间隔的24个轮齿的转子（即Ne正时转子）及固定在轮齿转子对面的感应线圈组合而成。

以Ne信号发生器正时转子上的一个轮齿来说，当转子旋转时，轮齿与感应线圈的凸缘部分（即磁头）的空气间隙变化，导致通过感应线圈的磁场变化而产生感应电动势。

因为轮

齿靠近或远离磁头时，将产生一次增减磁通的变化。

Ne信号发生器正时转子上有24个齿，故转子旋转一圈，即曲轴转两圈（720°

）时，感应线圈产生24个交流信号（Ne信号）。

如图4-4（b）所示，Ne信号波形的一个周期的脉冲曲轴转角为30°

（720°

/24=30°

）。

为更精细地进行转角测量，会将30°

的转角由ECU均分为30等份，即产生1°

曲轴转角的信号。

（2）G信号（判缸信号）

G信号主要用于辨别汽缸及检测活塞上止点位置。

G信号是由位于Ne信号发生器上方的凸缘转轮（即1号信号转子）及其对面对称的两个感应线圈产生的。

G信号的产生原理与Ne信号的产生原理相同。

G信号又可用来作为利用Ne信号计算曲轴转角的基准信号。

G1、G2信号分别为检测第四缸及第一缸的上止点信号。

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（TDC），而是在

上止点前10°

的位置。

（3）丰田公司磁感应式曲轴位置传感器的工作过程

丰田公司磁感应式曲轴位置传感器的信号电路与信号波形，发动机每循环工作一次，G1和G2感应线圈各产生1个感应信号，它分别代表第六缸和第一缸压缩上止点前10°

；

Ne感应线圈用于判断曲轴的转速与转角。

从G1、G2信号开始，曲轴转过180°

曲轴转角，2、3缸到达上止点，因此，ECU还可以以G1、G2为参照点，通过对Ne信号的检测来判断2、3缸的上止点位置。

G1信号和G2信号中缺失一个，发动机仍然能够发动，但Ne信号一旦缺失，发动机将立即熄火，且不发动。

实训一检测丰田5A发动机曲轴位置传感器

【实训目标】

1.掌握丰田5A发动机曲轴位置传感器常见的故障形式。

2.学会丰田5A发动机曲轴位置传感器的检测方法。

【实训步骤】

step1：

认识丰田5A发动机曲轴位置传感器的常见故障

曲轴位置传感器是电控发动机控制系统的重要元件之一，当它损坏时，会使ECU不能接收发动机曲轴的位置及转速信号，或信号错误，造成发动机出现不能起动、难以起动、怠速抖动、不能加速等故障。

丰田车系磁感应式曲轴位置传感器常见故障有：

信号发生器凸缘崩缺、传感器间隙调整不当、感应线圈损坏等。

检测曲轴位置传感器时，注意不要损伤其零部件。

Step2：

检测曲轴位置及转速传感器的电阻

1.关闭点火开关，拔开曲轴位置传感器线束连接器。

2.检查Ne端子与G－端子间的电阻。

在常温时，其电阻值应为250～500Ω；

在热态时，其电阻应为290～590Ω，说明Ne感应线圈正常；

反之，则说明Ne感应线圈已损坏。

3.检查G1端子与G－端子间的电阻。

在常温时，其电阻值应为225～500Ω；

在热态时，其电阻应为200～535Ω，说明G1感应线圈正常；

反之，说明G1感应线圈已损坏。

4.检查G2端子与G－端子间的电阻。

在热态时，其电阻应为200～535Ω，说明G2感应线圈正常；

反之，说明G2感应线圈已损坏。

丰田5A发动机磁感应式曲轴位置传感器各端子间的电阻值见表

端子名称

检测状态

电阻值（Ω）

Ne—G-

冷态

250～500

热态

290～590

G1—G-

225～500

200～535

G2—G-

Step3：

传感器间隙的检测

1.转动发动机至第一缸压缩上止点。

2.拆卸分电器。

3.分解分电器。

4.使用非导磁性厚薄规测量信号端子与感应线圈磁头之间的间隙，间隙应为0.2～0.4mm，

若超出范围则须更换传感器壳体总成。

5.组装分电器，并将分电器上的正时记号对正，安装回发动机上。

Step4：

检测曲轴位置传感器输出信号

拆下分电器线束连接器，当发动机转动时，用万用表的电压挡检测曲轴位置传感器上G1—G－、G2—G－、Ne—G－端子间是否有脉冲电压信号输出。

若没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。

实训二检测丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器

1.掌握丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器常见的故障形式。

2.学会丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器的检测方法。

Step1：

认识丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器的结构与工作原理丰田卡罗1ZR-FE发动机的曲轴与转速传感器是独立安装的。

曲轴位置传感器安装于曲轴前端、信号轮上有34个齿，发动机每转一圈，便可产生34个Ne信号。

凸轮轴位置传感器有两个，分别装于进气凸轮轴和排气凸轮的后端，其信号轮上有3个齿，凸轮轴转一圈，可产生3个脉冲信号。

认识丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器的常见故障丰田卡罗拉1ZR-FE发动机曲轴位置传感器常见故障有线束故障、安装异常、感应线圈损坏等。

检测曲轴位置传感器的电阻

拔下传感器线束连接器，使用万用表检测曲轴位置传感器两个端子之间的电阻值，在常温下，应为1850～2450Ω，若超出范围则更换传感器。

检测曲轴位置传感器与ECU之间的线路情况

1.拆下蓄电池负极，拔下ECU线束连接器的传感器的线束连接器与ECU的线束连接器。

2.用万用表测量B14-1～B31-122（Ne+）、B14-2～B31-121（Ne－）之间的电阻值，应小于1Ω，若超出范围则应维修或更换线束。

3.用万用表测B14-1或B31-122（Ne+）与车身搭铁、B14-2或B31-121（Ne－）与车身搭铁之间的电阻值，应大于10kΩ，反之则维修或更换线束。

丰田1ZR-FE发动机曲轴位置传感器各端子与ECU线束连接器之间的电阻值见表

端子

状态

电阻值（Ω）

B14-1～B31-122（Ne+）

始终

小于1Ω

B14-2～B31-121（Ne-）

丰田1ZR-FE发动机曲轴位置传感器或ECU线束连接器端子与车身搭铁之间的电阻值见表

B14-1或B31-122（Ne+）与车身搭铁

大于10kΩ

B14-2或B31-121（Ne-）与车身搭铁

Step5：

检查曲轴位置传感器安装情况

1.曲轴位置传感器安装面应平整地安装在座孔上，反之则应重新安装。

2.检查完毕后，重新安装传感器及ECU的线束连接器，并安装蓄电池负极。

Step6：

凸轮轴位置传感器的电源检测

松开进气凸轮轴位置传感器的线束连接器。

接通点火开关，用万用表测B21-3（VC）与车身搭铁之间的电压，应为4.5～5.0V，超出其范围则先检测结束连接器与ECU之间的线路情况，若正常直接更换ECU即可。

Step7：

检测进气凸轮轴位置传感器与ECU之间的线路情况

1.拆下蓄电池负极，拔下ECU线束连接器的传感器线束连接器与ECU线束连接器。

2.用万用表测量B21-1与B31-99（G2+）、B21-2与B31-98（G2－）之间的电阻值，应小于1Ω，否则维修或更换线束。

3.用万用表测B21-1或B31-99（G2+）—车身搭铁、B21-2或B31-98（G2－）—车身搭铁之间的电阻值，应大于10kΩ，反之则应维修或更换线束。

丰田1ZR-FE发动机进气凸轮轴位置传感器各端子与ECU线束连接器之间的电阻值见表

B21-1—B31-99（G2

+）

小于1

B21-2—B31-98（G2

-）

丰田1ZR-FE发动机进气凸轮轴位置传感器或ECU线束连接器端子与车身搭铁之间的电阻值见表

B21-1或B31-99（G2

+）与车身搭铁

大于10

B21-2或B31-98（G2

-）与车身搭铁

Step8：

检查凸轮轴位置传感器安装情况

1.进气凸轮轴位置传感器安装面应平整地安装在座孔上，反之则应重新安装。

Step9：

检测排气凸轮轴位置传感器电源与ECU之间的线路、安装等情况

按以上3步，检测排气凸轮轴位置传感器电源与ECU之间的线路、安装等情况排气凸轮轴位置传感器端子与ECU连接器端子情况。

4.霍尔效应式曲轴位置传感器

霍尔效应式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，对曲轴位置进行检测的。

（1）霍尔效应原理

在磁场中，当电流以垂直于磁场方向通过置于磁场中的半导体基片（称霍尔元件）时，在垂直于电流和磁场的霍尔元件的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的电压，此电压称为霍尔电压UH，如图4-21（a）所示。

该电压的大小与磁场的强度和电流的大小成正比，与该半导体元件的厚度成反比。

霍尔式曲轴位置传感器就是利用霍尔效应原理，由转子、永久磁铁、霍尔晶体管和放大器组成。

如图4-21（b）所示，信号轮随发动机曲轴转动，当信号轮叶片通过间隙时，磁场被信号叶片旁通，因此不产生霍尔电压；

当信号轮的缺口通过间隙时，磁场将经过铁芯和霍尔元件形成磁回路，有磁场通过霍尔元件，因而产

生霍尔电压。

利用霍尔效应原理制成的传感器如图4-22所示，主要由具有触发轮齿的信号盘和霍尔传感器组成。

当信号盘上的齿槽通过霍尔传感器时，霍尔传感器输出高电位（5V）。

当轮齿中心线与传感器感应头中心成一直线时，霍尔传感器输出低电位（0.3V），当一个齿槽和

一个轮齿通过霍尔传感器，产生一个高低电位脉冲信号。

传感器内部的集成电路将上述霍尔电压的变化转变为方波，即可作为传感器的输出信号。

信号轮每转一圈，传感器输出信号的数量等于信号轮上缺口（或叶片）的数量，单位时间内输出信号的数量即可反应信号轮及发动机的转速。

霍尔效应式曲轴位置传感器有两个突出的优点：

一是输出的信号电压为方波，便于数

字式ECU的处理；

二是输出的信号电压的高低与信号轮的转速无关。

但该传感器的工作需要外加电源。

现代轿车中如上海桑塔纳、奥迪、别克、奔驰等车系都装有霍尔效应式凸轮轴/曲轴位置传感器。

（2）大众车系霍尔效应式+磁感应式传感器组合

①大众车系曲轴位置及转速传感器的安装位置。

大众车系的许多四缸发动机，都采用霍尔效应式+磁感应式传感器组合来检测发动机转速与位置信号。

在发动机的曲轴后端装有一个磁感应式的转速传感器，在凸轮轴的前端装有一个霍尔效应式传感器。

②大众车系曲轴位置及转速传感器的结构与工作过程。

a.磁感应式曲轴位置传感器。

曲轴位置传感器由信号发生器及装在曲轴上的齿盘式信号转子组成，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、磁头和线束插头组成。

b.霍尔效应式凸轮轴位置传感器。

霍尔效应式凸轮轴位置传感器传感器安装在发动机进气凸轮轴的一端，主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。

当信号转子进入气隙时，霍尔元件不产生电压，传感器输出高电平（5V）信号；

当信号转子离开气隙（窗口进入气隙）时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号（0.1V）。

发动机曲轴每转两圈，霍尔传感器信号转子就转一圈，对应产生一个低电平信号和一个高电平信号，其中低电平信号对应于1缸压缩上止点前一定角度。

c.大众车系（磁感应式与霍尔效应式传感器结合）工作过程。

磁感应式与霍尔效应式传感器所产生的信号。

当曲轴带动信号旋转时，

信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，线圈相应地输出一个交变电压信号。

实训三检测捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器

1.认识捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器。

2.掌握捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器的故障形式。

3.学会捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器的检测方法。

分析捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器电路图

捷达AJR发动机曲轴位置及转速传感器的常见故障形式

曲轴位置及转速传感器是电控发动机控制系统的重要元件之一，当它损坏时，会使ECU不能接收发动机曲轴的位置及转速信号，或信号错误，造成发动机出现不能起动、难以起动、怠速抖动、不能加速等故障。

在使用过程中，一旦出现故障，一般更换传感器。

检测曲轴位置传感器感应线圈电阻

1.关闭点火开关，拆开曲轴位置传感器的线束连接器。

2.参照电路图，使用万用表检测感应线圈两端，即端子1和端子2两端的电阻值，应为450～1000Ω，超出其范围须更换传感器。

检测曲轴位置传感器屏蔽情况

参照电路图，使用万用表检测曲轴位置传感器端子1、端子2与屏蔽线端子3之间的电阻值，阻值应为无穷大，反之则应更换传感器。

检测信号电压变化

发动机转动时，用万用表的电压挡检测曲轴位置传感器上端子1、2间是否有脉冲电压信号输出。

检测曲轴位置传感器的线路情况

1.关闭点火开关，松开蓄电池负极，拆下发动机ECU线束连接器，然后进行检测。

2.如图4-33所示，用万用表测量传感器线束连接器端子1与ECU线束端子99、端子2与ECU线束端子98、端子3与ECU线束端子106之间的电阻值，应小于1.5Ω，反之则维修或更换线束。

3.检查完毕后，重新安装曲轴位置线束连接器。

检测凸轮轴位置传感器的线路情况

1.拆开凸轮轴位置传感器线束连接器，然后进行检测。

2.用万用表测量传感器线束连接器端子1与ECU线束端子89、端子2与ECU线束端子105、端子3与ECU线束端子84之间的电阻值，应小于1.5Ω，反之则维修或更换线束。

检测凸轮轴位置传感器的工作电源

1.安装ECU线束连接器，安装蓄电池负极、打开点火开关。

2.使用万用表检测传感器传感器线束端子1与车身搭铁之间的电压值，应该为5V，

若不达到要求则须检查ECU的供电电源及传感器连接线路。

5.光电式曲轴位置传感器

（1）光电式曲轴位置传感器的工作原理

光电式曲轴位置传感器主要由发光二极管、遮光转角、光敏晶体管和放大电路四部分组成，其原理结构如图4-36所示。

遮光转盘上有一定数量的透光孔，利用发光二极管作为信号源，随遮光转盘的转动，交替地阻断从发光二极管射向光敏晶体管的光线，使光敏晶体管导通或截止，由此产生脉冲信号。

转盘内，外两圈的透光孔数量不等，分别用于产生G信号和Ne信号。

日产公司开发的一些电控汽油发动机采用的就是这种形式的曲轴位置传感器。

（2）日产阳光B14车系光电式曲轴位置传感器

光电式曲轴位置传感器安装在分电器内，它由信号发生器和带光孔的信号盘组成。

信号盘安装在分电器轴上，信号盘的外围刻有360条光孔，产生l°

曲轴转角信号。

外围稍靠内间隔60°

刻有6条光孔，产生120°

信号（判缸信号），其中有一个光孔较宽，它与基准缸第一缸压缩行程活塞的某一位置相对应。

信号发生器安装在分电器上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和整形电路组成。

两只发光二极管分别正对着两只光敏二极管，以光敏二极管为照射目标。

信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随分电器轴旋转时，因信号盘上有光孔，于是产生透光和遮光的交替变化。

当发光二极管的光束照射到光敏二极管上时，光敏二极管感光产生电压；

当发光二极管的光束被遮挡时，光敏二极管的电压为零。

将光敏二极管产生的脉动电压送至整形电路放大整形后，信号发生器向ECU输出表示曲轴转角和活塞位置及工作过程的1°

曲轴转角信号和120°

判缸信号。

实训四检测现代“SONATA”汽车光电感应式曲轴位置传感器

1.认识现代SONATA汽车光电感应式曲轴位置传感器的常见故障。

实训工具和设备：

数字式万用表、汽修常规工具、现代SONATA汽车。

分析现代SONATA汽车光电感应式曲轴位置传感器现代SONATA汽车光电感应式曲轴位置传感器的电路图及传感器端子，其端子含义与作用分析如下：

当打开点火开关时，蓄电池向传感器提供12V电源，若发动机不工作，端子2、3号端子产生5V的参考电压，发动机运转，端子2产生曲轴转角电压脉冲信号，端子3产生第1缸压缩上止点电压脉冲信号，ECU根据这些信号计算出汽油喷射顺序和喷射时间。

认识现代SONATA汽车光电感应式曲轴位置传感器的常见故障

光电式曲轴位置传感器的常见故障有：

发光二极管及光敏二极管沾污、损坏；

信号盘上的光孔或弧形槽残缺、信号盘翘曲造成脉冲信号变形；

内部电路断路或接触不良等，使信号减弱、变形或无信号产生，造成发动机不能正常工作。

在传感器出现故障时，一般予以更换。

检测传感器电源

1.检查时，拔下曲轴位置传感器上的电插，将点火开关置于ON。

2.用万用表的电压挡测量线束侧端子4与搭铁间的电压，测量结果应为12V。

3.用万用表的电压挡测量线束侧端子2和端子3与地间电压，测量结果应为4.8～5.2V。

4.用万用表的电阻挡测量线束侧端子1与搭铁间，测量结果应为0Ω（导通）。

信号输出检测

用万用表的电压挡检测传感器侧端子3和搭铁之间的电压，在起动发动机时，电压应为0.2～1.2V。

在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表电压挡检测端子2和搭铁之间电压应为1.8～2.5V。

超出范围则须更换曲轴位置传感器。

2、温度传感器

常见的温度传感器有冷却液温度传感器和进气温度传感器两种。

1.冷却液温度传感器

冷却液温度传感器用于检测发动机冷却液温度，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的修正信号，同时又是其他控制系统如EGR等的控制信号，从而影响自动变速器、汽车空调等的工作状态。

其缺点会导致发动机起动、怠速、油耗、冷

却及自动变速器换挡、空调制冷等诸多方面的问题。

冷却液温度传感器一般安装在发动机水管或出水管上。

冷却液温度传感器的结构，主要由负温度系数热敏电阻、金属引线和壳体等组成。

传感器的壳体上有螺纹，以便于在发动机上安装。

连接器有单端子式和双端子式两种，发动机电控系统一般采用双端子式。

仪表板上水温表所用的冷却液温度传感器则一般为单端子式，其壳体为传感器搭铁极。

传感器的工作电路，传感器的热敏电阻通过导