任务七电控共轨系统传感器的检修.docx

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任务七电控共轨系统传感器的检修

任务二电控柴油机系统传感器的检修

学习目标

完成本学习任务后，你应当能：

1.熟悉电控柴油机主要传感器的安装位置，会描述各种传感器的结构、原理。

2.分析判断温度传感器、加速踏板位置传感器、压力传感器、曲轴位置传感器等主要元器件的常见故障检修方法。

3.对温度传感器、加速踏板位置传感器、压力传感器、曲轴位置传感器等主要元器件的故障诊断与排除技能。

任务引入

一辆长城哈弗H5SUV越野车,搭载长城GW2.8TC柴油发动机，行驶5万公里，近期此车出现启动困难，间歇性熄火等故障现象。

观察仪表油量显示正常，故障指示灯亮。

任务分析

电控发动机的故障并不一定是电喷系统的问题；在大多数情况下，故障仍然是与常规发动机相同的机械和燃油管路方面的故障；当故障指示灯不点亮，主要检查机械故障；当故障指示灯点亮时，说明出现了电喷系统方面的故障，可读取故障码，进行相应的检测维修工作。

相关知识

（一）电控柴油机系统传感器的组成

传感器是用于感知和检测发动机及车辆运行状态的感测元件和装置，在柴油机电控系统中常用的传感器有压力传感器、温度传感器、位置传感器和转速传感器等。

另外，在电控系统中还有专门的开关传感器，用于检测空调、挡位、制动、离合器等开关量的状态信息。

这些传感器信号中，有的是模拟信号，有的是数字脉冲信号，如压力、温度传感器信号属于模拟信号，霍尔传感器信号属于数字脉冲信号，开关状态信号属于数字信号。

所有的传感器信号最终输送到ECU，作为发动机控制的基本依据，博世共轨管理系统结构示意图如7-1所示。

图2-1博世共轨管理系统结构示意图

（二）电控柴油机系统主要传感器的作用及原理

1.曲轴传感器（磁电式）

⑴作用：

精确计算曲轴位置，用于喷油时刻和喷油量计算、转速计算。

对于四冲程发动机，由于每循环曲轴旋转两周，ECU还需要进行气缸识别。

发动机转速则由ECU根据其中一个信号的频率计算给定。

⑵工作原理

1）传感器为非接触式传感器，将机械运动转换为电信号不需要电压供给，而是自己产生电脉冲信号，如图2-2所示

图2-2曲轴传感器（磁电式）

1.屏蔽的电缆2.永磁铁3．传感器外壳4．安装支架

5.软磁铁芯6.线圈7.空气间隙8.带参考记号的齿环

2）曲轴位置传感器通常为磁电式传感器，它安装于发动机后端飞轮上方（或曲轴前端），与飞轮上的58x齿圈共同工作。

飞轮转动时，58x的齿顶和齿槽以不同的距离通过传感器，传感器感应到磁阻的变化，这个交变的磁阻，产生了交变的输出信号，如图2-1所示。

ECU利用此信号确定曲轴的转速、旋转角度和加速度，结合凸轮轴传感器正时凸轮，可确定一缸上止点位置。

2.凸轮轴传感器

⑴作用：

判缸和曲轴传感器失效时用于跛脚回家。

检测曲轴位置传感器的方法是：

测量传感器电阻值为770～950Ω；

测量传感器输出电压时，显示随转速变化的交流电压；

用示波器判断信号完整性（指信号触发装置的损坏造成信号残缺）。

二、凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器分为霍尔效应式和与曲轴位置传感器相同的电磁感应式传感器，汽车上一般使用的是开关型霍尔集成电路，如图2-3所示，它安装在高压油泵上，用于检测高压油泵驱动轴（凸轮轴）上信号盘的位置。

ECU通过该传感器测得数字电压信号确定发动机工作的气缸，并实施喷油控制。

图2-3凸轮轴位置传感器

霍尔式凸轮轴位置传感器虽然也是3根线，其中一根为+5V参考电源、另一根为信号+、还有一根是信号参考地线。

为了方便了解，通常把霍尔元件当成一个电子开关。

ECU根据收到的数字脉冲信号电压值的高低状态来判断信号所表示的内容。

通过电压情况可以判断其信号的输出情况，但因该信号不只是要判断凸轮是否运转，还要判断信号的相位关系，所以判断凸轮轴信号与曲轴信号的相对相位关系也是很重要的。

凸轮轴位置传感器信号与曲轴位置传感器信号的对应关系如图2—4所示，凸轮轴位置传感器信号波形中多出的一个数字脉冲为发动机ECU确定一缸上止点的辅助信号。

图2-4凸轮轴与曲轴信号波形图

3.进气温度、压力传感器

它集成了温度传感器和压力传感器，装在发动机的进气歧管上。

向电控单元提供空气压力和温度信号，电控单元根据每一个循环喷射燃油量，计算需要的空气流量，如图2-5-a所示。

图2-5-a进气温度、压力传感器实物结构图

⑴作用

压力传感器：

监测进气压力，一般和进气温度一起计算进气量，制造时与进气温度集成在一起。

进气温度传感器：

测量进气温度，修正喷油量和喷油正时，过热保护。

⑵工作原理

①压力传感器：

进气歧管绝对压力使硅芯片连同压电电阻发生机械变形，使其阻值改变，惠斯顿电桥失去平衡。

经硅芯片上的电路处理后，形成与压力成线性的电压信号输出,工作示意图如图2-5-b所示。

图2-5-b进气压力传感器工作示意图

1.压敏电阻2.膜片3.基准压力室4.陶瓷基片5.P-压力

②进气温度传感器：

温敏电阻式温度传感器用一个半导体温敏电阻作为感应元件。

一般多为负温度系数（NTC）的元件，即电阻值随温度的升高而降低。

工作时常与一个标准电阻串联，并在两端加上5V的参考电压。

当温度变化时，从温敏电阻上取出的电压即为温度的信号，进气温度传感器输出特性如图2-6所示。

图2-6进气温度传感器输出特性

4.冷却液温度传感器

⑴作用

测量冷却水温度，用于冷起动、目标怠速计算等，同时还用于修正喷油提前角、过热保护等。

⑵工作原理

工作原理与进气温度传感器原理相似，冷却液传感器结构图如图2-7-a所示，输出特性如图2-7-b所示。

图2-7-a冷却液传感器结构图

图2-7-b冷却液传感器输出特性

5.共轨压力传感器

⑴作用

实时测定共轨管中的燃油实际压力信号，并转换成电压信号传递给ECU，由ECU对压力控制阀（PCV）或者是进油计量阀实施反馈控制，通过对供油量的增减来调节油压使其稳定在目标值。

⑵工作原理

油轨压力传感器的外形及结构如图2-8所示，集成安装在共轨管上，由一个密封的弹性硅芯片和相应的桥式电路组成，一个标准的SV电压施加在电桥的一端;当压力的变化致使硅芯片变形时，阻值随之变化，电桥的另一端输出与油轨压力成正比的0～5V信号。

最高压力为2500bar，具有良好的线性度、重复性和精度。

图2-8油轨压力传感器的外形及结构图

6.加速踏板位置传感器

⑴作用

将驾驶员的意图送给控制器ECU，ECU则依据该信号来确定扭矩控制（油量控制）、怠速控制（高、低怠速）、减速断油控制、跛行回家控制等。

⑵工作原理

加速踏板位置传感器用于检测驾驶员踩下油门的深度位置，它具有冗余设计的电位计线性结构，安装在驾驶室内，其滑动端子由加速踏板轴带动，如图2-9所示。

加速踏板的位置不同时，该传感器所反应给ECU的电阻信号也不同，系统根据它输出的电压信号值及其变化速率判定发动机的实时负载和动态变化状况。

图2-9加速踏板位置传感器原理及接线图

7.车速传感器

⑴作用

它向ECU提供车速信号，减速断油功能、巡航控制和最高车速限制功能都以该信号为判断依据。

⑵工作原理

车速传感器安装在变速器输出轴上，如图2-10所示。

根据ECU传感器输入接口的类型，该传感器是霍尔效应式或磁电感应式，但一般车上普遍采用磁电感应式车速传感器，工作原理与曲轴位置传感器相似。

图2-10车速传感器

制订维修计划

（一）汽车电控柴油机系统主要传感器失效策略

1.什么叫失效策略：

电控系统故障状态下的运行策略，兼顾了故障后的驾驶安全性，继续驾驶性以及排放性能。

电控柴油机系统传感器引起的故障分析

序号

名称

失效策略

缺省

减扭矩

安全模式

（limphome）

停机

1

曲轴位置传感器

对于不涉及驾驶安全性的轻微故障，控制器仅使用缺省值代替真实值；

故障灯亮，发动机运行的转速和扭矩输出正常。

√

√

√

2

凸轮轴传感器

√

√

√

3

增压压力/温度传感器

√

4

冷却水温传感器

√

5

轨压传感器

√

√

√

6

传感器参考电压

√

7

电子油门传感器

√

说明：

表中“√”指的是传感器故障可能引起失效策略模式

2.主要传感器失效策略分析

传感器名称

进入条件

ECU处理措施

发动机反应特征

1

曲轴传感器

曲轴传感器信号故障

点亮故障灯

产生故障码

1.发动机动力性能没有明显影响；

2.起动时间可能会较正常状况稍长；

3.油耗和排放可能会变差。

传感器损坏

信号线损坏（开路或短路）

2

凸轮轴传感器

凸轮轴传感器信号故障：

点亮故障灯

产生故障码

1.发动机依靠曲轴传感器继续工作；

2.减扭矩限转速；

3.油门感觉提速较慢。

传感器损坏

信号线损坏（开路或短路）

3

轨压传感器

ECU判断轨压传感器信号失效

点亮故障灯，产生故障码

1.控制器将加大高压泵的供油量，燃油压力超高；

2.限制发动机转速；

3.在限制范围内，油门仍然起作用。

传感器损坏

信号线损坏（开路或短路）

4

进气压力传感器

ECU判断进气压力传感器信号故障

点亮故障灯，产生故障码

1.柴油机怠速不稳或加速不良、柴油机排气管冒黑烟；

2.转速限制小于1800rpm；

3.在限制范围内，油门仍然起作用。

传感器损坏

信号线损坏（开路或短路）

5

电子油门

ECU判断电子油门信号错误

点亮故障灯，产生故障码

1.油门失效；

2.发动机起动后怠速及随后的运行过程转速，维持Limphome转速（≤1100rpm）。

油门接插件脱落

两路油门信号中任一路出现故障

两路油门信号不一致

油门开度与刹车踏板逻辑关系错误

任务实施

一、曲轴传感器（电磁式）的检修

1.曲轴位置传感器常见故障

（1）传感器内部电磁线圈断路或短路。

（2）传感器与ECM之间的导线断路或短路。

（3）传感器的安装位置不正确，转子的凸齿与传感器之间的气隙过大，导致信号电压过低。

2.电磁式曲轴位置传感器的检查

电磁式曲轴位置传感器主要通过外观检查、电磁线圈电阻的测量、信号的测量等方法来检测。

曲轴转速与上止点位置传感器结构示意图如图2-11所示。

图2—11曲轴转速与上止点位置传感器示意图

（a）结构工作原理图；（b）输出信号；（c）控制电路。

1．永久磁铁；2．传感器壳体；3．柴油机机体；4．软铁芯；

5．绕组；6．气隙；7．带正时记号的触发轮；8．齿顶信号；9．齿槽信号；10．齿缺信号。

⑴电磁式曲轴位置传感器的外观检查：

检查电磁式曲轴位置传感器的安装是否牢固，线束连接器是否连接有效、牢固可靠。

检查传感器端头与转子凸齿的气隙是否符合标准要求，其气隙大小一般为0.2mm～0.5mm，如超过1mm，应予以调整。

传感器与转子之间应无污物或铁屑，如有应清理干净。

⑵使用万用表测量电磁式曲轴位置传感器电磁线圈电阻方法如下：

①关闭启动开关，拔下电磁式曲轴位置传感器线束连接器。

②用万用表测量电磁式曲轴位置传感器线束插座内感应线圈两接线端之间的电阻，该电阻即为电磁式曲轴位置传感器感应线圈的电阻。

不同电控柴油机的电磁式曲轴位置传感器感应线圈的电阻不完全相同，通常为150Ω～1000Ω（参阅维修机型手册）。

如果测得的电阻不符合标准，或感应线圈有短路、断路，说明有故障，应予以更换。

⑶电磁式曲轴位置传感器输出信号检查

对于安装在曲轴皮带轮附近或凸轮轴附近的电磁式曲轴位置传感器,可用发动机怠速运转，用万用表测量传感器有无输出电脉冲。

如果在转动曲轴时万用表指针有摆动，启动时电压应高于0.1V，运转时电压一般为0.1～0.8V，说明传感器有输出电脉冲，其工作正常；否则，说明传感器有故障。

也可以使用示波器测量电磁式位置传感器输出电脉冲波形，将示波器测头与电磁式位置传感器线束中输出信号的导线连接好，并在电控装置处于工作状态下进行测量。

例如，测量曲轴位置传感器输出电脉冲时，应在柴油机运转中进行。

各种电磁式位置传感器输出电脉冲的波形基本相同。

若有异常，如脉冲波形过于平缓，或有间断，说明传感器有故障。

二、凸轮轴位置传感器（霍尔式）的检修

1.凸轮轴位置传感器常见故障

⑴传感器内部元件损坏，或内部线圈断路或短路，无信号产生。

⑵传感器电源电路、搭铁电路或信号接线断路或短路。

⑶传感器的安装位置不正确，与转子之间的间隙过大，导致信号电压不正常。

2.凸轮轴位置传感器的外观检查

检查霍耳式曲轴位置传感器的安装是否牢固，线束连接器是否连接有效、牢固可靠。

其端头与转子间的气隙是否符合标准要求，传感器与转子之间应无污物或铁屑，如有应清理干净。

3.凸轮轴位置传感器控制电路检查

⑴关闭启动开关，拔下传感器线束连接器。

⑵打开启动开关，用数字万用表测量传感器线束各端子。

①测量传感器线束电源端子，电压应为24V（或12V）蓄电池电压，或5V基准电压，如果测得的电压不符合标准，说明有故障，应进一步检查电源线路。

②测量传感器搭铁电路，与蓄电池负极之间的电阻应为0Ω，如果测得的电阻不符合标准，说明有故障，应检修搭铁电路。

③测量信号端子，电压应低于5V基准电压，如果测得的电压不符合标准，应检查该端子与ECM之间的连接及ECM本身是否异常。

4.凸轮轴位置传感器输出信号检查

安装在曲轴皮带轮附近或飞轮附近的霍耳式曲轴位置传感器，应在安装良好的状态下，在柴油机运转过程中测量其输出信号。

也可用发电机带动曲轴转动，用示波器测量传感器有无输出电脉冲的波形。

如果波形显示不正常，说明传感器有故障，应予检修。

三、进气压力传感器的检修

1．进气管压力传感器的控制电路

进气管压力传感器的控制电路见图2—12。

进气管压力传感器有三个接线端子，分别为电源（VC）、进气管压力信号（PIM）、搭铁（E2）。

图2—12进气管压力传感器的控制电路

进气管压力传感器的电源线接至ECM，由ECM为其提供5V基准电压作为工作电源。

进气管压力信号是一个大于0V、小于5V的电压，并随着进气管绝对压力值的增大而增大。

该信号送入ECM，作为ECM计算并判定进气量的依据。

搭铁线通常先接入ECM，再由ECM的搭铁端子搭铁，以保证搭铁电路的可靠性。

2．进气管压力传感器常见故障

（1）传感器内部线路断路或短路。

（2）传感器输出信号不能随进气管真空度的变化而变化。

（3）传感器输出信号的电压过大或过小，输出信号值偏离正常值。

此外，进气管压力传感器和ECM的连接线路断路或短路、传感器和进气管之间的真空软管堵塞或漏气、进气管真空孔堵塞等也会使传感器的输出信号不正常。

进气管压力传感器出现上述故障后，会使柴油机ECM的燃油喷射功能失常，出现柴油机怠速运转不正常或加速不良、柴油机排气管冒黑烟等现象。

由于进气管压力传感器在结构上可靠性很好，一般不会损坏，因此在出现上述故障现象而对其进行检测时，要特别注意检查它的真空软管连接是否良好、控制电路是否正常。

3．进气管压力传感器的外观检查

检查进气管压力传感器线束连接器是否连接有效、牢固可靠。

检查进气管压力传感器的真空软管有无松动或脱落。

从进气管压力传感器上拔下真空软管，检查它与进气管是否相通，管内有无杂物堵塞，如有堵塞应清洁并疏通。

4．进气管压力传感器控制电路的检测

进气管压力传感器控制电路的检测方法如下,如图2-13所示：

图2-13进气压力传感器的检测

（1）关闭启动开关，拔下进气管压力传感器的线束连接器。

（2）打开启动开关，用数字万用表分别测量进气管压力传感器线束连接器各端子。

①测量进气管压力传感器电源端子如图2-13（a）所示，应为5V基准电压。

如电压值不符，说明控制电路或ECM有故障，应进一步检测。

②测量进气管压力传感器搭铁端子，其与蓄电池负极间的电阻应为0Ω。

如有异常，应检修搭铁线路。

5．进气管压力传感器工作性能的检测

进气管压力传感器可以在工作状态下或摸拟工作状态下通过测量其输出信号电压来检测其工作性能。

其检测方法如下：

（1）打开启动开关，但不要启动柴油机。

（2）拔下连接进气管压力传感器与进气管的真空软管，如图2—13（b）所示。

（3）用万用表在进气管压力传感器线束中的信号输出线上测量输出信号电压，如图2-13（c）所示，并记下在大气压力状态下的输出信号电压。

（4）通过真空软管向进气管压力传感器内施加真空，测量在不同的真空度下进气管压力传感器的输出信号电压。

该电压应能随真空度的增大而不断下降。

将不同真空度下的输出信号电压与所修机型的维修手册中的标准相比较。

如有不符，说明进气压力传感器有故障。

四、共轨压力传感器的检修

精确测量共轨中的压力是电控柴油机系统正常工作的必要条件。

为此，压力传感器在测量压力时允许误差很小。

共轨实测共轨压力及共轨压力传感器输出电压数据（部分）参阅表2—6。

表2-6GW2.8TC柴油机共轨压力及轨压传感器输出电压数据流（部分）

数据流

启动开关ON

怠速

加速1

加速2

燃油系统共轨压力/Mpa

0.65

25

33.6

70.3

轨压传感器电压/V

0.45

1.06

1.24

2.06

质量评估

当电控柴油机的故障指示灯点亮时，说明出现了电喷系统方面的故障，可读取故障码，进行相应的检测工作。

通过实训操作能准确地检测各种温度传感器、压力传感器、位置传感器、空气流量传感器的性能，掌握不同类型传感器的故障检查与排除方法。

经过对故障发动机进行检测、诊断与排除，发动机应恢复原有性能指标。

拓展知识

一、爆震传感器的结构原理

1．作用

爆震传感器用于检测柴油汽缸内混合气燃烧过程中有无产生爆震，为ECM控制喷油正时反馈提供依据。

2．安装位置

爆震传感器安装在缸体或缸盖上。

3．结构与原理

目前，电控柴油机上使用的爆震传感器基本上都是利用压电效应的原理制成的，其工作原理与电控汽油机的爆震传感器基本一样。

当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；压电材料受力所产生的电荷量或电位差的大小与外力的大小成正比。

如果压力是一种高频振动，则产生的就是高频电压信号。

大部分爆震传感器有两条接线，其中一条为信号端子；另一条为搭铁端子，两条线都与ECM连接。

由于爆震传感器的信号电压较小，为防止电磁波的干扰，常在其线束外面套上屏蔽线，并将其搭铁。

爆震传感器控制电路如图2—14所示。

爆震传感器内部带有一个检测电阻，与压电元件并联，其作用是让ECM能够对爆震传感器的电路是否存在短路或断路进行监测。

ECM内的5V电压经过一个电阻后施加在爆震传感器的信号端子上，与检测电阻串联后经搭铁端子接地，在爆震传感器的信号端子上生成约2.5V电压。

如果在爆震传感器和ECM之间的电路发生短路或断路，其信号端子上的电压会发生变化，ECM据此即可判定电路的故障。

图2—14爆震传感器结构示意图

（a）爆震传感器结构（b）爆震传感器输出信号

1．输出接线；2．惯性配重；3．压电陶瓷片；4．爆震压力波形。

考核评分

序号

考核内容

配分

评分标准

扣分

得分

备注

1

检测仪表挡位及量程选择

20

仪器及其挡位、量程选择；-5/次

2

故障检查方法和检测步骤正确，故障判断结果准确无误

30

检测步骤每错一步扣10分，故障判断

错误扣20分。

步骤严重错误不得分

3

填写实训工作单

20

每错一处-5分

4

维修工具、仪器使用方法

10

符合操作规程、使用方法、熟练程度、读取结果视正确率酌情评分

5

安全文明生产、现场6S

10

安全使用电气，无设备、人身事故、主动参与环境保洁酌情评分

思考与练习

1．传感器有哪些类型?

位置传感器与压力传感器对电控柴油机有何用途?

2．试分析检测冷却液温度度传感器时电阻值偏大、偏小对柴油机工作状态的影响。

3．曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器通常安装在哪些地方?

有哪些结构形式?

4．请画出霍耳式曲轴、凸轮轴位置传感器控制电路图，并表述其工作特性。

5．根据自己的理解表述如何检修各种传感器?