别克君威轿车25L发动机电控系统的结构原理与检修.doc

别克君威轿车2 5L发动机电控系统的结构原理与检修原文地址：别克君威轿车2.5L发动机电控系统的结构原理与检修作者：北技汽车系一、电控系统的特点别克君威轿车2.5L/V6(LB8)与3.OL/V6(LW9)发动机采用顺序多点燃油喷射系统和无分电器直接点火系统，一体化动力系统控制模块(PCM)不仅控制发动机的正常运转，同时还控制自动变速器，具有以下特点。1.采用集中控制方式一般所说的发动机电控系统控制模块(ECM)或控制单元(ECU)仅对发动机进行控制，而别克君威2.5L/V6(LB8)与3.OL/V6(LW9)发动机采用一体化动力系统控制模块(PCM)，它不但能控制发动机燃油喷射和点火系统，还能控制自动变速器的换档及变矩器锁止离合器，使发动机控制模块和自动变速器控制模块合二为一，允许使用共同输入，发动机和变速器传感器的数据共享，这减少了传感器的数量和外部信号连线。PCM与其他控制模块或组件之间及这些模块与诊断工具TECH2之间的通信采用串行数据总线，称为Class-2数据总线，数据传输速率为10.4kBit/s。不同的电子控制系统用一个总线相连，由总线控制的部件有：动力系统控制模块(PCM)、车身控制模块(BCM)、电子制动牵引力控制模块(EBTCM)、空调控制(A/C)、辅助充气保护装置诊断模块(SDM)、组合仪表(IP)、音响娱乐(E/C)系统等。Class-2串行数据线静态电压为0V，传递电压为7V，本系统传送数据用的是可变脉宽。当两个部件想同时传送数据时，要按数据的优先级传送。该总线上数据传递速率非常快，为10400Bit/s，满足SAE-J1850的串行数据传送的标准。这不但简化了整车电路连线，还大大提高了可靠性。2.采用顺序多点燃油喷射系统顺序多点燃油喷射系统是指按工作顺序分别给各缸供油，每缸一个喷油器，每个喷油器都由PCM分别控制，将汽油精密准确地喷射至进气门附近与空气混合，这使各缸之间的空燃比偏差极小，混合气分配更均匀，混合比更精确，雾化良好。采用进气歧管绝对压力传感器和空气流量传感器精确计算发动机负荷，根据进气温度、发动机水温及带加热器的氧传感器等参数修正喷油量，保证了最优的排放控制，最佳的燃油经济性及良好的起动性能。3.电子控制无分电器直接点火电子点火控制有两种含义：一是指不用真空和机构式点火提前角调节装置，而是由动力系统控制模块(PCM)根据内部存储的最优化点火图谱来控制点火时刻；二是指取消了白金触点，点火线圈初级电流的通断和闭合角由点火控制模块(IC)控制，采用高能点火系统。无分电器直接点火(DIS)采用3个点火线圈，每个线圈给2个气缸点火，取消了分电器，点火系统没有活动部件，也没有了机械磨损，使维修工作量减小。4.采用闭环控制系统闭环控制系统，是指动力系统控制模块(PCM)利用排气管上的氧传感器，来检测混合气的空燃比，、利用氧传感器的信号修正喷油量，使空燃比保持在理想的目标值附近。别克君威轿车采用带加热器的氧传感器，这可缩短氧传感器的预热时间，减小有害排放。对于特殊工况，如起动或急加速时，则不采用氧传感器的反馈信号，PCM根据预设的程序喷油。5.采用OBD-车载诊断系统当动力系统控制模块(PCM)检测有传感器、执行元件或线路出现故障时，PCM能自动判断，并将故障信息存储起来，如果是与排放有关的故障，还将启亮仪表盘上的指示灯，称为自诊断系统。通用公司专用故障诊断工具为TECH2，它不但可以读取故障码，还可以读取车辆的运行参数。除此之外，利用TECH2还可以测量车辆故障发生时记录下来的运行参数，并且还能观察各传感器的工作波形，指令某执行元件(如怠速控制阀等)动作。别克君威轿车采用OBD车载诊断系统,它是第二代诊断系统，美国汽车工程师学会(SAE)还为它制定了一套标准规范，并要求各汽车制造厂按OBD-的标准提供统一诊断模式，以便于对不同的车辆进行诊断。二、电控系统的组成电控系统由电控模块、传感器和执行器三大部分组成。传感器是装在发动机及各有关部件的信号转换装置，它的作用是收集相关运行参数，并将这些参数转换成为电信号送给电控模块。别克君威轿车2.5L/v6(LB8)与3.0L/V6(LW9)发动机的主要传感器有冷却液温度(ECI)传感器、进气温度(IAT)传感器、节气门位置(TP)传感器、进气歧管绝对压力(MAP)传感器、空气流量(MAF)传感器、发动机转速或曲轴位置(CKP)传感器、凸轮轴位置(CMP)传感器、.爆燃传感器(KS)、氧传感器(02s)、车速传感器(VSS)、空调压力(ACP)传感器、空调请求信号(A/C)、巡航定速信号等。电控模块是控制系统的核心，它为传感器提供参考电路，同时接收各传感器送来的信息，对这些信息进行运算与处理，然后输出执行命令，控制执行元件的动作。执行器受电控模块的控制，是执行某项控制功能的装置，执行元件包括喷油器、点火模块、组合仪表中各仪表的工作、怠速控制步进电动机、废气再循环(EGR)阀、活性炭罐清洗(EVAP)阀、冷却风扇、空调压缩机、仪表报警控制等。一、传感器1、进气温度传感器进气温度(IAT)传感器安装在发动机进气管上，见图6-7，电路见图6-8。进气温度传感器是一个负温度系数热敏电阻(NTC)，即当进气温度低时，其电阻值高；当进气温度高时，其阻值低。动力系统控制模块(PCM)通过其内部的电阻向IAT传感器提供5.0V电压信号，并测量该信号。发动机冷车时，电压升高；当发动机热车时，电压降低。PCM通过测量电压计算发动机进气温度，。利用进气温度信号来修正进气量，从而精确控制喷油量。另外，它还对点火提前角及加速增浓的控制产生影响。IAT传感器电压特性曲线见图6-9。2、冷却液温度(ECT)传感器冷却液温度(ECT)传感器安装在节温器前面的下进气歧管上，直接与冷却液接触，位置见图6-10，电路图见6-8。冷却液温度传感器也是一个负温度系数的热敏电阻(NTC)，即当冷却液温度低时，其电阻值高；当冷却液温度高时，其阻值低。当冷却液温度为一40时，其电阻值为lOOM；当冷却液温度为130时，其电阻值为70。动力系统控制模块(PCM)通过其内部的电阻向ECI提供5.0V电压信号，并测量该电压。发动机冷车时，电压升高；当发动机热车时，电压降低。PCM通过测量信号电压计算发动机冷却液温度，利用冷却液温度信号来修正燃油喷射控制、怠速控制、点火控制、爆燃控制、冷却风扇控制、换档时刻、变矩器锁止离合器(TCC)控制、废气再循环(EGR)控制、活性炭罐吹洗电磁阀控制等。冷却液温度(ECT)传感器的电压特性曲线。由冷却液温度传感器电压特性曲线可知，在冷却液温度达50时，信号电压有一个从1V左右到4V左右的突变，这不是ECT本身的特性，而是由动力系统控制模块(PCM)决定的。上海通用提供的电路资料见图6-8，在图中PCM之C2-26脚即是5V电压输出端，同时也是冷却液温度信号的检测(输入)端，在其内部经一个电阻接地，这是不正确的，PCM内部电阻的另一端应是5V参考电压(5v_ref)，正确电路图应见图6-12，对于后面有相同问题的电路图，请参考图6-12中PCM的内部电路。ECT的检测范围较大(一40130)，而信号电压范围最大只是在05V，而且在传感器的两端，还有非线性区域。为解决上述问题，别克君威轿车2.5L/V6(LB8)与3.0L/V6(LW9)发动机在冷却液温度低于50时，PCM内接电阻的阻值是3.65k当冷却液温度高于50*(2时，PCM内接电阻的阻值是348。这种设计的目的在于充分利用ECT的线性区，也相当于变相提高了ECT的灵敏度。我们用TECH2检测发动机冷却液温度数据时，可能会遇到这种ECT电压值在50时的跳变，不要误以为是故障表现。3、节气门位置(TP)传感器节气门位置(TP)传感器安装在节气门体上，见图6-13，电路见图6-8，内部构造见图6-14。节气门位置传感器是一个可变电阻(电位计)，它的动片与节气门轴相连。踩加速踏板时，节气门转角发生变化，TP传感器的输出电压也随之变化。这样，TP传感器将节气门的开度及开度变化速率(角加速度)传递给动力系统控制模块(PCM)。如图6-8所示，PCM之C2-33脚向TP之A脚输出5V参考电压，TP之B脚经过PCM之C1-61脚接地。节气门位置传感器之C脚与TP内部的可变电阻动片相连，是信号输出端，TP信号送至PCM之C2-66脚。当节气门关闭时，TP传感器输出电压较低，约00.7V，在此范围内，PCM认为发动机处于怠速状态，TECH2显示的节气门开度为O%。随着节气门的打开，TP输出电压升高，节气门全开时，TP传感器信号电压超过4V。PCM利用TP信号来控制喷油脉宽、点火正时、怠速稳定、废气再循环(EGR)、活性炭罐吹洗电磁阀、空调压缩机控制、换档时间、变矩器锁止离合器(TCC)及定速巡航等。IAT、ECT、MAP、TP电路图4、进气歧管绝对压力传感器进气歧管绝对压力(MAP)传感器安装在上进气歧管上，见图6-15，电路见图6-8。在MAP传感器内部有一个3mm2的硅片，硅片上方为真空密封，下方为进气歧管压力。进气歧管的压力使硅片的电阻值产生变化，导致电桥的输出电压变化，经MAP传感器内部电路将信号放大后，作为进气歧管压力信号，输出给动力系统控制模块(PCM)。如图6-8所示，进气压力传感器(MAP)之C脚是5V电压输入端，A脚接地，C脚将进气歧管压力信号输出至PCM之C2-25脚。在发动机怠速运转时，进气歧管的压力较低，MAP输出一个小于2V的低电压信号，当节气门开度增大时，进气歧管内压力升高，MAP输出一个较高的电压信号。当发动机不运转时，MAP检测到的进气歧管压力与大气压力相同，输出电压会达到4V以上。有不少修理人员称MAP为真空传感器，也有人认为MAP具有负的特性曲线，这都是不正确的。PCM利用MAP信号来计算发动机负荷，从而控制喷油量与点火时间。另外，PCM还利用MAP信号来检测大气压力和诊断EGR阀故障.5、曲轴位置(CKP-7X)传感器曲轴位置(CKP-7X)传感器安装在发动机缸体的右侧，见图6一16，电路见图6-17。CKP-7X传感器是一个电磁式传感器，它的触发轮(信号盘)是加工在曲轴上的一个特殊的轮，见图6-18。触发轮也称信号盘，在它上面加工有7个切槽，其中6个槽间隔60度均匀分布，第7个槽在第6个槽前10度第7个槽也称同步槽。没有同步槽，CKP-7X传感器只能向点火控制模块(ICM)传递发动机转速信号，而IC无法知道曲轴的位置。曲轴旋转时，带动触发轮一同旋转，在CKP-7X传感器中感应出曲轴位置和转速信号，此信号送往点火控制模块(ICM)，再经点火控制模块处理后，产生3X信号送往动力系统控制模块(PCM)，PCM利用3X信号计算曲轴位置和转速，从而控制点火正时、触发/同步喷油器脉冲、怠速稳定、燃油泵工作和废气再循环(EGR)、活性炭罐吹洗电磁阀的工作。CKP-7X传感器输出的是正弦波信号，幅度随着发动机的转速不同而不同，可以用电压表AC档测量，约为100mV100V。6、发动机转速(24X)传感器发动机转速(24X)传感器安装在发动机的右前下方，曲轴带轮背面，见图6-19，电路见图6-17。24X传感器是一个霍尔式传感器，其A脚接由PCM之C2-70脚提供的12V电压，B脚经PCM之C2-74脚接地，C脚输出发动机转速信号，送至PCM之C1-9脚。24X传感器输出的是12V方波信号，曲轴每转一周，输出24个方波信号。因24X信号在单位时间内的脉冲数比7X要高，也就是其分辨率较高，故PCM利用24X信号控制在发动机低转速时的怠速稳定和点火，用TECH2检测24X传感器转速时，其最高转速只能显示在1600r/min左右。当发动机转速高于1600r/min时，PCM利用7X传感器产生的3X信号来确定发动机转速和曲轴位置。在一般资料介绍中，将7X和24X都称为曲轴位置传感器；实际上，在24X传感器的感应轮(信号盘)上，均匀分布着24个孑L，曲轴每转一圈，24X传感器产生24个开一关脉冲，它上面没有缺槽，所以它只能反映出曲轴的转速，而不能确定曲轴的位置。7、凸轮轴位置(CMP)传感器凸轮轴位置(CMP)传感器位于凸轮轴链轮附近水泵后面的正时盖上，见图6-20，电路见图6-17。CMP也是一个霍尔效应开关，CMP的触发轮(信号盘)位于凸轮轴上，在触发轮上有一个凹槽，凸轮轴旋转时，带动触发轮旋转，凹槽接近CMP中的霍尔元件时，CMP产生一个低电压，称为CMP信号。凸轮轴每转一周(曲轴每转两周)，产生一个CMP信号。如图6-17所示，CMP传感器的A脚接由动力系统控制模块(PCM)之C2-72脚提供的12V电压，B脚经PCM之C2-73脚接地，C脚输出CMP信号，送至PCM之C1-7脚。PCM根据CMP信号来判断发动机1缸排气上止点，从而确定喷油顺序，以实现顺序喷油。8、空气流量(MAF)传感器空气流量(MAF)传感器安装在节气门体前部和空气滤清器后部之间的进气软管上，位置见图6-7所示，电路图见图6-21。MAF传感器用于测量进入发动机的空气量，动力系统控制模块(PCM)利用该信息确定发动机的操作状况并控制供油量。MAF是发动机负荷的主感知信号，计量发动机进气量的方法通常有两种：速度一密度法和流量法。速度.密封度法是通过检测进气歧管的绝对压力(MAP)变化对进气量进行检测的。PCM根据进气歧管压力值再结合进气温度即可计算出进气量。当进气歧管压力上升时，空气密度增大，进气量增多；反之，进气量减小。空气流量传感器一般安装在进气管中，用于测量进气容积和密度，这种测量方法能够综合空气温度、密度和湿度等因素。一般情况，电控系统只采用进气压力或空气流量两者之一即可感知发动机进气量(主要负荷信号)，而君威轿车2.5L与3.0L发动机同时采用了MAP和MAF两个传感器，使空气计量和空燃比控制更加精确。君威轿车2.5L与3.0L发动机空气流量(MAF)传感器的结构见图6-22，内部电路原理见图6-23。电子传感器电路位于载体总成中，载体处于气流体与扩压器之间。该传感器为一电阻式元件，被加热到高于环境温度以上的某一恒定的校准温度，当有空气流经传感器时，传感器热量受到损失，内部电路需提供额外的电流以保持传感器的温度恒定。这一电流经差动放大器放大后控制三极管V的导通程度，在v发射极即可得到与空气流量相关的变化电压UB，在用这个电压控制一个压控振荡器VOD，输出不同频率的振荡信号。这样，进气流量被转换成频率信号，单位是Hz。我们可以用TECH2检测MAF的频率值，从怠速状态到节气门全开约为20007000Hz。在TECH2中还有将空气流量从频率转化为g/s的数据，发动机热车后怠速时读数应在46g/s之间，加速时数值变化很快。空气流量计的空气流量一频率特性曲线见图6-24。9、爆燃传感器(KS)爆燃传感器(KS)位于缸体左侧下部，见图6-46，其作用是检测发动机爆燃情况，并将信号传送给动力系统控制模块(PCM)。爆燃是因燃烧室中产生不可控制的爆炸燃烧引起，这种不可控制的爆炸所产生的火焰前沿与火花塞产生的正常火焰前沿相反，爆燃产生的金属敲击声是由燃烧室两个以上的压力火焰前沿相撞形成的。轻微爆燃属于正常，但严重爆燃会导致发动机机械部件损坏。产生爆燃的主要原因有点火时间过早、燃烧压力过高(压缩比过大)和燃油标号不符合要求等。别克君威轿车2.5L与3.0L发动机采用磁致伸缩式爆燃传感器，它在所有发动机工况下都能产生交流信号。爆燃传感器的谐振频率与发动机爆燃频率相同，当发动机出现爆燃时；爆燃传感器(KS)输出的信号电压最高。动力系统控制模块根据检测到的的爆燃传感器信号幅值和频率，延迟点火时间；随着爆燃的消失，控制系统又会逐渐使点火提前，系统允许发动机采用最大点火提前角，使驾驶性能和燃油经济性达到最优。爆燃传感器电路见图6-17。10、氧传感器(加热型)空燃比对尾气中碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CA)的含量有很大影响，在空燃比低于14.7：1时，HC及CO含量降低；如果空燃比高于14.7：1时，HC及CO含量迅速上升。但是，降低空燃比会导致燃烧温度升高，尾气中的NOx升高。所以，理想的空燃比应在接近14.7：l的很小的范围内。氧传感器可以感知尾气中的氧含量，动力系统控制模块(PCM)根据氧传感器信号修正空燃比，使其接近理想的空燃比。三元催化转化器及其转化效率见图6-47。由图可知，只有在这个理想空燃比范围内，三元催化转化器才会有最高的催化效率。别克君威轿车采用加热型氧传感器，安装在右侧的排气歧管上(见图6-48，电路见图6-49)，可使氧传感器尽快达到工作温度，进入闭环控制状态。氧传感器的核心元件是氧化锆陶瓷材料，在它的表面有两个白金电极。其内侧与大气相通，外侧与尾气接触，见图6-50。由于尾气和空气中氧气浓度的差，使两个电极间产生了电压。浓度差越大，产生的电压越高。动力系统控制模块(PCM)C2-10脚向氧传感器提供450mV的参考电压，也称偏压，与氧传感器产生的信号电压叠加。同时，PCM检测该脚的电压，当空燃比较稀时，尾气中大约有2%的氧气，则氧传感器信号电压低于450mV，PCM根据这个信号增加喷油量。当空燃比较浓时，尾气中的氧含量极低，则氧传感器信号电压高于450Mv。PCM根据这个信号减小喷油量。PCM就这样控制控制空燃比在略稀和略浓之间精细抖动，将空燃比控制在接近理想的范围内。氧传感器信号的波形类似于正弦波，在正常情况下，其输出电压在100-900mV之间波动。二、执行器1、怠速空气控制(IAC)阀怠速空气控制(IAC)阀是一个执行元件，它的作用就是控制发动机在不同的怠速工况下，保持适当的转速。IAC阀位于节气门体上跨越节流片的一个旁通气道上，见图6-26。它带有一个可移动针阀，由一个小步进电动机驱动。步进电动机由动力系统控制模块(PCM)控制，能够准确移动，其移动的单位测量值称为步。IAC阀对发动机怠速转速的控制原理见图6-27，IAC阀工作原理见6-28，IAC阀电路见图6-29。见图6-28，怠速空气控制(IAC)阀由两个绕组和一个磁性枢轴构成，动力系统控制模块(PCM)根据一定的顺序改变两个绕组的极性，绕组产生旋转磁场，枢轴在磁场的作用力下可在两个方向转动，控制其端部锥体的伸出与收缩。IAC阀的进给量很小，磁场绕组的极性每改变一次，枢轴锥体移动一步。阀锥全部伸出顶柱节气门体时为0步，完全缩回时为255步。如图6-27所示，当节气门完全关闭时，PCM控制IAC阀步数减小时，阀锥伸出，发动机进气量减小，转速降低；反之，发动机进气量增大，转速升高。怠速空气控制阀对发动机的起动性能和怠速稳定有直接影响。2、燃油泵燃油泵安装在燃油传送器的燃油储存器中，为电动高压转子式油泵，它按规定的流量和压力将燃油泵入分配油道，见图6-35。电动燃油泵的工作由动力系统控制模块(PCM)通过燃油泵继电器控制，电路见图6-36。当接通点火开关时，PCM控制燃油泵继电器工作25s，以迅速建立起油压。如果在5s内没有起动发动机，PCM控制燃油泵停止运转并等待发动机起动。当发动机起动且PCM检测到点火参考脉冲(由7X转换而来的3X转速信号)时，则PCM之C2-3脚输出12V电压，燃油泵继电器通电工作，燃油泵开始供油。由电路图可知，燃油泵继电器由PCM供电控制，与采用搭铁控制方式相比，这种电路设计可以防止在意外情况下，发生燃油泵继电器控制电路短路时，燃油泵意外供油。翻转阀的作用是在车辆发生翻倾时，切断油路供应，防止燃油流进油管中。燃油泵挠性连接油管可以对泵油脉动和噪声起到缓冲作用。3、喷油器喷油器安装在燃油导轨上，其内部结构见图6-41。喷油器的工作由动力系统控制模块(PCM)控制，电路见图6-42。PCM通过控制喷油器的搭铁回路使喷油器内电磁线圈工作，电磁线圈打开阀门，燃油在压力作用下从导流板上呈锥状喷出。喷油器的喷油量取决于开启时间，即由喷油脉宽决定。影响PCM对喷油器脉宽控制的传感器有发动机温度(ECT)传感器、进气温度(IAT)传感器、曲轴转速(CKP)传感器、节气门位置(TP)传感器、进气压力或空气流量(MAP/MAF)传感器、氧传感器、系统电压等。三、燃油蒸气处理系统(EVAP)别克君威轿车2.5L与3.0L发动机采用的基本蒸发排放(EVAP)控制系统是炭罐储存系统，即车辆未工作时燃油箱产生的燃油蒸气送入活性炭罐内存储，发动机工作时燃油蒸气被吸入进气道，进入气缸中燃烧.活性炭罐安装于车辆左后轮上部，见图6-52，内部结构见图6-53，EVAP控制电路见图6-21。当发动机冷却液温度超过41，进气温度读数超过0且发动机已运行一定的时间后，动力系统控制模块(PCM)控制EVAP电磁阀工作，燃油蒸气被吸入发动机进气歧管。EVAP电磁阀是一个脉冲宽度调制(PWM)电磁阀，PCM通过控制其工作占空比来控制燃油蒸气被吸人量。影响EVAP电磁阀工作的因素有发动机起动后运行的时间、冷却液温度(ECT)、车速(VSS)、节气门角度(TP)。四、废气再循环(EGR)系统废气再循环也称排气再循环，废气再循环(EGR)阀将排气管中的少量废气送回燃烧室，使燃油/空气混合