现代汽车发动机基础1

现代汽车电控发动机 磁感应型的CKP传感器 磁感应型的CKP传感器产生正弦交流信号 它不需要外界的点源 当信号轮的每个齿转过传感器时 就会产生一个正弦交流信号 信号轮转的越快 正弦信号的幅值就越大 传感器和信号轮的距离是一个很关键的因素 距离越大 信号越弱 信号线是相互扭在一起的 并包以屏蔽线来防止其外界的干扰信号 JB车型的CKP在怠速时显示 3 9V的信号 Hall效果 霍尔式CKP CMP原理 霍尔原理 磁感应式 原理 利用电磁线圈产生的脉冲信号来确定发动机转速和各缸的工作位置 曲轴位置传感器视频 CKP CMP传感器 功能 ECM使用CKP磁感应式传感器的信号计算发动机转速 来控制喷油时间 点火时间 误点火 CVVT的可变气门正时 CMP是霍尔式的IC传感器 并向ECM传递信号 和CKP信号一起判定TDC的位置 相关的DTC P0016 P0335 P0336 P0337 P0338 P0339 P0340 P0341 P0342 P0343 电路图 现束连接器 CKP CMP传感器 同步信号 hi dsscan当前数据中的同步点 CKP CMP Syncro State CKP CMP 是ECM对同步关系的逻辑判断 ON 意味着没有同步故障 在出现启动故障时 这个信号非常有用 凸轮轴位置 camshaftposition 是针对CVVT的检查点 最初它显示 8deg 右侧图中的数据将会改变 信号输出电压 CKP与CMP波形 MAF传感器 功能 MAF传感器将发动机吸入的空气量转换成电压信号传送到ECM ECM需要知道空气来计算发动机负荷 在计算喷射多少燃料 喷射时间 和变速箱的换档时间时都需要这个信号 Siemens热膜式MAF使用在JB车中 在怠速时 显示1V左右 意味着约8 2kg h 相关DTC P0068 P0100 P0101 P0102 P0103 P0112 P0113forIATS 电路图 现束连接器 在怠速时 MAF显示1V左右 意味着约8kg h或更少的空气流量 当遇到与燃油有关的问题时 检查此值 信号输出电压 MAF TPS MAF传感器波型 结果讨论 当用1 5V模拟时 在怠速时 通常显示1V左右 ECM被这个假信号欺骗 即使实际上被吸入的空气量与以前相同 喷射时间被延长了 造成空燃比过浓 并使短期燃油修正为负值 如果发生相同的问题 没有与MAF相关的DTC 但可能会产生与短期燃油修正相关的DTC 当然有的车辆有合理性检查的这一功能 它将会有MAF的DTC 为了要检查MAF是否正常 模拟是很有用的 另外也以能检查控制配线 MAF传感器模拟 在MAP里 在参考压力腔中有一个硅膜片 膜片的一侧是参考压力 完全真空或某一较准值 另一边是要测量的压力 膜片的电阻随压力变化而改变 ECM测量电压值 下图显示的是ECM的A D转换器的功能 A D转换器和故障诊断 MAP传感器 功能 进气歧管的压力直接与发动机的负荷有关 ECM需要知道进气歧管压力来计算汽缸的进汽量 在点火时 它基本显示4 3V 100kPa 的大气压力 当发动机运转时 它显示1 4V左右 35kPa 当它有故障时 此信号被TPS和发动机转速信号取代 相关DTC P0106 P0107 P0108 P0112 P0113forIATSensor 电路图 现束连接器 MAP传感器 当转到IgON的时候 通过MAP ECM首先识别大气压力 正常值约4 2 4 3V 这样 可以检查MAP是否失效 将解码仪选数据流中MAP传感器的项目 在上述情况下检查是否4 2V左右 信号输出电压 MAP TPS MAP传感器波型 结果讨论 当用1 5V模拟时 在怠速时 通常显示1V左右 ECM被这个假信号欺骗 即使实际上被吸入的空气量与以前相同 喷射时间被延长了 造成空燃比过浓 并使短期燃油修正为负值 如果发生相同的问题 没有与MAP相关的DTC 但可能会产生与短期燃油修正相关的DTC 当然有的车辆有合理性检查的这一功能 它将会有MAF的DTC 为了要检查MAP是否正常 模拟是很有用的 另外也以能检查控制配线 MAP传感器模拟 TPS传感器 功能 TPS安装在节气门阀体上 并把节气门的角度用可变电阻转换成电信号 电位计 当节气门打开 输出信号的电压增加 ECM使用这个信号识别发动机状态 怠速或WOT A F修正 动力增加修正和断油控制等 正常的电压范围是0 2到4 8V 在怠速时 JB车是0 3V P0068是在MAF和TPS之间的发动机负荷合理性检查 NAS 产生的故障码 相关DTC P0068 P0121 P0122 P0123 电路图 现束连接器 即使没有怠速开关信号 ECM也会使用逻辑判断发动机是否在怠速状态 在右图中 由于软件的问题 解码仪的数据流项目中 Adaptedthrottle 显示一个错误的数值 正常值应该是10 左右 信号输出电压 TPS传感器 结果讨论 为了要检查MAF是否正常 模拟是很有用的方法 它可以同时检查几项内容 首先 可以检查控制线束 因为模拟时 信号是从检测仪 而不是传感器输入到ECM 而且可以模拟车辆的实际反应情况 当进行表中的TPS模拟时 点火信号被提前了 这引起发动机转速和ISA打开的占空比增加 TPS0 6V表示不再是怠速了 这时ECM的主要控制目的是增加扭矩 TPS传感器模拟 氧化锆式氧传感器 使用氧化锆式氧传感器 它由氧化锆 铂电极和一个加热器组成 氧传感器比较大气中和排气中的氧含量 产生电压信号 氧化锆元件一侧暴露在排气流中 另一侧通过导线与大气相连 每一侧都有一个与氧化锆元件相连的铂电极 铂电极传导产生的电压 铂电极或氧化锆元件的污染或腐蚀可能会减小电压信号输出 当排放氧含量高时 氧传感器输出电压低 当排放氧含量低时 输出电压高 排气流和大气之间的氧含量差别越大 电压信号越高 根据氧含量 ECM能确定空燃比浓或稀 从而调整燃油混合气比率 浓混合气几乎消耗所有的氧气 所以电压信号高 在0 6 1V范围内 而稀混合气意味着在燃烧后剩余氧含量较高 所以电压信号低 在0 4 0 1V范围内 在通过化学方法计算的理论空燃比 14 7 1 的状态下 输出电压接近0 45V 传感器电压 空气 废气 PT 外电极 PT 内电极 相关DTC P0031 P0032 P0036 P0037 P0038 P0135 P0141是加热器失效 P0130 P0134 P0136 P0140是氧传感器失效 P0171 P0172是断油失效 P0420是三元催化失效P2096 P2097 P2232是三元催化失效 后氧传感器 氧传感器 电路图 现束连接器 过量空气系数 氧传感器相关的DTC很多 了解他们的功能很重要 后氧传感器位于催化转化器的后侧 检查催化器是否正常工作 在没有加速或减速情况下 催化转化器后氧密度必须在规定范围内 输出电压为0 5V左右 如果后氧传感器输出与前氧传感器输出类似 说明催化转化器性能不良 氧传感器波型 加热器电阻 数据流分析 Frt 8 6 Rr 9 4 氧传感器数据流 短期燃油修正 功能 影响最终喷射持续时间的燃油修正值有两类 即短期燃油修正和长期燃油修正 长期怠速或长期部分负荷 可以通过hi dsscan当前数据进行观察 短期燃油修正 是根据氧传感器的反馈 在基本喷射持续时间上加或减的临时值 长期燃油修正是计算基本喷射持续时间的一部分 它储存在ECM的存储器内 因为短期燃油修正以氧传感器的反馈为基础 所以它仅在闭环控制中有用 它迅速地反映氧传感器的变化 如果短期变化接近0 只需稍微校正或无需校正 当短期百分比值为正值时 ECM通过增加喷射持续时间增加燃油 当短期百分比值为负值时 ECM通过缩减喷射持续时间减少燃油 短期值是临时值 点火开关OFF时删除 同时短期值用于改变长期燃油修正 当短期值持续低于或高于期望值时 ECM在长期燃油修正上加上或减去此值 短期燃油修正 当短期燃油修正显示正的15 6 时 它意味着燃油调整地过长 下次的喷射时间也会被影响而加长 这时应该检查是否有空气泄漏 点火是否正常等 氧感应器显示不平顺的波型 则反映了燃料调整的问题 空燃比没有问题时 应该显示平整的信号 一般来说 发动机的转速在1500 1800rpm时 测量的信号比较准确 短期燃油修正 长期燃油修正 长期燃油修正 长期燃油修正储存在ECM存储器内 因它是计算基本喷射持续时间的一部分 点火开关OFF时不会将其删除 它影响闭环控制和开环控制时的喷射持续时间 ECM使用短期燃油修正值改变长期燃油修正值 它不能对瞬间的变化做出迅速的反应 仅在ECM决定使用短期燃油修正值改变长期燃油修正值时发生变化 如短期燃油修正一样 当长期值为0 时 表明基本喷射持续时间无需修正 正百分比表明ECM要增加燃油喷射量 而负百分比表明ECM要减少燃油喷射量 长期用于在发动机工作的整个范围内控制喷射持续时间 它分为两类 长期怠速和长期部分负荷 在小于920rpm且空气量为24kg h时监测为长期怠速 因为吸入空气量相当少 要利用加或减控制 与长期怠速不同 在发动机负荷的30 75 且空气量为40 200kg h时监测为长期部分负荷 为此利用多重校正控制 右图是和燃油修正有关的项目 当遇到燃油修正有关的问题时 要仔细检查这些项目 行驶纪录功能在实车测试时非常有用 使用hi scanpro的记录功能 可以以占空比的型式记录氧传感器的信号 如果发动机工作在理想空燃比附近 会记录下平坦和稳定的信号 如果不是 记录的波型会想左图一样抖动 长期燃油修正 燃油修正数据流 使用TPS的WOT测试 方法 联合TPS传感器 检查氧传感器的反应时间 首先进入断油状态 增加发动机转数到约4000rpm 再突然松油门进入断油状态 当发动机的rpm到达约2000 踩下油门WOT 在氧传感器的显示中 在断油时 是混合汽过稀 当WOT时 是混合汽过浓 这样 可以测试从过稀到过浓的氧传感器的反映时间 一般来说JB车型是200mS 300ms 氧传感器反应检查 反映时间 50ms反映时间测试是另一种诊断氧传感器的方法 使用解码仪的示波器的功能 测量氧传感器从低到高 0 3到0 6V 的反映时间 反映时间 110ms但是对反映时间 没有特定的参数值 需要比较各种试验结果 一般 从高到低的反映时间比从低到高的时间稍长 爆震传感器 功能 爆震现象主要是不良的震动和噪声 它可能造成发动机的损坏 爆震传感器安装在缸体上来检测发动机的爆震 从缸体上传来的爆震震动的压力传递到压电元件上 ECM检测爆震传感器的幅值和频率 来控制点火时间 当爆震发生时 推迟点火时间来避免爆震 相关DTC P0326 P0327 P0328 P1550 P1556 线束连接器 MBT 最小点火提前 以产生最佳扭矩 是点火时间的调整以产生最大扭矩 而且点火时间被安排在紧临爆震的位置 没有爆震控制 点火时间会安排在滞后的位置 它不会产生最大扭矩 这是为了要确保稳定性 所以产生比较低的扭矩 另一方面 使用爆震传感器 点火点可以设定在爆震范围附近 从而有效的提高发动机的输出 爆震在缸体中产生高频率 5 10khz 的震动 爆震传感器安放在缸体的外壁上 也能感应到相同频率的振动 爆震传感器的输出信号包含各种不同的频率成份 选通的滤波器过滤信号 然后用此信号来判断爆震 爆震只在燃烧的气缸中发生 因此只在爆震判定时期内进行判断 这样避免由于噪音引起的误判断 当爆震被发现的时候 ECU推迟点火 然后在一定时间内没有爆震发生的情况下 慢慢提前点火角 构成反馈控制 最大滞后范围 12 当发生爆震时 首先推迟3 然后以0 75度的步幅提前角度 爆震控制 当爆震发生 点火时间被推迟 同时会显示DTC 1 的点火角和50rpm的效果类似 所以点火时间推迟意味着动力损失 当严重的爆震发生时 活塞或其他运动部件可能会严重损坏 左图是和爆震传感器相关的项目 如果爆震发生 点火时间被推迟 比较正常值和爆震传感器损坏时的值 爆震传感器 NTC电阻 ECM需要温度信息来调整多种系统 正常的发动机工作温度和将这些温度正确地输入ECM非常重要 为喷射适量的燃料 ECM必须知道正确的发动机温度 温度传感器在测量发动机冷冻液的温度 ECT传感器 进气温度 IAT传感器 和CVVT系统中的机油温度 OTC传感器 在AlphaII发动机中 没有OTC传感器 在Alpha二代1 6发动机中 IAT集成在MAP中 IAT在冷启动时检测大气温度 当发动机热机后 检测进气温度 当它发生故障时 ECM在应急模式下将使用默认值 IAT传感器 IAT集成在MAF中 当IAT显示过热的温度 喷油量会被限制 导致空燃比过稀 但在通常情况下 它对发动机的控制没有很大的影响 输出信号电压 1 6CVVT ECT传感器 功能 ECT传感器测量发动机冷冻液的温度 在计算点火时间 喷射时间 可变气门正时和变速箱的换档时间时ECM都需要这个信号 ECM总是检查这个信号 看是否是发动机的正常温度 相关DTC P0117 P0118 线束连接器 ECT值可以很容易的从hi scanpro里看到 当温度低时 会增加喷油以补偿热壁效应 如果不对这种低温下的缺少燃料的情况做补偿 启动会被滞后 或者会发生启动困难的情况 输出信号电压 ECT传感器 结果讨论 ECM被假信号欺骗 一般 当温度低时 会增加喷油以补偿热壁效应 热壁效应是指由于燃油温度低 喷射进气缸的燃油粘在气缸顶部和气缸外的进气道上 温度低时 燃油也不容易流动 由于同样的原因 点火时间也被提前 这样发动机的转速会不规则上升 ECT传感器模拟 冷却扇控制逻辑 冷却扇控制 如果ECT超过118 压缩机关闭 温度延迟 7 发动机转速0及IGoff时 风扇必须关闭 冷却风扇 1EA PWMcontrol 如果ECT 冷却水温传感器 超过115 压缩机关闭 ECThys 7 ECT安全模式 Duty90 Fan 100 PWM PWM控制 ECT hys 2 车辆速度 hys 5Km h PWM控制逻辑 PWM系统结构 FET FieldEffectTransistor 发动机一般 PWM PulseWidthModulation 功能 输入 输出占空比 平稳启动 PWM PulseWidthModulation 电压补偿 20 100 90 20 100 输入占空比 输出占空比 8V 13 5V 16V PWM PulseWidthModulation 异常信号 发现电机锁死 防止起火和电机损坏 电机锁死探测范围 duty超过30 持续对电机是否锁死进行检查 PWM PulseWidthModulation PWM通信错误 当PWM失效是 向PCM发送信号 当检测到电机锁死3次后 向PCM发出低电平信号 使用信号线 OTS 技术特征 方式 NTC热敏电阻 工作温度 40 170 电阻 20 16 52 20 2 45 80 0 2889 它装在缸体上检测机油温度 根据油温传感器温度变更OCV控制CVVT系统 OTS Pin分配 VSS传感器 功能 VSS对ECM计算车辆速度来说是一个关键的部件 对A T车辆尤其重要 VSS也用于计算AT的换档模式和换档时间控制 与传统的VSS不同 VSS信号仅用于仪表盘显示 当点火开关转到ON位置时 ECM自动从相关的传感器测试VSS信号 对没有OBD2调整 EOBD 和ABS系统的车辆 ECM和仪表盘同时使用VSS传感器的信号 如果不是 VSS的信号仅用于仪表盘 相关DTC P0501 线束连接器 VSS波型 hi scanpro中显示的车速值是从WSS得到的 所以 即使断开变速箱上的VSS 显示值也不会受影响 但是 仪表盘受到影响 基本RPM和合理性检查 上图显示了ECM中点火时间和基本怠速rpm的控制图 当温度低时 点火时间提前 造成发动机转数增加 1度的点火提前 基本相当于50rpm 因为空燃比的关系 当在低温范围中时 它变成过浓的情况 左图表示了OBD2系统中的合理性检查 在驾驶一定距离后 检查ECT的输出值 如果在目标值和真实值之间出现特定的差别 会判定ECT故障 空燃比 点火区间 基本怠速的RPM 冷却液温度 空燃比 点火时间 RPM ETC 电子节气门 系统是由ETCDC电机 节气门 节气门位置传感器及APS来组成 APS和TPS都有两个传感器例如APS1 APS2和TPS1 TPS2ETC系统的一个大的优势是优良的怠速控制 它没有怠速控制装置DC电机直接的控制节气门 例如ISA或不仅电机 DelphiETC有下列特征 优良的怠速控制 巡航控制容易 防止结冰控制 响应性快 减少工作噪音 DC电机工作电压 8 16 5V TPS工作电压 4 5 5 5V ETC系统 位置传感器 驱动电机 位置反馈 TPS1 2 PCM APS1 2 电子节气门 驾驶员意图 ETC系统 系统布局 CAN ESP单元 扭矩减少要求 ETC系统 解释 ETC系统 TPS特性 ETC系统有两个TPS 它们分别是TPS1和TPS2 TPS1的输出电压是0V到5V TPS2的输出电压是5V到0V APS特征 APS1是主信号APS2是备用信号 APS2的输出信号是APS1输出信号的一半 APS1输出0 7 0 8V时APS2输出0 29 0 46V ETC系统 TPS Pin分配 ETC系统 APS APS 4 6 2 5 3 1 Pin分配 APS DelphiEMS4个主要的limphome功能 强制怠速 限制功能 转速 动力管理 停止发动机强制怠速是ECM不了解驾驶员意图或不稳定或A D转换器故障或ECM内部问题发生时ECM转到强制怠速模式 此时任何的加速运转不能发动机转速上升 转速固定在怠速状态 跟强制怠速和动力管理不同点是主要TPS故障得出的 目前为之ECM没有任何的TPS信号时发动机转速及MAF值来反馈控制 在动力管理条件下燃油切断使相应气缸导致粗暴工作怠速不稳 此时发动机转速限制在4000转内 发动机停止 一般TPS或DC电机发生问题或MAP和MAF同时故障时立即停止发动机 ETC系统