上海大众1.8T发动机电控管理系统及故障检修

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3、輒毗工业出版ii. 2014阵平W j j j j j j j j j j j j j3.发动机电控系统的故障诊断与排除，,123.1传感器、执行器原理及检测，,123.2检测与诊断,1 ,144.凸轮轴/曲轴位置传感器,254 1功用254.2电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器，,264.3丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器,264.4霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器,274.5触发叶片霍尔式曲轴位置传感器,274.6光电式凸轮轴/曲轴位置传感器,285. 怠速控制系统,285.1怠速控制系统的功能,285.2 怠速空气提供方式,295.3怠速控制系统的组成,295.4 怠速工况的识别,305.5怠速控制

4、执行元件的类型和工作原理、检测方法,305.5.1 步进电机怠速控制阀,30旋转电磁阀型怠速控制阀,326. 纟口？论,34参考文献,34至致谢341上海大众1.8T发动机电控管理系统1.1进气系统空气流量传感器：空气流量传感器安装在空气滤清器与节气门之间。其作用 是测量发动机的进气量，ECU通过它与曲轴位置传感器发出的信号确定基本喷油 持续时间和基本点火提前角。PASSAT1.8T、2.0用的都是HFM5型热膜式空气流量计。这种空气流量同样 是利用氧分子通过发热元件表面带走热量的原理测量进气量的，但它的精度更高， 并且可以通过热膜前后两个测量区的温度传感器所测出的正或负的温度差来判断出 空气

5、的流向。适用于当今对性能和排放要求越来越高的汽车行业，如图1所示。根据发动机不同的排量，其测量管也有不同的直径规格，覆盖的测量范围为 370970kg/h。测量管装在空滤后节气门前。测量管前端有滤网。而B5 1.8T安装位置在空气滤清器里面。在FHM5空气流量计上还集成了一个温度型热敏电阻， 然而 B5 Touran1.8T上都取消了该电阻的信号（如图1、2所示：touran的A5#及B5的1#均 取消），转而用了节气门上的一个温度电阻代替 ，也就是测量经过中冷器后得气体 温度。其实在测量进气质量时该电阻温度信号并无用处，是对喷油量进行修正。该类空气流量计的工作原理是：流量计末端有一个C型通道

6、，暴露在C型通道中有一块片状加热元件，加热元件分为前端和后端，并且加热元件自身保持一定 的温度，其前端和后端均有一个热敏电阻检测这两端的温度。当空气流进C型通道时前端的温度被空气分子带走，温度降低，而后端被加热电阻加热过的空气加 热，因而前后端产生温度。在流量计的中部有集成电路板将这温差转化为电压信号 （约为05V），传输给ECU。中部的电路板基座为陶瓷，背面是散热片。与HFM2型的通过测量补偿电流来确定进气量的不同在于，HFM5通过比较前后流量个信号的差，这个差可能是正的也可能是负的，由此可以判定出空气流量的 方向。Toura n 1.8T用的也是热膜式，通过采集电压信号来测量进气质量，与B

7、5不同的是输出的电压信号不同，变化范围也不同，无法测量进气方向，如图2所示。图1 B5 1.8T空气流量传感器 图2 Touran 1.8T空气流量传感器电子油门：在B5与Touran上用的是电子油门踏板而非过去采用的拉索 式。虽然B5与Touran的油门踏板安装的方式不同但他们的工作原理是相同的， 均势采用电位器作为测量踏板角度的传感器。在通电的情况下电位器产生一个与踏 板位置有关的电压。然后根据 ECU中预存的特性曲线将电压转换为踏板的位移或 角度位置，如图3所示。为了能方便的鉴别出电位传感器的好坏，采用了两套电位器。踏板转到任一角度，第一套输出的电压信号始终是第二套的2倍。在B5和Tou

8、ran上的踏板电源为5V，第一套输出信号在 之间。Touran的油门踏板底端有个限位装置，将限位装置踩到底的话电压为5V，如图4所示。图 4 Touran 1.8T图 3 Passat 1.8T电子节气门：作为进气系统得一个执行元件起着很大的作用。节气门的开 度决定着进气量的大小，也就是发动机的负荷通过油门踏板的信号以及发动机当前的工况，ECU发出指令，控制节气门的开度。电子节气门正因为是受 ECU控制的而非过去的拉锁试和编码，它的动作情 况并非单纯的取决于油门踏板的角度，因此冷车启动的时候不需要踩油门；怠速不 稳情况下自动提高转速；急加速时，根据驾驶员踩踏板时的强度加大节气门开度， 等等。它

9、的结构分为2个部分：一个电机与两组电位器。电机是一个执行机构它的作用就是调节节气门的开度。而电位器则是将节气门开度转换为点压信号传给 ECU，告诉ECU节气门的开度。采用2组电位器的目的和油门踏板是一样的，防 止故障和便于诊断。两组输出的电压之和始终是 5V，如图5、6所示。图 5 Passat 1.8T图 6 Touran 1.8T1.2供油系统喷嘴：B5和touran用的都是高阻（15Q）型喷油器。内部是电磁线圈和针 阀，通电后电磁线圈吸起针阀进行喷油，如图7、8所示。另外，他们都采用了多点喷射，每个喷嘴单独有ECU控制，这样可以精确的控制空然比，改善排放。喷油量的大小是由针阀开启持续时间

10、来控制的。而开启持续时间又是由发动机 负荷即进气量来决定的，通过进气温度、lambda，水温，转速等修正。氧传感器：为了排放的需要使三元催化器工作在一个最佳的状态，电控发 动机采用了 lambda闭环控制，把A控制在1左右。B5与toran的在三元催化器前后各有1个氧传感器，前氧和后氧。前氧：为6个引脚的平面型宽带传感器。它的信号输出是连续的。由以下 结构图可以看出它是由 能斯特测量室、氧泵、加热元件组成的。加热元件将氧传 感器加热到工作温度一般为900度，同时减小排气温度对传感器的影响。能斯特测量室分为基准室和扩散室，材料为二氧化锆：基准室与大气相通用于 测量大气中的氧含量，扩散室与排气管相

11、通用于测量废气中的氧含量。通过基准室 和扩散室的含氧量能够确定一个基准。在扩散室中有一个能斯特电极与氧气泵电极 对应。当废气中的氧含量较高即混和气过稀时，扩散室中的氧量低于这个基准的，能 斯特电路产生正电流氧泵工作，将多于的氧分子排出扩散室，以保持这个基准。反 之则产生负电流。ECU通过测量这个电流的电压修正喷油量。另外，氧传感器还指挥着 AKF阀的开启与关闭，让活性碳罐中油气参与燃烧。图 7 Passat 1.8T图 8 Touran 1.8T后氧：通过后氧检测三元催化器后的废气含氧量，这样可以鉴定三元催化 器的工作状况这种氧传感器建构较简单。利用二氧化锆的特性一氧气浓度差会产生电荷的流 动

12、一这一特性，将传感器头外部装入排气管，内部有小孔与大气相通。其产生的电 压是阶越式的，由于不适连续性的无法精确的测量氧含量，只能表达过浓或过稀， 如图9、10所示。图 9 Passat 1.8T图 10 Touran 1.8T当然为了保证发动机的动力性能在以下这几种工况下，氧传感器不施行闭环控 制：发动机启动期间启动后加浓期间大负荷加浓期间水温低于规定值 断油时。1.3点火系统曲轴位置传感器：位于曲轴箱内曲轴末端与一个金属齿轮配套。它是一个 非常重要的传感器，ECU没有这个传感器的信号发动机就不会运作。通过它可判 定一缸上止点位置以及转速信号。ECU需要这两个信息确定喷油及点火时刻。它的内部是

13、一块永磁铁和一组线圈。曲轴旋转时金属齿轮旋转，齿轮上的齿切 割永磁铁的磁力线，产生感应电动势，线圈产生感应电流，输出脉冲电压。在金属 齿轮上止点处有一段是没有齿的，无法产生感应电动势，ECU把这一段无脉冲信号作为一缸上止点信号，如图10、11所示。图 10 Passat 1.8T图 11 Toura n 1.8T凸轮轴位置传感器：位于凸轮轴前端。这个传感器可以判别出每缸的位 置，并配合曲轴位置传感器定位出点火提前角，以及喷油时刻它运用霍尔原理，当金属片阻断磁力线时传感器发出 5V的高频信号，没有阻 断时则发出低频信号。而金属片是凸轮轴上的一个盘，它有 4个齿，这四个齿是由 大到小排列的，因此每

14、个缸对应的高频信号持续时间都是不同的， ECU根据这个 原理来判定下缸的位置。同时确定点火提前角，如图 12、13所示。图 12 Passat 1.8T图 13 Toura n 1.8T爆震传感器：位于缸体外部，12缸，34缸之间。它是一个检测发动机爆震 情况的传感器，是修正点火提前角的一个参数。爆震是发动机气缸内的火焰传递速 度不均衡导致的，它对发动机的气缸会造成破坏，同时影响扭矩等性能。然而如果 一点都没有爆震的话发动机的功率也会受影响。因此，控制好爆震是很有意义的， 如图14、15所示。怎样控制好爆震，有效地手段就是控制点火提前角。当爆震信号过强时，ECU减小点火提前角，爆震过弱时增大点

15、火提前角。就这样周而复始的循环着。爆震传感器的内部结构：内部有环形配重快以及压敏元件，当有震动时配重块 挤压压敏元件产生一定的电压。范围约在 0100mV。图 14 Passat 1.8T图 15 Toura n 1.8T2进气系统检修2.1进气系统的组成图16进气系统的组成每循环充气量的传感方法可以分为间接法和直接法两种:空气密度法（直接检测方法）速度密度法（间接检测方法）图17 L型和D型发动机的结构示意 空气密度法（直接检测方法）：采用该种方法直接利用空气流量（MAF ）传 感器所提供的信号来代表进气量，采用这种方法检测进气量的发动机称为 L型电控 发动机。 速度密度法（间接检测方法）：

16、利用装在进气歧管上的进气歧管绝对压力（MAP ）传感器所提供的压力信号，再结合进气温度信号（IAT ）、发动机转速 信号（RPM ）、估算的容积效率（VE ）和废气再循环量（EGR ） 起，采用速 度密度公式来换算出进入发动机的空气量，采用这种方法检测进气量的发动机称为 D型电控发动机。D型EFI空气供给系统：1-空气滤清器；2-稳压箱；3-节气门体；4-进气控制阀；5-进气室；6-真空 罐；7-电磁真空阀；8-真空驱动器；9-怠速控制阀。图18 D型EFI空气供给系统L型EFI空气供给系统:1-空气滤清器；2-空气流量计；3-进气连接管4-节气门体；5-进气室图19 L型EFI空气供给系统2

17、.2空气流量计空气流量计的类型 空气流量计的安装位置图20空气流量计的安装位置空气流量计的类型叶片式空气流量计r空气流量计卡门漩涡式空气流量计 热线和热膜式空气流量计热线式空气流量计热线式空气流量计的类型图21热线式空气流量计的安装位置（a）旁通测量方式（b ）主流测量方式热线式空气流量计的组成（a铂金热线电阻（正温度系数电阻）一感知空气流量（b温度补偿电阻（冷线，负温度系数的电阻一感知进气温度（c控制线路板（d 壳体图22热线式空气流量计的内部组成 图23热线式空气流量计的信号特征 热线式空气流量计的工作原理热线温度与吸入的空气温度差保持在恒定图24热线温度与进气温度差图25热线式空气流量计

18、的电路原理1500r/min1s,使附在热线上的粉图26热线式空气流量计结构和工作原理（主流测量方式） 热线式空气流量计的自清洁作用热线式空气流量计都有自清洁功能，即：发动机转速超过，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到 1000 r以上并保持约 尘烧掉。热膜式空气流量计图27热膜式空气流量计 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。 增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性。卡门旋涡式空气流量计卡门涡流的形成卡门旋涡式空气流量计的基本原理卡门涡流频率（f ）=常数（0.2） 乂空气流速（V/涡流发生器直径（d

19、）空气流 量Q =空气流速（V ） 流通截面积（A ）卡门旋涡频率的测量方式有光学式和 超声波式两种。光学式卡门旋涡空气流量计图29光学式卡门旋涡空气流量计图28卡门旋涡空气流量计超声波式卡门旋涡空气流量计图30超声波式卡门旋涡空气流量计3发动机电控系统的故障诊断与排除3.1传感器、执行器原理及检测 电控系统的基本组成： 供油系统供油系统组成：包括油箱、油泵、滤油器、油压调节器、分配管、喷油器 等。供油系统功能：供油、滤油、调压、喷油。进气系统 进气系统组成：包括空气滤清器、进气主管、节气门、怠速旁通道、怠速 空气调节器等。 进气系统功能：滤清空气、计量、调节和均匀分配。控制系统 控制系统组成

20、：包括电脑 ECM、主继电器EFI、10个传感器和10个执行元件。（结构如图31、32所示图31控制系统的组成图32传感器及执行器元件电控系统十个传感器及作用：点火正时和曲轴位置传感器IGT/NE :检测活塞上止点TDC的信号，以便点火和喷油。它多装在曲轴的前端或后端，或 在分电机中。转速传感器SP :产生曲轴转速和转角信号，它多和 IGT/NE信号发生器成 为一体。节气门位置传感器TPS :产生节气门开度大小和快慢的信号，它在节 气门轴的一端，与轴同步动作。压力传感器MAP :测出进气管中的负压值，度量喷油的多少。它可直接固 定在进气管上，或在其它位置用软管与进气管连接。氧传感器0X :安装

21、在排气管上，监控废气中的氧的含量，以便调节空燃 比的大小水温传感器CTS :监测发动机水温的高低，多装在水温较高的气缸盖上。气温传感器ATS :监测进气温度的高低，多安装在进气主管上。车速传感器VSS :提供车速信号，多安装在变速器输出轴后端。爆震传感器KNK :监测爆震信号，调节点火时间，多安装在燃烧室附近的 气缸盖上电控系统十个执行器及作用：电动油泵FP :多淹没在油箱内或油箱外的底部排油、排气、升压、便于喷油雾化。喷油器INJ :安装在各缸的进气歧管上或节气门体中。在恒压下定时喷油、定时断油，提高雾化质量，改善燃烧条 件。废气再循环装置EGR :多安装在进气主管附近，控制 NOx的生成量

22、。真空电磁阀VSV :安装在机体后方隔板上，多用来开闭执行器元件的真空 管路，控制范围较多。怠速空气调节器IAC :多跨接在节气门的前后方，调节高、低怠速的进气 量，保证平稳运转。空调系统A/C :发动机额外的负载，调节车内的温度。点火器：接收ECU的点火信号，使点火线圈通断产生高压电。碳罐电磁阀：使碳罐及时地在中等负荷工况投入工作，对油箱中的燃油蒸气 充分利用和回收风扇继电器：使电动风扇根据水温的高低，及时运转，控制发动机正常温 度。仪表显示器：使仪表盘中的各种仪表显示，供驾驶员对汽车的各系统及时 监控。如果打开点火开关，仪表不显示，发动机就难以着火运转。3.2检测与诊断321电动汽油泵的检

23、测：电动汽油泵为不可拆式，只能一次性使用。工作电压多为 12V ;绕组和炭 刷的电阻值为0.20.3愆油压为200 350kPa;流量为80 120L/H为好，这是 检验汽油泵好坏的依据。在分配管的测压孔上接油压表，静态油压应略高于动态油压。夹住调压器上 的回油管，油压应升高100kPa，转速上升100r/min以上为好。如转速不上升，说 明油泵失效。熄火后，分配管内的油压应保持 5min不降低为好。否则，说明调压器、油 泵中止回阀门的功能失 效，应更换新件。汽油泵的故障：汽油泵故障的征侯是起动困难、怠速不稳、加速不良、行驶无力、走走停 停、停停走走、夏季故障高于冬季（热气阻影响）。脏堵造成的

24、泵油量降低。泵油能力衰退或失效多为滤油器脏堵或接反，有时因加油不及时性，造成热 负载加大。炭刷、弹簧、换向片、绕组发热、磨损加大、电阻值变大、转速下降、 油压和油量下降而失效。图33电动汽油泵油压调节器工作原理:油压P夹住调压器上的回油管，油压应升高。其工作原理是油压P、弹簧力F、进气管真空度 Px的相互作用其关系如下：喷油压力=P+A P x n寸回油,回油是经常的,定压250kPa。喷油压力=P+A P x寸停回，熄火后储压，定压250kPa。喷油压力=+ P x =F时阀门维持一定开度定压250kPa。图34油压调节器工作原理油压调节器的故障： 膜片弹簧疲劳：回油过多，分配管内油压过低，

25、喷油量和雾化质量变差。卡 住回油管，压力又正常，说明汽油泵和滤油器无问题，应更换调压器。 膜片破漏：汽油流入进气管中，造成空燃比极浓时冒黑烟，严重时发动机窒息。膜片和阀结胶、硬化、发卡：会造成油压过高，排气冒黑烟故障喷油器的检测：当喷孔的断面、喷油压力一定时，喷油量的多少决定于喷油持续时间的长 短，即电磁线圈中脉冲电流信号的宽度。这是衡量喷油控制电路好坏的重要依据。当脉冲电流宽度一定时，贝帧孔的端面、喷油压力是喷油量多少的关键因 素。这是清洗喷油器和更换汽油泵的重要依据。喷油时脉冲宽度的大小，是多个高频喷油信号的组合，不是一次完成的，其 叠加量之和谓喷油脉冲宽度”。喷油器的检测参数：喷油持续时

26、间 28ms ;稳定电流为2A ;针阀的升 程为0.15mm，电磁线圈的电阻值为315Q; 般15s的喷油量为4555mL ; 各缸的差值应小于5mL 0325喷油器的故障:脏堵：碳化物和胶油是脏堵的物质，使循环供油量减少，造成怠速不稳、 加速不良等故障，应适时检查清洗或更换。针阀发卡有4种症状： 不喷油：单缸断电无降速征状。 常喷油：不雾化、冒黑烟；不着火、冒白烟。 滴漏：不雾化、不熄火；断电后1min少于1滴为好。雾化不良：声。升程扩大：锥角、射程不良、怠速游车或冒黑烟，排气管中有不规则的突噜噪声大、喷油关断时间变化失常，喷油量失常。密封圈失效：漏油、漏气图35喷油器图示326热膜空气流量

27、计：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。增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可 靠性图36热膜空气流量计图37热膜空气流量计实物图J220热膜空气流量计的检测：检测参数： V1 E间输入电压12V ;V2 E间输出电压o5V。 对LH AFS检测，可用压缩空气向管中吹气测量：不吹气时 V2、E间的 基准电压为0.81V ;吹气时的随动电压变为2V，吹气口距离的变化，电压也应 随动变化。热膜空气流量计的故障：如发现有怠速不稳、加速无力、熄火等现象时：将SW置OFF，拔下AFS电接头，起动发动机，运转情况反而明显好转，表明AFS应

28、更换新件327进气压力传感器的检测压力传感器分类：有三种，膜盒式进气歧管压力传感器；应变片式进气歧管压力传感器； 电容膜盒式进气歧管压力传感器膜盒式进气歧管压力传感器a、结构图38膜盒式进气歧管压力传感器结构图示b、工作原理：当进气歧管压力变化时，膜盒带动铁芯在磁场中移动，导致感 应线圈的电感发生变化，产生的信号电压随之变化，再将这个随进气歧管压力变化 而变的电压信号送到电子电路，后经检波、整形和放大后，作为传感器的输出信号 送至微机控制装置。感应线圈由两个绕组构成，一个与振荡电路相连，产生交流电压，在线圈周围 产生磁场；另一个为感应绕组，用于产生信号电压。图39膜盒式进气歧管压力传感器工作原

29、理应变片式进气歧管压力传感器图40进气歧管进气压力传感器1半导体应变片；2混合集成电路；3真空室应变片式进气歧管压力传感器工作原理：当硅膜片受力变形时，其中应变 电子R2和R4受拉，电阻值随应力增加；而应变电阻 R1和R3受压，电阻变化则 相反，如此造成惠斯顿电桥失去平衡，有信号输出。此外，进气歧管绝对压力越 大，硅膜片受力变形越大，输出的信号越强烈。图41应变片式进气歧管压力传感器工作原理电容膜盒式进气歧管压力传感器当进气歧管压力发生变化时，氧化铝片弯曲变形，使硅片间的距离随之改变, 从而引起电容的变化1真空腔；2进气歧管；3氧化铝片；4硅片；5引线图42电容膜盒式进气歧管压力传感器进气压力

30、传感器的检测：a、拔下真空管；将SW置为ON ； AC端即输入5V的工作电压。b、用手动真空泵对 MAP施加13.3-66.7KPA的负压（即节气门全开、全闭 时的压力），测出B、C端的随动电压值。其电压值应与绝对压力成正比；与真 空度成反比。c、无真空泵时，就车用真空表，动态下配合测量。或用嘴软管，一般真空度 可达20Kpa左右；对应电压值4.4V为好。 进气压力传感器的故障:MAP是一次性使用的元件，因其本身无摩擦的影响，故障率较少。它最怕漏 气和真空度不正常，真空度直接受发动机密封性能、点火性能、空燃比的影响、故 MAP报警，往往是假性故障，它本身通过检测各工况输出电压值后，应从其它方

31、面排除影响MAP的因素。328怠速空气调节器保证低温起动后的快怠速热起，使发动机转速达1500r/min。此时，ECU根据CTS和ATS的信号多喷油，怠速调节器也应多进气。热起后喷油时减少，进气量也相应减少，维持平稳的低怠速运转额外负荷加大时，又处于快怠速状态或稳定的怠速状态，防止发动机熄火。 额外负荷”是指：空调（A/C）接通、动力转向工作、自动变速器 P/N档开关进入 运行档位、全车电器投入使用等情况，都会造成怠速运转下降200400 r/min不等。节气门位置传感器的作用（TPS）作用：检测节气门的开度及开度变化，此信号输入ECU，控制燃油喷射及其他辅助控制。节气门位置传感器类型：电位计

32、式节气门位置传感器触点式节气门位置 传感器综合式节气门位置传感器电位计式节气门位置传感器图43节气门位置传感器禾U用触点在电阻体上的滑动来改变电阻值，测得节气门开度的线形输出电压， 可知节气门开度。全关时电压信号应约为 0.5V，随节气门增大，信号电压增强, 全开时约为5V。触点式节气门位置传感器由滑动触点和两个固定触点（功率触点和怠速触点）组成节气门全关闭时，可动触点与怠速触点接触，当节气门开度达50以上时,可动触点与怠速触点接触，检测节气门大开度状态，如图44所示。1、节气门位置传感器2、怠速触点3、全开触点4、滑动触点5、节气门轴 图44触点式节气门位置传感器综合式节气门位置传感器如图4

33、5所示。由一个电位计和一个怠速触点组成，工作原理和前两种相同,图45综合式节气门位置传感器 反映了节气门度的大小和动作的快慢，是电脑ECU感知负荷大小的输入信号。它是怠速控制、急加速控制、急减速控制、断油控制、异步喷射、点火提前修 正控制的主要信号。 点火提前角的控制：TPS的IDL为ON时，点火提前角即减小，保证怠速 平稳运转和减少排放污染。 急加速控制：TPS的加速率信号给ECU，调动浓度单元使空燃比变大，同 时增加一次异步喷射，提高了响应性。 急减速控制：TPS的关闭信号，使IDL为ON，产生了断油信号，因发动 机被反拖，转速较高，如转速 N1800r/min时即断油控制，减少污染和省油； N1200r/min时又喷油,保证怠速运转。 怠速控制：怠速触点IDL导通,触发步进电机LAC的电路的而投入工作，保证 平稳怠速运转。 起步加速控制：IDL为ON/OFF,增加一次或多次异步喷射,提高了起步加速性 能.否则,起步加速不平顺