汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,汽车汽油机电子控制系统故障诊断,温福军,汽车汽油机电子控制系统故障诊断温福军,1,学习单元1 基本知识,1.汽油发动机产生动力的三个基本要素,学习单元1 基本知识,压缩过程发生异常，压缩压力就会下降。在很多情况下，压缩压力下降将会引起熄火及起动困难,通过测量压缩压力、检查气门间隙等，就能够掌握大致的原因所在,燃油系统出现异常而不能获得适当的混合气，发动机起动就会变得困难,无燃油或供油不足的主要原因有化油器浮子室无燃油、针阀被粘接、燃油管及滤清器被堵塞、燃油箱盖被堵塞,点火系统的原因是因为不能获得强的火花而熄灭,造成这种现象的主要原因有没有足够的电流、点火正时不对及火花塞故障等,压缩过程发生异常，压缩压力就会下降。在很多情况下，压缩压力下,2.发动机控制功能,发动机电子控制系统（Engine Electronic Control System，EECS或EEC）来完成的，其主要功能是控制空燃比、喷油时刻与点火时刻,。,3.发动机电控系统组成与原理,图3-2 发动机控制系统组成,2.发动机控制功能图3-2 发动机控制系统组成,发动机电控系统组成与原理,发动机电子控制系统由传感器、电控单元和执行器三部分组成。,传感器,是一种信号检测与转换装置，安装在发动机的各个部位,电子控制单元,（Electronic Control Unit，ECU）又称为电子控制器，俗称电脑，简称ECU，是发动机电子控制系统的核心部件，其功能是：根据各种传感器和控制开关输入的信号参数，对喷油量、喷油时刻和点火时刻等进行实时控制,执行器,是控制系统的执行机构，其功能是：接受电控单元的控制指令，完成具体的控制动作，从而使发动机处于最佳的运行状态。,发动机电控系统组成与原理,学习单元2 各控制系统概述,1.电子燃油喷射（EFI）系统概述,电子控制燃油喷射系统通过电脑中的控制程序，还能实现起动加浓、暖机加浓、加速加浓、全负荷加浓、减速调稀、强制断油、自动怠速控制等功能,图3-3 燃油喷射控制,学习单元2 各控制系统概述图3-3 燃油喷射控制,3.电子控制点火提前（ESA，Electronic Spark Advance）系统概述,ESA是与电控汽油喷射装置配套工作的电子点火系统（图3-4）。由电控单元（ECU）来直接控制点火提前角，向晶体管点火器发出点火的信号,图3-4 点火提前控制,3.电子控制点火提前（ESA，Electronic Spar,根据发动机转速和发动机负荷，ESA适时控制点火正时以便发动机能改进功率，净化废气，同时也是一种有效防止爆震方式,。,造成爆震主要有以下几点原因：,点火角过于提前,发动机过度积碳,发动机温度过高,空燃比不正确,燃油辛烷值过低,根据发动机转速和发动机负荷，ESA适时控制点火正时以便发动机,3.怠速控制（ISC）系统概述,ISC系统是控制怠速，当发动机怠速运行时，节气门处于全关位置，即进入发动机的空气量不再由节气门进行调节。,怠速控制的实质就是通过怠速执行器调节进气量，同时配合喷油量及点火提前角的控制，改变怠速工况燃料消耗所发出的功率，以稳定或改变怠速转速,图3-5 怠速控制,3.怠速控制（ISC）系统概述图3-5 怠速控制,4.诊断系统概述,在发动机的ECU中包括一个诊断系统，ECU不断的监测由各种传感器传来的信号。,如果它监测到一个故障的输入信号，ECU用DTC(诊断故障代码)记录该故障并点亮MIL（故障指示灯）。,图3-6 诊断系统,4.诊断系统概述图3-6 诊断系统,电控系统几个电路,1.发动机ECU电源电路,发动机ECU的电源电路一般由点火开关、EFI继电器、线路等组成，当今汽车主要采用二种方式：,1）点火开关控制式,EFI继电器由点火开关控制，当打开点火开关电流进入EFI继电器线圈，使触点闭合给发动机ECU的+B和+B1端子提供电源,图,3-7,点火开关控制式,电控系统几个电路1.发动机ECU电源电路图3-7 点火开关控,2发动机ECU接地电路,发动机ECU包括了以下三种基本的接地电路。,（1）用于发动机ECU工作,的接地电路。,用于发动机ECU工作的接地电路。E1端子是,发动机ECU单元的接地端子，并且通常与发,动机进气室相连,（2）传感器接地电压,（E2,E21）。,（3）用于驱动器工作的,接地电压（E01,E02）,。,图3-9 发动机ECU接地电路,2发动机ECU接地电路图3-9 发动机ECU接地电路,传感器电路大致可分成五类：,1）利用电源电压在发动机ECU内部产生恒定电压（VC）,2）利用热敏电阻（水温传感器THW, 进气温度传感器THA）,热敏电阻阻值具有随温度而变化的特性,图3-10,利用电源电压在发动机,ECU,内部产生恒定电压,传感器电路大致可分成五类：图3-10 利用电源电压在发动机E,利用发动机ECU内部的恒定电压,和电阻R提供电压到热敏传感器，,通过热敏电阻的阻值变化引起,电位变化，由发动机ECU通过检,测电位值的变化来检测其温度的信号,3）利用电路的开启与关闭,a.利用开关装置（IDL,NSW）。,当电压开启和关闭，会使传感,器检测到开关开启/关闭。,图3-11 利用热敏电阻,图3-12,利用电路的开启与关闭,利用发动机ECU内部的恒定电压图3-11 利用热敏电阻图3-,4）利用发动机ECU以外的电源（STA,STP）,当另外一个电器设备启动时,发动机ECU通过检测被提供,的电压值来判断它是否运行，,例如车辆运行时施加了制动，,制动灯开关闭合接通,5）利用传感器自身产生的电压（G,NE,OX,KNK,）,由于传感器自身发电,和输出功率，就不需,要外加电压，发动机,ECU通过产生的电压和,频率来确定它的工况,图3-13,利用发动机,ECU,以外的电源,图3-14,利用传感器自身产生的电压,4）利用发动机ECU以外的电源（STA,STP）图3-13利,电子燃油喷射系统（EFI）,EFI系统组成与基本原理, 电控汽油喷射系统易于控制燃油供给量, 电控汽油喷射可以提高发动机功率, 由于汽油喷射系统不对进气加热，使得压缩温度较低，不易发生爆震，故可采用较高的压缩比来改善热效率, 化油器系统很大程度上依赖进气管的设计，特别是在低温启动时，由于燃油附着在进气管内壁，会使排放增加，还容易引起加速相应滞后,电子燃油喷射系统（EFI） EFI系统组成与基本原理, 电控汽油喷射系统的控制自由度大，对动力性、经济性和排放等可以实现多目标控制, 电控汽油喷射系统具有良好的耐热性能,2.EFI组成与基本原理,电控汽油喷射系统由电控单元（ECU）、传感器和执行器三个部分组成, 电控汽油喷射系统的控制自由度大，对动力性、经济性和排放等,图3-15是电子燃油喷射系统的组成,图3-15是电子燃油喷射系统的组成,电控单元（ECU），它是系统的核心控制元件。ECU一方面接收来自传感器的信号；另一方面完成对信息的处理工作，同时发出相应的控制指令来控制执行元件的正确动作,ECU,传感器A,传感器B,传感器C,执行器X,执行器Y,执行器Z,图3-16 电控汽油喷射系统组成,传感器A传感器B传感器C执行器X执行器Y执行器Z图3-16,EFI进气系统,进气系统组成,EFI进气系统 进气系统组成,功用：,进气系统的功用是根据发动机的工况提供适量的空气，并根据电控单元的指令完成空气量的调节,。,组成：,进气系统主要由空气流量计或进气歧管绝对压力传感器、进行温度传感器、节气门位置传感器、进气歧管、辅助空气阀及空气滤清器等组成,种类：,根据测量空气流量的方式不同，进气系统有质量流量式的进气系统（用于L-EFI系统）、速度密度式的进气系统（用于D-EFI系统）和节流速度式的进气系统三种,功用：进气系统的功用是根据发动机的工况提供适量的空气，并根据,L-EFI（空气流量控制型）,EFI系统采用空气流量计直接测量进气歧管中流入的空气量,该进气系统利用空气流量计直接测量吸入的空气量，通常用测得的空气流量与发动机转速的比值作为计算喷油量的标准,L-EFI（空气流量控制型）,D-EFI（歧管压力控制型）,这种EFI用于测量进气歧管的压力，利用进气空气密度，探测进气量,D-EFI利用进气歧管绝对压力传感器测得进气歧管中的绝对压力，然后根据绝对压力值和发动机转速推算出每一循环发动机吸入的空气量,D-EFI（歧管压力控制型）,进气系统主要零部件的结构及检测,1） 空气滤清器,：电控汽油喷射发动机的空气滤清器与一般发动机的空气滤清器相同,空气流量传感器,空气流量传感器是测定吸入发动机的空气流量的传感器。,常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片,（翼板）式、量芯式、热线式、卡门涡旋式,等几种。下面分别介绍其结构、工作原理以及检测,。,进气系统主要零部件的结构及检测1） 空气滤清器：电控汽油喷射,叶片式空气流量传感器,图3-20 叶片式空气流量传感器的结构,1-进气温度传感器 2-电动汽油泵触点 3-卷簧（回位弹簧） 4-电位计 5-导线连接器 6-CO调节螺钉 7-旋转翼片（测量片） 8-电动汽油泵静触点,叶片式空气流量传感器 图3-20 叶片式空气流量传感器的结,在叶片空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关,图3-23 叶片式空气流量传感器的工作原理,1-滑动臂 2-镀膜电阻 3-空气出口 4-旋转翼片（测量片） 5-旁通气道 6-空气进口,在叶片空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关 图3-23,图3-24 叶片式空气流量传感器电路原理,1-电动汽油泵开关 2-可变电阻 3-固定电阻 4-热敏电阻（进气温度传感器）,图3-24 叶片式空气流量传感器电路原理,汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件,卡门涡旋式空气流量传感器,在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流,根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比,卡门涡旋式空气流量传感器,汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件,反光镜检出式,图,3-31,反光镜检出式卡门涡旋式空气流量传感器,1-,空气进口,2-,进气歧管,3-,光敏三极管,4-,簧片,5-,压力基准孔,6-,涡旋发生器,7-,卡门旋涡,8-,整流栅,反光镜检出式图3-31 反光镜检出式卡门涡旋式空气流量传感,超声波检出式,图,3-32,超声波检出式卡门旋涡式空气流量传感器,1-,超声波发射器,2-,超声波发生器,3-,通往发动机,4-,与涡流数对应的疏密声波,5-,整形后的矩形波（脉冲）,6-,接,ECU 7-,旁通气道,8-,超声波接收器,9-,卡门涡旋,10-,涡流发生器,11-,涡流稳定板,超声波检出式图3-32 超声波检出式卡门旋涡式空气流量传感,图,3-33,丰田凌志,LS400,车卡门涡旋式空气流量传感器与,ECU,的连接电路,图3-33 丰田凌志LS400车卡门涡旋式空气流量传感器与,进气歧管压力传感器,进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统。它根据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成电压信号，输送到电控单元（ECU），作为确定喷油器基本喷油量的依据。在当今发动机电子控制系统中，应用较为广泛的有半导体压敏电阻式、真空膜盒传动式两种,进气歧管压力传感器,图,3-47,半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器,1-,滤清器,2-,塑料外壳,3-MFI,过滤器,4-,混合集成电路,5-,压力转换元件,图3-47 半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器,皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器的检测,图,3-48,半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器与,ECU,的连接电路（皇冠,3.0,）,皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机半导体压敏电阻式进气歧管绝对,图,3-49,传感器电源电压的检测,图3-49 传感器电源电压的检测,图,3-50,拆下传感器真空软管 图,3-51,测量传感器输出的信号,图3-50 拆下传感器真空软管,真空膜盒式进气歧管绝对压力传感器,图,3-52,膜盒式进气歧管绝对压力传感器的结构,1-,膜盒,2-,感应线圈,3-,至进气歧管,4-,铁心,5-,回位弹簧,1-,膜盒,2-,感应线圈,3-,至进气歧管,4-,铁心,5-,回位弹簧,真空膜盒式进气歧管绝对压力传感器图3-52 膜盒式进气歧管,图,3-53,膜盒式进气歧管绝对压力传感器工作原理,图3-53 膜盒式进气歧管绝对压力传感器工作原理,节气门体,图3-56 节气门的外观和结构图,a）节气门体的外观 b）结构原理图,1-怠速调速螺钉 2-旁通通路 3-节气门 4-节气门轴 5-稳压箱（缓冲室） 6-加速踏板 7-加速踏板金属丝 8-操纵臂 9-回位弹簧 10-节气门位置传感器 11-辅助空气阀 12-通冷却水管路 13-缓冲器,节气门体 图3-56 节气门的外观和结构图,图3-57 线性式节气门位置传感器的结构,a)构造 b）内部电路 c）与ECU的连接电路,1-电阻体 2-检测节气门开度用的电刷 3-检测节气门全闭的电刷 Vcc-电源端子 VTA-节气门开度输出端子 IDL-怠速触点 E2-地线 4-怠速触点开关 5-滑动触头 6-节气门位置传感器,图3-57 线性式节气门位置传感器的结构,图3-58 线性式节气门位置传感器输出特性,1-怠速信号（IDL端子输出） 2-节气门开度信号（VTA端子输出）,图3-58 线性式节气门位置传感器输出特性,EFI燃油系统,图3-62 EFI燃油系统构成图,EFI燃油系统 图3-62 EFI燃油系统构成图,1.燃油滤清器,燃油滤清器把含在汽油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂物质除去，防止燃油系统堵塞，减小机械磨损，确保发动机稳定运转，提高可靠性,图3-63 燃油滤清器,a)总体结构 b)滤心元件构造,1.燃油滤清器燃油滤清器把含在汽油中的氧化铁、粉尘等固体夹杂,电动汽油泵,EFI用电动汽油泵,外装串联式滚柱式,内装式,滚柱式,旋涡式,次摆线,电动汽油泵EFI用电动汽油泵外装串联式滚柱式内装式滚,汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件,电动汽油泵控制电路,电动汽油泵控制电路,自动保护功能的电动汽油泵控制电路,图3-67 电动汽油泵控制电路（二）,a）油泵的转速控制电路b）具有自保护功能的电动汽油泵控制电路,1-点火开关 2-主继电器 3-断路继电器 4-电动汽油泵控制继电器 5-电阻器 6-油泵开关 7-电动汽油泵 8-蓄电池 9-机油压力开关 10-发电机开关 11-油泵继电器,自动保护功能的电动汽油泵控制电路 图3-67 电动汽油泵控制,图3-68 油压和进气歧管真空度,图3-68 油压和进气歧管真空度,喷油器的检测,用手接触喷油器，应有振动感，,如图3-74所示，或用听诊器,(可用旋具代替)搭在喷油器上，,应听到清脆的“嗒嗒”声,(电磁阀开、关声)。,图,3-74,用手指检查喷油器的工作情况,喷油器的检测 用手接触喷油器，应有振动感，图3-74 用手指,检测喷油器线圈的电阻,断开点火开关，,拔下喷油器的插头，,用万用表电阻档测量,喷油器线圈的电阻值，,图,3-75,检查喷油器电阻,检测喷油器线圈的电阻 断开点火开关，图3-75 检查喷油器电,3)喷油质量检测,安装喷油器测试件 检测喷油量,3)喷油质量检测 安装喷油器测试件,汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件,学习单元4 EFI电控系统,图3-80 电子控制系统部件总体构成图,1-断路继电器 2-主继电器 3-起动装置 4-电动汽油泵 5-油箱 6-汽油滤清器 7-蓄电池 8-曲轴位置传感器（分电,器） 9-点火开关 10-点火线圈 11-大气压力传感器 12-空气滤清器 13-进气温度传感器 14-空气流量计 15-冷起动喷油器 16-空气阀 17-节气门位置传感器 18-燃油压力调节器 19-O,2,传感器 20-温度时间开关 21-冷却水温度传感器 22-控制系统部件,学习单元4 EFI电控系统 图3-80 电子控制系统部件总,1.水温传感器,因为在发动机暖机过程中需要一定的附加加浓，其加浓量主要取决于发动机的温度、负荷和转速，为此采用水温传感器向ECU输送水温信号,ECU中5V的电源电压通过电阻器R从端子THW加到水温传感器上（电阻器R和水温传感器串接）。当水温传感器的电阻值随冷却水温度改变时，端子THW的电位也变化，据此信号，ECU增减燃油喷射量，以改善发动机冷态的运转性,1.水温传感器因为在发动机暖机过程中需要一定的附加加浓，其加,图3-81 冷却水温度传感器结构、特性及与ECU的连接电路,a）水温传感器结构 b）水温传感器特性 c）与ECU连接电路,1-NTC电阻 2-外壳 3-电线接头 4-冷却水温度传感器 5-接蓄电池端 6-电控单元（ECU） 7-水温信号,图3-81 冷却水温度传感器结构、特性及与ECU的连接电路,进气温度传感器,由ECU控制喷油器进行不同程度的额外喷油。当气温低于40时，额外喷油量较多；当气温高于40时则额外喷油量较少。,进气温度传感器,图3-88 进气温度传感器的电路,（a）丰田车用 （b）北京切诺基车用,图3-88 进气温度传感器的电路,曲轴位置传感器和发动机转速传感器,当采用独立喷射和分组喷射时，为了有效地利用各自的喷射特点，需要选择特定的喷射时刻，因此还需要检测每缸的曲轴转角位置,曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速,曲轴位置传感器和发动机转速传感器 当采用独立喷射和分组喷射时,4爆震传感器,1）结构及原理图,磁致伸缩式爆震传感器结构,点火时间过早是产生爆震的一个主要原因。爆震传感器检测发动机爆震情况，一般安装在发动机的缸体上。,图3-110 磁致伸缩式爆震传感器结构,a）剖视图 b）零件图,1-线圈 2-铁心 3-壳体 4-永久磁铁 5-软磁性壳,6-端子 7-绝缘体 8-磁致伸缩导杆 9-弹簧 10-支架,4爆震传感器1）结构及原理图图3-110 磁致伸缩式爆,爆震传感器（KNK）,图3-115爆震传感器测试波形,图3-116爆震传感器测试波形,爆震传感器（KNK） 图3-115爆震传感器测试波形图3-,氧传感器,氧传感器作用是测定废气中的氧含量，然后将检测的结果及时反馈给发动机的控制系统，以便使发动机控制系统能有效地对燃料系统进行调控，把混合气的空燃比控制在理论空燃比附近很窄的范围内，使装有三元催化转换器的发动机达到最佳的排气净化效果,图3-117 氧传感器的安装位置,1-排气歧管 2-氧传感器,氧传感器 氧传感器作用是测定废气中的氧含量，然后将检测的结果,氧化锆在高温下具有这样一种特性，即当内外侧的氧浓度差较大时，就会产生电动势,图3-118 氧化锆式氧传感器的结构,a）结构图 b）局部放大图,1-防护置 2-氧化锆体 3-壳体 4-输出接头 5-外套 6-导线 7-电动势 8-大气一侧的白金电极 9-固态电解质（氧化锆元素）10-排气一侧的白金电极 11-涂层（陶瓷）12-排气 13-大气,图3-118 氧化锆式氧传感器的结构,图3-122氧传感器急加速测试波形,图3-122氧传感器急加速测试波形,学习情景3 电子控制点火提前(ESA)系统,电子控制点火提前(ESA)系统是一个根据各种传感器传来的信号，采用发动机ECU来确定点火正时的系统,ESA系统（图3-150）由各种传感器、发动机ECU、点火器、点火线圈和火花塞组成。,点火器针对发动机ECU输出的IGT信号，间歇性地将初级线圈电流作用于点火线圈，它还将点火确认信号（IGF）传递给发动机ECU,学习情景3 电子控制点火提前(ESA)系统,图3-150 ESA系统构成,图3-150 ESA系统构成,点火控制信号IGT和确认信号IGF,点火控制信号IGT实际上就是点火器中功率晶体管的通断控制信号,它是ECU输出到点火组件的点火命令信号，也是点火组件计算闭合角的基准信号,点火确认信号IGF：,点火器利用一个反电动势把一个IGF信号发送至发动机ECU，此反电动势是在施加在点火线圈的初级电流被切断时或利用初级电流量产生,当发动机ECU接收到此IGF信号，便确定以点火,点火控制信号IGT和确认信号IGF 点火控制信号IGT实际上,汽车汽油机电子控制系统故障诊断课件,最佳点火提前角及影响点火提前角的因素,最佳点火提前角,定义：能保证发动机的动力性、经济性和排放都达到最佳值的点火提前角称为最佳点火提前角,图3-152 气缸压力与点火时刻的关系,最佳点火提前角及影响点火提前角的因素最佳点火提前角图3-15,影响点火提前角的因素,发动机转速对点火提前角的影响，发动机转速升高，点火提前角应该增大,转速对点火提前角的影响,影响点火提前角的因素 发动机转速对点火提前角的影响，发动机转,进气歧管绝对压力对点火提前角的影响,当管路压力高（真空度小，负荷大），要求点火提前角小；反之，管路压力低（真空度高，负荷小）时，要求点火提前角大,图3-154 进气歧管绝对压力对点火提前角的影响,进气歧管绝对压力对点火提前角的影响 当管路压力高（真空度小，,点火提前角的控制方式,在ESA控制系统中，根据有关传感器送来的信号，ECU计算出最佳点火时刻，输出点火正时信号（IGT），控制点火器点火。,在发动机起动时，不经ECU计算，点火时刻直接由传感器信号控制一个固定的初始点火提前角。当发动机转速超过一定值时，自动转换为由ECU的点火正时信号IGT控制,点火提前角的控制方式 在ESA控制系统中，根据有关传感器送,1.初始点火提前角,些发动机中，ECU把G1或,G2信号后第一个Ne信号过,零点定为压缩行程上止点前,10度，ECU计算点火正时，,就把这一点作为参考点,点火提前角构成,1.初始点火提前角些发动机中，ECU把G1或点火提前角构成,点火提前角的计算,点火正时控制,点火提前角的计算 点火正时控制,点火提前角的控制,点火提前角的控制包括两种基本情况：,起动期间的点火时间控制：发动机在起动时，在固定的曲轴转角位置点火，与发动机的工况无关。,起动后发动机正常运行期间的点火时间控制：点火时间由进气歧管压力信号（或进气量信号）和发动机转速确定的基本点火提前角和修正量决定。,点火提前角的控制 点火提前角的控制包括两种基本情况：,爆震控制,如图3-157可知，在传统的,点火系统和无爆震控制的点,火系统中，为防止爆震的发,生，其点火时刻的设定往往,远离爆震边缘,图3-157 爆震控制的点火提前角,爆震控制 如图3-157可知，在传统的图3-157 爆震控制,爆震控制方法：（图3-158）：爆震传感器安装在发动机的缸体上，利用压电晶体的压电效应，把缸体的振动转换成电信号输入ECU，ECU把爆震传感器输出的信号进行滤波处理，同时判定有无爆震以及爆震强度的强弱，进而推迟点火时间。,图3-158 爆震反馈控制原理,爆震控制方法：（图3-158）：爆震传感器安装在发动机的缸体,