利用示波器诊断电控发动机曲轴位置传感器故障

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1、汽车诊所 利 用 示 波 器 诊 断 电 控 发 司 1 枫 曲 轴 位 置 传 感 器 故 障 曲 轴 位 置 传 感 器 是 发 动 机 电 控 系统 的主 要部 件 ， 它是 控 制发 动机 点 火正 时 、确认 曲轴位置 的信号 源 ， 但 在分 析 发动机 故 障 时 ， 曲轴位 置传 感 器 常 常被 忽 略 ， 已成 为 当前 电控发 动 机故 障诊 断技 术 上 的盲 区 ， 因此很 有 必 要 进 行 研 究 。 曲 轴 位 置 传 感 器 由 上 止 点 位 置 传 感 器和 转 速 传感 器组 成( 制成 一 体 ) ，上止 点位 置传 感器 是 电控 发动 机 控 制系

2、统 中的主要 传 感器 ， 它提 供 判 别 气 缸 工 作 上 止 点 位 置 的 信 息 ， 进 而 提 供 电控 发 动 机 点 火 或 喷 油 时 刻 优 化控 制的依 据 。 一旦 上 止点位 置传 感器 工作 不 正常 ，不能 够 向 E C U提 供 正 确 的上 止 点位 置信 息 ， 发 动机 的 性 能 即 会 恶 化 ， 甚 至 不 能 工作 。 由 于 当前 解 码 仪 和 发 动机 综 合 诊 断仪 的价 格 都 比 较 昂 贵 ， 本 文 探 索 了一种 使 用数 字 式 存 储 示 波 器诊 断 电控 发 动 机 曲轴 位 置 传 感 器 故 障 的 快速 、 经

3、济 的方 法 。 1 检 测对 象和 检测 方法 信 号 发 生 器 口安徽 丁 磊 李成学 表 1 实验用发动机技术参数 车型 丰田皇冠 3 0 点火顺序 1 3 4 2 发动机型号 2 J Z G E 点火提前角( 。 ) 上止点前 1 2 。 ( 7 5 0 r m i n ) 排量( L ) 2 4 0 压缩 比 9 8 ： 1 缸径( m m) 9 6 机油压力( MP a ) 0 2 5 - 0 6 0 ( 2 0 0 0 r m i n 1 行程( m m) 8 0 火花塞型号 WR T D C 额定功率( k W r m i n ) 8 5 5 4 0 0 燃油规格 9 0号

4、9 3号 最大扭矩( N m r ra i n ) 1 8 5 2 5 0 0 等速油耗( 】 l O O k m： 7 5 1 ) 检 测 对 象 检 测 的对 象为 曲轴位 置传 感 器 ， 实 验 发 动 机 是 皇 冠 3 0轿 车 的 2 J Z GE 型 电控 发 动 机( 技 术 参 数 见 表 1) ， 采 用 日产 公 司的轮 齿磁 脉 中式 曲 轴位 置传感 器 。 该 传感 器安 装在 曲轴 前端 的皮 带轮 之后 。 在 皮带轮 后 端有 一 个 带 细齿 的薄 齿盘 ， 即信号 盘 。信 号 盘和 曲轴 皮 带 轮 一 起 安 装 在 曲轴 上 ， 与 曲 轴 一 起

5、 旋 转 。 在 信 号 盘 的 外 缘 ， 沿 圆周每 隔 4 。 加 工 1个 齿 ， 共有 9 0个 齿 ，此 外每 隔 1 2 0 。 布置 1个 凸 缘 ， 共有 3个 凸缘 ， 作 为气 缸 工 作 上 止 点 判 别 记 号 。 曲轴 位 置 传 感 器 的 工作 原 理 如 连 接 匕 E c u 器 图 1 曲轴位置传感器工作原理 图 2 曲轴位置传感器检测控制原理 图 3 示波器 的工作原理 图 1所 示 ， 在 信 号 发 生 器 内 有3个 绕 有 线 圈 的 永 磁 铁 磁 头 ， 当 发 动 机 运 转 时 ， 信 号 盘 的 齿 和 凸 缘 切 割 磁 力 线 ，

6、 从 而 在 感 应 线 圈 里 产 生 交 变 的 感 应 电动 势 ， 经 过 滤 波 整 形 ， 形 成 脉 冲 信 号 。 当 活 塞 上 止 点 信 号 凸 缘 通过 曲轴位 置 传 感 器 磁 头 时 ， 所 产 生 的 磁 脉 冲 用 以辨 别 气 缸 及 监 测 活 塞 上 止 点 的位 置 ， 其 中 产 生 1 2 0 。 信 号 的磁 头 安 装 在 上止 点 前 7 0 。 位置 ， 即发动机 运 转时 ， 各缸 上 止点前 7 0 。 产 生脉 中信 号。 曲 轴 位 置 传 感 器 插 接 口 端 子 定 义见表 2 。对 于 曲轴位置 传感 器本 身 的 检 测

7、，主 要 是 测 量 各 端 子 间 的 电 阻 、信 号 转 子 凸齿与 磁头 的 间 隙等 。 在静 态时 ， 传感 器插 接 口端 子 1 2之 间 的 电阻 应 为 4 5 0 1 0 0 0 F t ， 传 感 器 插 接 口端 子 1或 2与屏 蔽 线 端 子 3之 间 的 电阻 应 为 。 2) 检 测 程 序 在 分析 曲轴 位 置 传 感 器 工 作 性 能 与发 动机 故 障特征 时 ， 为 了使研 究 结 果具 有代 表性 和 可 比性 ， 选 用怠速 工 况 作 为 检 测 曲轴位 置传 感 器故 障 的 实 用 工 况 ， 因 怠 速 工 况 对 转 速 传 感 器

8、的 工 作 状 况 更 为 敏 感 。 在 实际 应 用 中 ， 常 常发 生 曲轴位 置 传 感 器 固 定 支 架 松 动和 维 修 时将 表 2 曲轴位置传感器插接口端子定义 传感器插接 口端子 E C U端子 定义 1号( 蓝 黄) 1 0号( 蓝 黄) 传感器信号接地 2号( 黄 红) 2 3号( 黄 红) 传感器信号 3号( 黑) l 1 号( 红 ) 传感器信 号屏蔽 1 7号( 棕) 发动机转速信号 8号( 棕 黄) 发动机负荷信号 1号( 棕) 发动机转速信号 汽车诊所 表 3 曲轴位置传感器安装位 置 对发动机的影响 曲轴位置传感器 安装位置 发动机症状 - 5 4 。 发

9、动机熄火或不能起动 - 3 0 。 怠速不稳定 进 气“ 回火” 一 1 2 。 怠速不稳定 正 常 正 常 1 2。 怠速不稳定 3 0。 怠速 不稳定 排气“ 放炮 ” 5 4。 发动机熄 火或 不能起 动 上 曲线 下 曲线 图 4 转角信号波形分析图 飞轮 安装 错位 等 现 象 ， 此 时 发动 机 的 性 能 将 发 生 不 同 程 度 的 下 降 。 在 检 测 试验 台上 模拟 曲轴 位 置传 感 器错 位 ， 就 是 将 其 从 正 确 安 装 位 置 顺 时 针 或 逆 时针前 后移 动 ， 使传 感 器转 角输 出 信号相 对提 前或 滞后 。曲轴位 置传 感 器 安 装

10、 位 置 对 发 动 机 的 影 响 见 表 3 。 曲轴 位 置 传 感 器 安 装 错 位 对 发 动机 性 能 的 影 响 ， 可 以从 点 火 提 前 角 偏 离最佳 值 寻求 答 案。例 如 ， 若 曲轴 位 置 传 感 器 顺 时 针 错 位 ， 对 于 怠 速 工 况 ， 在顺 时针 错 位 为 一1 2 。 时 ， 发 动 机 发 生运转 不稳 现 象 ； 当顺 时针 错位 增 加 到 一 3 0 。 时 ， 因 点 火 过 迟 ， 燃 烧 延 续 到排气 终 了， 并 在 开始 进气 时 尚有 明 火 焰 存 在 ， 新 鲜 混 合 气 被 点 燃 ， 导致 “ 回火 ” 。

11、 若 曲轴位 置传 感 器逆 时针错 位 ， 对 于怠 速 工 况 ， 则 点火 提 前 角增 大 ， 即 点 火 提 前 。 曲 轴 位 置 传 感 器 错 位 并 不 是 唯 一 的 考 虑 因 素 ， 它 取 决 于 上 止 点 位 置 、 转 速 、 负荷 、 温度 等许 多 因素。 因 此 ， 点 火提 前角 的 变化 与 曲轴位 置 传 感 器 位 置 的 变化 在 数值 上一 般 并 不 相 等 。 曲轴 位 置 传 感 器 检 测 过 程 控 制 原 理 如 图 2所 示 。 检 测 控 制 过 程 中 ， 在每 个检 测工 况点 ， 曲轴位 置传 感 器 的 输 出信 号 由

12、数 字 式 存 储 示 波 器 整 理成 图形 ， 并 由计 算机 进 行处 理 。 在 选 定 的 检 测 工 况 下 ， 利 用 T DS 3 0 1 4 B型 数 字 式 存 储 示 波 器 采 集 曲轴 位 置 传 感 器 的输 出信 号( 可 将 示 波 器 探 头 与传 感 器 输 出信 号 线 相 连 接 进 行 采 集 ，也 可在 E CU的 1 号 针 脚 或 l 7号 针 脚 采 集 ) ， 之 后 选 择 示 波 器 采 集 通 道 序 号 ， 设 置 示 波 器 有 关 采 集 程 序 ，定 义 测 量 电参 数 阈 值 等 。 T DS 3 0 1 4 B型 数 字

13、式 存 储 示 波 器 的工作 原 理 如 图 3所示 ， 来 自传 感 器 的 输 出 信 号 进 入 示 波 器 后 先 进 行 放 大 ， 再 通过 模 数转 换 器将 传感 器的模 拟 信号 转 换成 数字 信 号 ， 然后 进入 示 波 器 内 的波 形 成 像 处 理 器 ，后 者 以 5 0 0 x 2 0 0的整 数 阵 列 累积 信 号 信息 ， 阵 列 中 的每 一个 整 数 都代 表 DP O显 示 中的 一个 像 素 ，其 中含 有全 2 1位 的灰 度信 息 。 如 果信 号 多次 在 某一 点 上经过 ，其 阵列 单 元将 反复 更 新 ， 以 突 出这 一 事 实

14、。 该 阵列 根据 许 多样值 的时 间范 围绘 制 出信 号强 度 详 细 图 ， 即波形 轨迹 。 最 后 ， 经存 储和 处理 ， 由 数 字 荧 光 屏 将 传 感 器 信 号 的波 形 显 示 出 来 。 首 先 把 采 集 到 的转 速 传 感 器 的 正 常波形 存 储在 示 波器 内 ， 建 立一 个 标准 模型 。 当发 动机 有 故 障 时 ， 把 实 际采 集 的传 感 器 波形 与标 准模 型 用 示 波 器 内 设 置 的 T DS 3 A AM 高 级 分 析 模块 和 TDS3LI M 极 限 测试 模 块进 行 计 算 分 析 ，并 在 计 算 机 上运 用 W

15、 ave S- t a r T M 软 件 进 行 处 理 分 析 ，若 传 感 器 信号 的波 形 是异 常波 形 ， 则 说 明 传 感 器有故 障 。 2 曲轴 位 置传 感器 波形分 析 通i 2 _ 检 测 ， 可 以得 到典 型 工况 下 曲轴 位 置 传 感 器 安 装位 置 正 确 与 否 时 的 输 出信 号 波 形 ， 通 过 分 析 ， 即可 清 楚 波形 变 化 与 故 障起 因和 发动 机 性： 能 变化 的 内在联 系 。 图 4中的上 曲 线 是 传 感 器 在 正 确 安 装 位 置 时 采 集 的 波 形 ， 波 形 中 间 的 “ 空 隙 ” 是 判 别 一

16、 缸 工 作 上 止 点 和 其 余 各 缸 工 作 顺 序 的 判 IJ S B 号 。图 4中 的 下 曲线 是 将 传 感 器 安装位 置 移动 后 ， 使 曲轴转 角相 对 滞后 一 1 2 。 时 的波形 。从 示波 器上可 以 看 到 ， 下 曲线 的 上 止 点 位 置 判 别 信 号 比上 曲线 的 判 别信 号 相 对 滞后 一 定 相 位 ( 1 2 。 ) 。 由此 可 见 ， 通 过 分 析 波 形 空 隙 的 相 对位 移 ， 可 以很 简 捷地 判 断 出曲轴 位 置传 感 器的安 装位 置是 否正 确。若 被 检 测 状 态 的 波 形 空 隙 处 于 标 准 波 形 最 临近 空 隙的右 侧 ， 表 明 曲轴位置 传感 器 顺 时针错 位 ， 反 之则 为逆 时针 错位 。 因此 ， 当发 动机怠 速 运转 不稳 或发 生 动 力下 降等故 障 时