点火控制系统波形分析
1.曲轴位置和凸轮轴位置传感器波形分析
(1)基本传感器波形分类在现代电控发动机上,曲轴位置传感器和发动机转速传感器制成一体,既可用于发动机曲轴位置、活塞上止点位置的测定,又可用于发动机转速的测定。曲轴位置传感器一般安装于曲轴前端、靠近飞轮的变速器壳体位置,如图4-62所示该传感器按其工作原理的不同可分为磁脉冲式曲轴位置传感器、光电式曲轴位置传感器和霍尔式曲轴位置传感器等。
图4-62曲轴位置传感器的安装位置
①霍尔效应传感器。霍尔效应传感器在汽车应用上是有特殊意义的,它是固态半导体传感器,用在曲轴转角和凸轮轴上来通断点火及燃油喷射触发电路的开关,它们也应用在控制模块需要了解的转动部件的位置和速度的其他电路上,例如车速传感器等。
霍尔效应传感器(或开关)由一个永久磁铁或磁极几乎完全闭合的磁路组成,一个软磁叶轮转过磁铁和磁极之间的空隙,当在叶轮上的窗口允许磁场通过,并不受阻碍地传到霍尔效应传感器上的时候,磁场就中断了(因叶片是传导磁场到传感器上的媒体)。叶轮在窗口开和闭时允许磁场通过及遮断磁场,导致霍尔效应传感器像开关一样接通和关断,这就是为什么一些汽车制造商将霍尔效应传感器和其他一些类似的电子设备称为霍尔开关的原因。这个装置实际上是一个开关设备,而它包含有关键功能的部件—霍尔效应传感器a.霍尔效应传感器波形测试。启动发动机,让发动机怠速运转或让汽车在行驶能力有故障的状况下行驶b.霍尔效应传感器波形分析说明。霍尔效应传感器波形如图4-63所示。确认从一个脉冲到另脉冲幅值、频率和形状等判定性尺寸是一致的,这意味着数值脉冲的幅度足够高(通常等于传感器供电电压),脉冲间隔一致(同步脉冲除外),形状一致且可预测。
图4-63霍尔效应传感器波形
确认频率紧跟发动机转速,当同步脉冲出现时占空比才改变,能使占空比改变的唯一理由是不同宽度的转子叶片经过传感器,除此之外脉冲之间的任何其他变化都意味着故障。了解波形形状的一致性,检查波形上下沿部分的拐角,检查波形幅值的一致性。由于传感器供电电压不变,因此所有波形的高度都应相等。实际应用中有些波形有缺痕,或上下各部分有不规则形状,这也许是正常的,在这里关键是一致性,确认波形离地(距离零电位)不是太高,若太高说明电阻太大或接地不良。检查表明,标准波形异常是由于发动机异响或行驶能力故障造成的,这能证实与行驶性能故障有直接关系的是信号问题②磁电式传感器。磁电式传感器是模拟交流信号发生器,这意味着它能产生交流信号它一般由绕着线圈的磁铁和两个接线端组成。这两个线圈端子就是传感器的输出端子,当铁质环状齿轮(有时称为磁阻轮)转动经过传感器时,线圈里会产生电压磁阻轮上相同齿形会产生相同形式的连续脉冲,脉冲有一致的形状幅值(峰对峰电压)与曲轴、凸轮轴磁阻轮的转速成正比,输出信号的频率基于磁阻轮的转动速度,传感器信号的幅值受磁极与磁阻轮间气隙影响极大,根据除去传感器上一个齿或两个相互靠近的齿所产生的同步脉冲,可以确定上止点的信号。这会引起输出信号频率的变化,而在齿减少的情况下,幅值也会变化。通过固体电子控制装置,例如控制模块或点火模块,可以测出同步脉
冲,并用它去触发点火或燃油喷射器磁电式曲轴或凸轮轴位置传感器可以安装在分电器内,也可以安装在曲轴和凸轮轴中部、前部和后部,它们是双线传感器,但它们的两条线被裹在屏蔽线中间,这是因为它们的信号有些敏感,容易受高压点火线、车载电话等电子设备的电磁干扰或射频干扰(RF),从而改变信号判定性尺度,并在“电子通信”中产生故障,它会引起行驶性能故障或产生故障码a.磁电式传感器波形测试。启动发动机,让发动机怠速运转或让汽车在有故障的状况下b.磁电式传感器波形分析说明。磁电式传感器波形如图464所示。不同形式的凸轮轴和曲轴位置传感器产生多种形状的交流波形,分析磁电式传感器的波形,一个参考波形是会有很大帮助的,波形的上下波动,不可能是0V电平的上和下完美的对称,但大多数传感器波形将是相当接近0V电平上下的对称,磁电式曲轴或凸轮位置传感器的幅值随转速的增加而增加,转速增加,波形高度相对增加。
图4-64磁电式传感器波形
幅值、频率和形状在确定的条件下(转速等)是一致的、可重复的、有规律的和可预测的,这意味着峰值的幅度应该足够高,两个脉冲时间间隔(频率)一致(除同步脉冲),形状一致并可预测确认波形的频率与发动机转速同步变化,两个脉冲间隔只是在同步脉冲出现时才改变能使两个脉冲间隔时间改变的唯一理由是磁阻轮上的齿轮数缺少或特殊齿经过传感器,任何其他改变脉冲间隔时间的情况都意味着故障检查发动机异响和行驶性能故障与波形的异常是否有关,不同类型的传感器的波形峰值电压和形状并不相同,因为线圈是传感器的核心部分,所以故障往往与温度关系密切。大多数情况是波形峰值变小或变形,同时出现发动机失速、断火或熄火。通常最常见的交流传感器故障是根本不产生信号的。
如果波形出现异常,则检查不良的线路和接线插头,确认线路没有接地,检查示波器和传感器连线,确认相关的部件是转动的(分电器/凸轮轴/曲轴是转动的等),若摇动线束时故障出现,则可以进一步证明磁电式传感器出现故障的根本原因。
如果磁电式传感器电路包括同步脉冲,试用1缸触发来稳定波形,从1缸火花塞高压线上引入触发信号帮助稳定显示波形,如果没有1缸触发信号,同步脉冲波形的频率变化会使示波器出现问题,即波形跳动不稳③光电式传感器。光电式传感器在汽车中应用是因为它可以传感转动元件的位置(甚至在发动机不转的情况),同时它还可以使脉冲信号的幅值在速度变化时仍保持不变。光电式传感器波形如图4-65所示。光电式传感器另一个优点是不受电磁干扰(EMI)的影响,它们是固体光电半导体传感器,被用在曲轴和凸轮轴上去控制点火及燃油喷射电路的开关。
光电式传感器的功能元件通常被密封得很好,但损坏的分电器组套或密封垫,以及维修不当,都可能使油污和污物进入敏感区域造成污损,导致不能启动、失速和断火。
图4-65光电式传感器波形
如果示波器显示波形异常,则检查不良的线路和线束插头,以及示波器和传感器的连线,确认相应的零件是在转动的(分电器等),当故障出现在示波器上的时候,摇动线束,这可以提供进一步的证据,证明光电传感器是产生故障的根本原因(2)用第一缸触发试验通常可以在一个曲轴或凸轮轴位置传感器上看到各缸或某上止点的同步脉冲及标识脉冲信号,这个信号的设置会使传感器的频率和占空比在这个信号出现时发生改变进而导致以自触发方式显示的波形失常因此改用第一缸触发,可以圆满地解决这个问题。
①上止点传感器。当波形有同步脉冲或标识脉冲时,这个试验对上止点(TDC)、曲轴和凸轮轴位置传感器的波形观察是很有效的,从第一缸火花塞高压线提取的触发输入信号可以帮助稳定显示出的波形(图465),如果没有第一缸触发，
示波器在同步脉冲波形的频率一致时,触发会遇到障碍,以致显示出的波形跳动的波形要求与磁电式传感器相同。
图466第一缸触发试验的上止点传感器波形
②霍尔式曲轴和凸轮轴传感器。当被诊断信号有同步脉冲时,这个测试对霍尔式曲轴和凸轮轴传感器非常有效,从第一缸火花塞高压线提取的触发输入信号可以帮助稳定显示波形(图4-67)。如果没有第一缸触发,在波形同步脉冲的频率变化时,示波器触发通常有障碍,即波形跳动,不稳定。正确的波形分析方法与霍尔效应传感器相同。
图4-67第一缸触发试验的霍尔式曲轴和凸轮轴传感器波形
③磁电式曲轴和凸轮轴传感器。当有同步脉冲和标识脉冲信号时,这个试验对磁电式曲轴和凸轮轴传感器非常有效。从第一缸火花塞高压线提取触发信号可以帮助稳定显示波形(图468),如果没有第一缸触发,在波形同步脉冲的频率变化时,示波器触发信号出现问题,使得波形不稳定地移动。正确的波形分析方法与磁电式传感器相同④光电式曲轴和凸轮轴传感器。当反映各缸上止点的同步或标识脉冲信号出现时,这个试验对光电式曲轴和凸轮轴传感器非常有效。从第一缸火花塞高压线提取的触发输入信号能使示波器波形(图469)稳定地显示。如果没有第一缸触发信号波形,在这种情况下会产生不正常波动正确的波形分析方法与光电传感器相同。
(3)双通道测试用双通道或双踪示波器来同时分析凸轮轴和曲轴位置传感器的信号是很有用的分析方法,它不仅可以观察两个传感器的波形是否正确,同时还可以帮助分析两个传感器所反映的凸轮轴和曲轴在旋转中的相位关系①磁电式凸和曲轴位置传感器。这是双踪示波器测试磁电式凸轮轴和曲轴传感器的波形,它可以把两个相
互有着重要关系的传感器或电路的波形同时显示在示波器的屏幕上(图470),用这个试验可以同时诊断磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器,或检查曲轴和凸轮轴之间的正时关系正确的波形分析方法与磁电式传感器相同。
②霍尔式凸轮轴和曲轴位置传感器。如图471所示,这是一个双踪示波器测试,霍尔式凸轮轴和曲轴位置传感器的波形是从两个传感器上测出的,它们相互之间的重要联系同时显示在示波器上。用这个测试步骤可以同时诊断曲轴和凸轮轴之间的正时关系。正确的波形分析方法与霍尔效应传感器相同。
