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第3章 发动机集中控制系统
教学目标
通过本章学习，能够掌握电控系统的诊断原则及注意事项；能够掌握故障诊断常用方法及故障诊断程序；正确使用检测工具
教学内容
1．电控系统检测与诊断专用仪器 2．电控汽油喷射系统 3．电控点火系统
4．电控系统故障诊断的原则及注意事项
教学重点
1．电控汽油喷射系统 2．电控点火系统
3.1 电控系统检测与诊断专用仪器
教学目标
了解电控系统检测与诊断专用仪器
教学重内容
发动机综合性能检测仪 车用示波器 车用万用表 解码器
教学重点
解码器
教学学时
4学时
3.1.1解码器
1．解码器的种类
一类是专用解码器，只能检测一种车系，仪器功能强大，价格高，检测车型单一。
另一类通用解码器，可以检测很多车系，数据容量大。2．解码器的功能（1）查询单元版本号
如电脑型号、系统类型、发动机类型、适用配置的设定号等。（2）查询故障代码
可以测出汽车上电控系统出现的故障，以代码展示出来。（3）执行元件诊断
可以诊断电控系统中执行元件的故障。（4）系统基本调整
在汽车维修和保养后必须进行系统基本调整。
所谓基本调整，是通过数据通道将一些数据写入到控制单元中，将数据调整到生产厂家指定值，或将某些元件参数写入控制单元，从而使汽车达到最佳运行状态。
（5）清除故障代码
可以清除系统控制计算机存储的故障码。（6）控制单元编码
当车辆的代码没有显示或主电脑已更换，则必须进行控制单元编码。（7）读取测量数据块
数据流的作用是可以检测到各种各种传感器的工作状态及汽车的运行数据。
3.1.2车用万用表
万用表是将电压表、电阻表和电流表等组合为一体的多功能工具，常用于诊断和检测发动机性能和电路系统故障。
功能：
69(1)交、直流电压测量(2直流电流测量(3)电阻测量(4)二极管测量(5)汽车闭合角测量(6)电路通断测量(7)发动机转速测量(8)温度测量(9)数据保持
3.1.3车用示波器
1．汽车示波器诊断故障的方式
（1）系统运行情况分析（O2FB-氧反馈平衡方法）（2）电器电路故障分析 2．汽车示波器显示波形的参数（1）幅值——信号最高电压（2）频率——信号循环时间（3）形状——形状外形模样（4）脉宽——信号占空比（5）阵列——信号的重复特性 3．多通道汽车示波器 功能：
（1）调整电压比例（2）调整基时（3）调整触发
（4）自动触发及峰值捕捉（5）屏幕冻结功能（6）保存波形
（7）对照标准波形分析测试波形 注意事项：
70（1）一起远离发动机运动件（2）禁止短路电池正负极
（3）防止被冷却液、水、油或其他液体弄湿（4）测试前，先连接搭铁线
（5）禁止在没有安装防滑护套的情况下使用
（6）禁止在信号输入端输入超过500V的直流交流电压（7）使用后，将连接线拆下装起来保存
3.1.4发动机综合性能检测仪
功用：
1．具有示波器的功能 2．具有万用表的功能 3．具有点火系统分析的功能 4．具有启动系统分析的功能 5．具有充电系统的分析 6．具有气缸系统的分析
7．具有废气、噪音等其他的功能
3.2 电控汽油喷射系统的检测与诊断
教学目标
掌握电控汽油喷射系统的检测知识
教学重内容
传感器测量 开关控制信号 燃油供给系
教学重点
传感器测量
教学学时
4学时
3.2.1传感器测量
1．空气流量传感器AFS：
空气流量传感器的类型：翼片式（叶片式）、卡门涡旋式、热线式和热膜式。（1）叶片式空气流量计
如图，空气流量计主要由测量板、补偿板、回位弹簧、电位计、旁通气道组成，此外还包括怠速调整螺钉、油泵开关及进气温度传感器等。在流量计内还设有缓冲室和缓冲叶片，利用缓冲室内的空气对缓冲叶片的阻尼作用，可减小发动机进气量急剧的变化引起测量叶片脉动，提高测量精度。
1：滑动触点臂2：限流电阻 3：进气歧管 4：翼片 5：调整螺钉 6：空气滤清器
来自空气滤清器的空气通过空气流量计时，空气推力使测量板打开一个角度，当吸入空气推开测量板的力与弹簧变形后的回位力相平衡时，叶片停止转动。与测量板同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度，将进气量转换成电压信号VS送给ECU。检测：
测量VC与E2、VS与E2、THA与E2之间的电阻。
点火开关ON，测量各端子之间的电压。测量燃油泵开关的导通性。
（2）卡门旋涡式空气流量传感器
在气流通道中放一个锥状的涡流发生器，气体通过时在锥体后产生许多卡门旋涡的涡流串。卡门旋涡的频率和空气流速之间存在一定的关系。测得卡门旋涡的频率就可以求出空气的流速，再乘以空气通道面积就可以得到进气的体积流量。
1）分类：按检测分为超声波检测和反光镜检测法。2）反光镜检测法
检测部分结构：镜片、发光二级管和光电晶体管组成。
原理：空气流经过发生器时，压力发生变化，经压力导向孔作用在反光镜上，使反光镜发生振动，从而将发光二极管投射的光发射给光电管，对反射光进行检测。即可得到涡流的频率。频率高对应的进气量大。3）超声波检测法
结构：由超声波信号发生器、超声波发射探头、涡流稳定板、涡流发生器、整流器、超声波接收探头和转换电路组成。
原理：卡门涡旋造成空气密度变化，受其影响，信号发生器发出的超声波到达接
收器的时机或变早或变晚，测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，矩形波的脉冲频率为卡门涡旋的频率。4）检测：
点火开关转至“ON”位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与E2间电压应为4～6V。
发动机运转时，KS与E2间电压应为2～4V，进气量越大，电压越高。测量THA与E2之间的电阻，与标准参数对照，不符合要求就更换。（3）热线式空气流量计 1）工作原理：
如下图，热线电阻RH以铂丝制成，RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内，与RA、RB共同构成桥式电路。RH、RK阻值均随温度变化。当空气流经RH时，使热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡，若要保持电桥平衡，就必须使流经热线电阻的电流改变，以恢复其温度与阻值，精密电阻RA两端的电压也相应变化，并且该电压信号作为热式空气流量计输出的电压信号送往ECU。
2）自洁功能 在1000℃以上将粉尘烧掉。3）检测
接通点火开关，不起动发动机，测E与D、E与C之间的电压为蓄电池电压。
B与C间的信号电压：发动机工作时为2～4V 发动机不工作为1.0～1.5V F与D间电压，关闭点火开关时，电压应回零并在5s后有跳跃上升，1s后在回零，说明自洁信号良好。（4）热膜式空气流量计 工作原理：与热线式相同
热膜：帕金属片固定在树脂薄膜上。优点是提高可靠性和耐用性，不粘附灰尘。图为桑塔纳2000AJR发动机热膜式空气流量计原车电路图
2．曲轴位置与凸轮轴位置传感器：
功用：检测发动机上止点、曲轴转角、发动机转速信号送给ECU，以确认曲轴位置，用来控制喷油正时和点火正时 类型：磁电式、光电式、霍尔式
位置：经常安装在发动机的曲轴端、凸轮轴端、飞轮上或分电器内（1）磁电式曲轴位置传感器 1）结构与原理
丰田TCCS系统，位于分电器内，利用转子旋转使磁通量变化，从而在感应线圈里产生交变的感应电动势信号，将此信号放大后，送入电脑ECU。2）电磁式曲轴位置传感器的检修（丰田车系）
（1）电磁式曲轴位置传感器电阻的检查：用万用表的电阻挡测量传感器上各端子间的电阻。
（2）电磁式曲轴位置传感器输出信号的检查：拔下电磁式曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时用示波器检查曲轴位置传感器上G1-G0、G2-G0、Ne-G0端子，应有脉冲信号输出。
（3）电磁式曲轴位置传感器的线圈与信号转子的间隙检查：用塞尺测量信号转子与传感器线圈凸出部分的空气隙。若间隙不符合要求则须更换分电器壳体总成。
电磁式曲轴位置传感器的就车检查：
①用交流电压表的2V挡测量其输出电压，起动时应高于0.1V,运转时应为0.4-0.8V。
②用频率表测量其工作频率。③用示波器检测其输出信号的波形。
④如果在传感器上能检测到电压信号，而在ECU连接器上检测不到信号，则应检 77 查传感器至ECU之间的导线及插头 3.霍尔式曲轴位置传感器
（1）组成：由转子、永久磁铁、霍尔晶体管和放大器组成。
（2）原理：ECU通过电源使电流通过霍尔晶体管，旋转转子的凸齿经过磁场时使磁场强度改变，霍尔晶体管产生的霍尔电压放大后输送给ECU，ECU根据霍尔电压产生的次数确定曲轴转角和发动机转速。霍尔效应原理如图所示：
（a）叶片对永久磁铁和霍尔元件隔磁，不产生霍尔电压
（b）叶片离开空气隙，产生霍尔电压
（3）霍尔式曲轴位置传感器的检修
1)拔下传感器插头，打开点火开关，检查插头上电源端子与搭铁之间的电压，应为8V或12V（视车型而定）。若无电压，则应检查传感器至ECU之间的线路及ECU上相应端子的电压。
2)插回传感器插头，起动发动机，测量传感器输出端子的信号电压，应为3V-6V。若无信号电压，则为传感器故障。3)用示波器检查传感器输出电压的波形。4.光电式曲轴位置传感器
（1）组成：由转子、发光二极管、光敏二极管和放大器组成。
78（2）原理：利用发光二极管作为信号源。随转子转动，当透光孔与发光二极管对正时，光线照射到光敏二极管上产生电压信号，经放大电路放大后输送给ECU。如图所示：（3）光电式曲轴位置传感器的检修
1)拔下传感器插头，打开点火开关，检查插头上电源端子与搭铁端子之间的电压，应为5V或12V（视车型而定）。若无电压，则应检查传感器至ECU之间的线路及ECU上相应端子的电压。
2)插回传感器插头，起动发动机，转速保持在2500r/min左右，测量传感器输出端子的电压，应为2-3V，否则为传感器损坏。3)用示波器检测其信号波形。5．节气门位置传感器：
（1）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。
（2）电位计式节气门位置传感器
利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。如下图所示：
（3）线性输出式节气门位置传感器的检修
怠速触点在节气门全闭时应闭合，即IDL和E之间的电阻为零，随着节气门开度的增大，VTA和E之间的电阻线性增大，否则说明该传感器有故障。（4）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。（5）开关式节气门位置传感器的检修
用万用表的电阻挡测量怠速触点和功率触点的导通性，怠速触点在节气门全闭时电阻应为零，节气门略打开一点怠速触点断开，电阻为无穷大。功率触点在节气门开度小于50%时应断开，电阻为无穷大，节气门开度超过50%时应闭合，80 电阻为零。6．压力传感器：
（1）进气管绝对压力传感器的类型
半导体压面敏电阻式、电容式、膜盒式、表面弹性波式等。（2）半导体压面敏电阻式的结构及工作原理
进气管绝对压力传感器由压力转换元件和放大压力转换元件输出信号的集成电路和真空室构成。压力转换元件是硅片。硅片的一面是真空，另一面作用的是进气管的压力。在进气管的压力作用下，硅片将产生变形，使硅片的电阻阻值发生变化，从而使电桥的电压变化，再通过集成放大电路放大后输入到ECU的PIM端子。（3）控制电路
如图所示，为皇冠3.0轿车2JZ-GE发动机进气压力传感器电路图。
进气压力传感器：端子VCC（电源5V）、端子PIM（进气压力信号电压）、端子E2（传感器接地）
(4)进气管绝对压力传感器的检修
检测：将点火开关转至“ＯＮ”，检测VCC和E2间应为5V左右，PIM与E2之间的输出电压应随着真空度增加而降低。7.温度传感器：
81(1)温度传感器的作用
温度传感器是将被测对象的温度信号转变为电信号输入电控单元ECU，以便其修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。(2)温度传感器的分类
1）按照检查测对象分：冷却液温度、进气温度、排气温度、燃油温度、空调温度传感器等。
2）按照结构与物理性能分：热敏电阻式、热敏铁氧体式、双金属片式、石蜡式温度传感器。
(3)水温传感器结构及工作原理 1）功能
检测冷却液温度转化为电信号，送给ECU作为喷油量、点火正时的修正信号。安装在气缸体水道或冷却水出口处。2）结构与原理
具有负温度系数热敏电阻特性，冷却液温度升高，热敏电阻值降低 3）控制电路如图所示：
THW信号：冷却液温度越高，热敏电阻越低，电路总电阻减小，电路电流增大，ECU内电阻R分压增加，热敏电阻分压降低，即THW信号电压减小；E2：传感器接地。
82(4)进气温度传感器
功用：给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。D型安装在空气滤清器或进气管内，L型安装在空气流量计内。进气温度传感器内的热敏电阻随着进气温度的增大而减小，使得分压值也随之减小，ECU根据分压来判断进气温度。
(5)水温传感器和进气温度传感器的检修
1）元件检测：测量传感器在不同温度下的电阻值。
2）在线测量：打开点火开关测量电压，应为5V，插回插头，起动发动机，测量不同温度下的电压，应在4-0.5V之间变化。8.氧传感器EGO：(1)作用
氧传感器是排气氧传感器的简称，又称为氧量传感器，其主要作用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的的空燃比信号，并将其信号转变为电信号输
入
ECU
。83
(2)组成主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加
热传感器，使能精确检测氧气浓度。
在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电机外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。
应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的信息，氧传感器就不能起作用。
84(3)工作原理
氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。
3.2.2开关控制信号
常用的有：起动开关、空调开关、档位开关、制动开关、动力转向开关和巡航控制开关等。
3.2.3燃油供给系
电动燃油泵：
1．作用：给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。2．类型：
（1）按安装位置不同分为：
内置式——安装在油箱中，具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、管路安装简单。
外置式——串接在油箱外部的输油管路中，易布置、安装自由大，单噪声大，易产生气阻。
（2）按电动燃油泵的结构不同分为：涡轮式、滚柱式、转子式和侧槽式。3．电动燃油泵的结构(1）涡轮式电动燃油泵
1）结构：主要由燃油泵电动机、涡轮泵、出油阀、卸压阀组成。2）原理
油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入；而出油室燃油不断增
多，燃油压力升高，当达到一定值时，顶开出油阀出油口输出。出油阀在油泵不工作时阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于下次起动。如图
1.轴承 2.3.永磁磁铁 4.单向阀 5.出油口 6.限压阀 7.电枢 8.平板叶片转子
9.进油口 10.泵体 11.橡胶缓冲垫
(2）滚柱式电动燃油泵 1）结构
主要由燃油泵电动机、滚柱式燃油泵、出油阀、卸压阀等组成。2）原理
当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度,当转到与进油口连通时，将燃油吸入；而吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压力提高，受压燃油流过电动机，从出油口输出。
3.3 电控点火系统的检测
教学目标
掌握电控点火系统的知识
教学重内容
点火示波器的使用 点火波形分析 点火正时检测
教学重点
点火波形分析 点火正时检测
教学学时
2学时
3.3.1点火示波器的使用
1．点火示波器功能（1）分析单杠闭合角
（2）分析点火线圈次级电路性能（3）检查空燃比（4）分析电容性能（5）查出气缸断火的原因 2．点火示波器测试波形的种类（1）分电器点火初级标准波形（2）分电器点火次级标准波形
3.3.2点火波形分析
分析的波形项目： 1．点火次级并列波形 2．点火次级单缸波形 作用：（1）分析单缸闭合角
（2）分析点火线圈次级电路性能
（3）检查空燃比
（4）查处气缸失火的火花塞（5）测出击穿电压（6）测出火花时间
3．急加速次级点火波形 4．闭合角波形
作用：（1）分析单缸闭合角
（2）确定平均闭合角的度数
（3）分析点火线圈次级电路性能 5．点火初级波形
3.3.3点火正时检测
1．点火正时的检测条件（1）发动机冷却液温度大于80（2）蓄电池电压大于10.5V（3）节气门关闭（4）关闭所有用电设备（5）发动机无故障码存储（6）进排气系统无泄漏 2．点火正时经验检测
确认发动机满足点火正时的6项条件，路试进行检查，在变速器直接挡的条件下，将车速提高到40KM/h,急加速到节气门全开，观察发动机是否有短暂的爆燃敲缸声，5s内敲缸声逐渐消失为正确；若敲缸声依然强烈则正时过早，无爆燃声则正时过晚。
3.4 电控系统故障诊断的原则
教学目标
了解电控系统故障诊断的原则
教学重内容
诊断注意事项
发动机故障诊断的基本原则 故障诊断常用的方法
教学重点
诊断注意事项
发动机故障诊断的基本原则
教学学时
2学时
3.4.1诊断注意事项
1．点火开关接通，不能断开任何12V电气工作装置 2．车辆进行电源跨接启动时，必须关点火开关 3．进行电弧焊时应断开电脑供电线 4．车上供电系统均为负极搭铁 5．车上不易装功率超过8W的无线电台 6．在没有检测设备的情况下不要打开电脑盖板 7．拆开油路任何部分，首先对燃油系统进行泄压。
3.4.2发动机故障诊断的基本原则
1．先思后行 2．先简后繁 3．先熟后生 4．先外后内 5．代码优先 6．先备后用
3.4.3故障诊断常用的方法
1．直观诊断法：看、问、听、试 2．利用随车自诊断系统诊断 3．利用简单仪表检测 4．利用专用诊断仪器检测 5．置换法诊断故障
6．模拟实验法诊断故障：振动法、加热法、水淋法
