上止点(TDC)、曲轴(CKP)、凸轮轴(CMP)传感器

    1.基本传感器分类波形

    ①霍尔效应传感器,参见19

    霍尔效应传感器在汽车应用于上是有特殊意义的,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和燃油喷射触发电路的开关,它们也应用在控制电脑需要了解的转动部件的位置和速度的其它电路上,例如车速传感器等等。

    霍尔效应传感器(或开关)由一个永久磁铁或磁极的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,并不受阻碍的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它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。

    试验步骤

    起动发动机,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。

    波形结果

    确认从一个脉冲到另一个脉冲幅值,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。

    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它变化都意味着故障。

    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,确认波形离地不是太高,若太高说明电阻太大或接地不良。

    检查标准波形异常是由于发动机异响或行驶能力故障同步,这能证实与顾客陈述的问题或行驶性能故障的根本原因有直接关系的信号问题。

    虽然霍尔效应传感器通常被设计在150摄氏度高温下运行,但它们的运行还是会受温度影响。许多霍尔效应传感器在一定温度下(冷或热)会失效。

    如果在示波器上显示波形不正常,查找不良的线束和插头,也要检查示波器的接线,确认相关部件在转动(分电器转动等),当故障出现在示波器上时,摆动线束,这可以进一步判断霍尔效应传感器是否是故障的根本原因。

    如果霍尔效应传感器电路包含同步脉冲,试接入第一缸触发信号来稳定波形,从第一缸火花塞高压线的触发输入信号,可以帮助稳定示波器上的波形,没有第一缸触发信号,在同步脉冲、频率不一致时,触发器通常给示波器的工作造成麻烦,如波形跳动或变得杂乱。

    ②磁电式传感器,参见20

    有两种Z普通的传感器转动轴的方法:一个是磁电式,一个是光电式传感器。在许多北美、亚洲和欧洲制造的汽车上,从Z便宜的到Z豪华的车型都采用磁阻型或感应型传感器来传感曲轴位置(CKP)和凸轮轴位置(CMP),它们被用来传感像车速传感器,防抱死系统车轮传感器等其它转动部件的速度和位置。

    磁电式传感器是模拟交流信号发生器,这意味着它们产生交流信号,它们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。

    磁组轮上相同齿型会产生相同型式的连续脉冲,脉冲有一致的形状幅值(峰对峰电压)与曲轴凸轮轴磁组轮的转速成正比,输出信号的频率基于磁组轮的转动速度,传感受器磁极与磁组轮间气隙对传感器信号的幅值影响极大,靠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。固体电子控制装置,例如控制电脑或点火模块,随即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,用电子术语说,就是容易受高压点火线,车载电话等电子设备的电磁干扰(电磁干扰EMI或射频干扰RF电磁或射频干扰会改变信号判定性尺度,并在“电子通讯”中产生故障,它会引起行驶性能故障或产生故障码。

    试验步骤

    起动发动机,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。

    波形结果

    不同型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的,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,但大多数传感器将是相当接近,磁电式曲轴或凸轮位置传感器的幅值随转速而增加,转速增加,波形高度相对增加。

    确定幅值、频率和形状在确定的条件下是一致的(转速等)、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。

    确认波形的频率同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,能使两脉冲间隔时间改变的唯一理由是磁组轮上的齿轮数缺少或特殊齿经过传感器,任何其它改变脉冲间隔时间都可以意味着故障。

    检查发动机异响和行驶性能故障与波形的异常是否有关,这可以证实信号所表现的问题是否与顾客陈述的现象或行驶性能故障有直接的关系。

    不同类型的传感器的波形峰值电压和形状并不相同,由于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Z常见的交流传感器故障是根本不产生信号。

    如果波形出现异常,检查不良的线路和接线插头,确认线路没有搭铁,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),当故障出现在示波器上的摇动线束,这可以进一步证明磁电式传感器是否是故障的根本原因。

    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,参见21

    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),同时它还可以便脉冲信号的幅值在速度变化即保仍持不变,近来高温光导纤维技术的发展使得光电传感器在汽车方面的应用增加了。光电传感器另一个优点是不受磁电干扰(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和燃油喷射电路的开关。它们也被用在控制电路,问题非常敏感。光电式传感器的功能元件通常被密封很好,但损坏的分电器组套或密封垫,以及当维修时可能使油污和污物进入敏感区域造成污损,这些就可能引起不能起动,失速和断火。

    如果示波器显示波形异常,检查不良的线和线束插头,检查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,这可以提供进一步证据,证明光电传感器是否是故障的真正的根本原因。

    2.起动试验

    起动时,遇到曲轴转动但发动机不能发动的情况下可以进行起动试验。对于行驶性能、排放及顾客反映的问题,应考虑以下三个问题:

    a.什么是故障产生的重要原因;

    b.检查这个故障的难易程度;

    c.故障电路或元件维修的难易程度;

    对于不能起动故障的诊断可以遵循以下规律:通常发动机不能起动可能是由于:

    a.燃油不能进入气缸;

    b.火花塞不能点火;

    c.机械系统故障。

    如果机械故障不存在的话,示波器就能够避开不必要的步骤,直接确定故障的根本原因。示波器可以迅速可靠地查出燃油喷射系统电路和曲轴转角传感器电路以及点火初、次级电路故障,当怀疑磁电式上止点(TDC)位置、曲轴(CKP)位置、凸轮轴(CKP)位置传感器有故障时,可以应用这个示波器试验步骤来检查。

    ①磁电式上止点(TDC)传感器,22

    ②磁电式曲轴转角传感器,23

    ③磁电式上止点、曲轴转角传感器波形分析

    在进行起动试验时,观察示波器,在大多数情况下:如果传感器或电路有故障,将完全没有信号,在示波器中间零线位置上是一条直线这是很重要的诊断资料。

    如果示波器显示在零电位这是一条直线,那么:

    a.确定示波器到传感器的连接是正常的;

    b.确定相关的零件是否旋转(分电器轴、曲轴、凸轮轴)

    c.检查传感器是否损坏及磁电式传感器的空气间隙是否适当。

    通常可以查阅厂商提供的气隙允许值范围,这是很重要的,如果传感器的接线和示波器的接线良好,传感器轴是旋转的,气隙也是正常的,那么传感器很可能是故障的原因。在比较少的例子中,点火模块或发动机控制电脑被传感器内部电路搭铁接地,这可以用拔下传感器插头后再用示波器测试的方法来判断。

    如果可以观察到一个脉冲信号,就可以分析它的波形,不同型式的凸轮轴和曲轴传感器会产生多种交流信号波形,当分析磁电式传感器波形时,有一个能用来比较的参考波形是很有帮助的。由于磁电式传感器信号振幅与发动机转速成正比,所以许多磁电式传感器在发动机起动时(100-200/)输出的信号振幅很低,确定发动机起动的的信号幅度是适当的,因为发动机起动的速度低会影响传给点火模块或发动机电脑的信号幅值达不到规定的值。

    通常波形中上升和下降的波形不完全对称于零线,但大多数传感器都是相当接近的,上止点和曲轴位置及磁电式传感器振幅将随着适当的转速增加而增加,转速越快、波形的幅值越高,而且转速增加的波形频率也增加,这意味着示波器上会有更多的波形显示出来。确认根据振幅、频率、形状来判定度量在相同条件下(发动机转速等)是有重复性的、有规律、可预值的。这意味着波形幅值足够高.两脉冲时隔即频率可重复(同步脉冲除外),形状可重复和可预估。

    波形的频率与发动机转速保持同步,两个脉冲间断时间只在同步脉冲出现时才有变化,有一种可能使得两脉冲间隔时间变化,那就是当角度齿轮经过传感器时丢失或多出齿数。记住:发动机起动时旋转速度不可能是不变的,在压缩同时和进气行程之间曲轴实际上在加速和减速,这使得波形的频率和幅值随转速改变而同时增加或减少,在脉冲之间的其它任何变化都可能意味着故障。

    不同型式的传感器的波形峰值电压和形状是不同的,许多磁电式传感器在起动时产生很小的信号,再者,由于传感器的故障是根本不产生信号。

    如果示波器显示不正常波形,应先检查线路和接线端,确认线路没有搭铁,再检查示波器和传感器的连线,还要确认机械转动部分(分电器/凸轮轴/曲轴)转动是否正常,当故障出现在示波器上时,摇动线束,这可以进一步判断磁电式传感器是否是故障的根本原因。

    ④霍尔式曲轴位置传感器,24

    霍尔效应传感器在自动化应用中具有特殊意义,它安装在凸轮轴与曲轴处,用于触发点火和燃油喷射电路的开关。它也用在控制电脑需要控制速度和位置的地方,例如汽车速度传感器。

    ⑤光电式曲轴位置传感器,25

    汽车上应用光电式传感器是因为它可以在发动机不转动的情况下传感传动部件的位置,并且在任何转速下脉冲幅度都保持不变,Z近高温光导纤维技术方面的进步,使得光电式传感器在汽车应用方面增加了,光电工传感器的另一方面优点是它不受电磁干扰(EMI)的影响。

    ⑥霍尔效应和光电式传感器的波形分析

    A.如果在示波器0V电压处显示一条直线

    a.确认示波器和传感器连接良好;

    b.确认相关的元件都在转动(分电器、曲轴、凸轮轴等)

    c.用示波器检查传感器的电源电路和控制电脑的电源及接地电路;

    d.检查电源电压和传感器参考电压。

    B.如果在示波器上显示传感器电源电压处的一条直线

    a.检查传感器的接地电路的完整性;

    b.确认相关的元件都在转动(分电器、曲轴、凸轮轴等)

    如果传感器的电源接地良好,示波器显示传感器供给电源电压处显示一条直线,那么很可能传感器损坏是主要原因。

    C.如果有脉冲信号存在,确认从一个脉冲到另一个脉冲的幅度、频率、形状等判定性度量,数字脉冲的幅度必须够高(通常在起动时等于传感器供给电压)。两个脉冲间的时间不变(同步脉冲除外),并且形状是重复可预测的。

    检查波形形状的一致性,检查波形顶部和底部的拐角,检查波形幅值的一致性,因为供给传感器的电压是不变的,所以波形的脉冲高度应相等,确认波形对地电压并不太高,若过高说明电阻太大或接地不良。

    如果示波器上波形显示不正常,查找不良的电线或损坏的插头,检查示波器和传感器测试线,确任相关部件的转动正常(分电器、转轴等)当问题显示在示波器上时,摇动线索可以进一步判定是否是霍尔效应或光电式传感器问题。

    3.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志脉冲信号,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,可以圆满的解决这个问题。

    ①上止点传感器,参见26

    当波形有同步脉冲或标志脉冲时,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帮助稳定显示出波形,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,触发会遇到麻烦,以致在显示出波形跳动像神经质似的。正确的波形要求与磁电式传感器相同。

    ②霍尔式曲轴、凸轮轴传感器,参见27

    当被诊断信号有同步脉冲时,这个测试对霍尔效应曲轴转角和凸轮轴位置传感器非常有效,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。如果没有第一缸触发,在波形的同步脉冲的频率变化时,示波器触发通常有麻烦,即波形跳动不稳定。正确波形分析方法与霍尔效应传感器相同。

    ③磁电式曲轴、凸轮轴传感器,参见28

    当有同步脉冲和标志脉冲信号的,这个试验对磁电式曲轴和凸轮轴位置传感器非常有效,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,如果没有第一缸触发,在波形的同步脉冲的频率变化时,示波器触发信号出现问题,使得波形不稳定的移动。正确的波形分析方式与磁电式传感器相同。

    ④光电式曲轴、凸轮轴传感器,参见29

    当反映各缸上止点的同步或标志脉冲信号出现,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也使得示波器波形稳定的显示。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。正确的波形分析与光电传感器相同。

    4.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,它不仅可以使观察两个传感器波形是否正确,同时还可以帮助分析两个传感器所反应的凸轮轴和曲轴在旋转中相位关系。

    ①磁电式凸轮轴和曲轴位置传感器,参见30

    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,用这个试验可以同时诊断磁电式曲轴和凸轮车轮轴位置传感器或检查曲轴和凸轮轴之间的正时。正常波形分析与磁电式传感器相同。

    ②霍尔式凸轮轴和曲轴位置传感器,参见31

    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两个波形,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与曲轴之间的正时关系。

  正确波形的分析方法与霍尔效应传感器相同。

 

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