第一章 傳感器維修技能與技巧

第一節(jié) 傳感器維修注意事項

一、汽車常用傳感器信號的類型有哪些

汽車上傳感器的電子信號可以分為直流信號、交流信號、頻率調(diào)制信號、脈寬調(diào)制信號和串行數(shù)據(jù)信號。

1）直流（DC）信號。在任何周期里，方向不隨時間變化的電壓和電流信號均屬于直流信號。直流信號可以分為恒壓直流信號和非恒壓直流信號兩種。在汽車中產(chǎn)生恒壓直流信號的類型有蓄電池電壓和控制單元（PCM）輸出的傳感器參考電壓。非恒壓直流信號典型的有節(jié)氣門位置傳感器，圖1-1所示為非恒壓直流信號波形。

2）頻率調(diào)制信號。如圖1-2所示，保持波的幅度恒定而改變頻率稱為頻率調(diào)制。在汽車中產(chǎn)生頻率調(diào)制信號的傳感器主要是光電式傳感器和霍爾式傳感器。

3）交流（AC）信號。在任何周期內(nèi)大小和方向均隨時間變化的信號屬于交流信號。在汽車中產(chǎn)生交流信號的傳感器主要是磁電式傳感器和爆燃傳感器等。圖1-3所示為磁電式傳感器產(chǎn)生的交流信號波形。

4）串行數(shù)據(jù)多路信號。串行數(shù)據(jù)信號是指按時序逐位將組成數(shù)據(jù)和字符的碼元予以傳輸?shù)男盘枴４袛?shù)據(jù)傳輸所需通信線路少，串行傳送的速度低，但傳送的距離可以很長，因此串行適用于長距離而速度要求不高的傳輸場合。

在汽車發(fā)動機控制ECU和其他電子智能設備中用來通信的串行數(shù)字信號是最復雜的信號，在實際中，要用專門的解碼器讀取。當發(fā)動機冷卻液溫度傳感器發(fā)生故障時，PCM輸出的串行數(shù)據(jù)（多路）信號波形如圖1-4所示。

5）脈寬調(diào)制信號。脈沖寬度調(diào)制（PWM）簡稱脈寬調(diào)制。脈寬調(diào)制信號就是經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制的信號。脈沖寬度就是在一個周期內(nèi)元件的持續(xù)工作時間，其信號波形如圖1-5所示。

技巧點撥 電子信號是控制系統(tǒng)中各個傳感器、ECU和其他設備之間相互通信的基本語言，電子信號各有不同的特點，用于實現(xiàn)不同的通信目的。

二、汽車上常用傳感器有哪些檢測方法

1.解碼檢測法

讀取與清除故障碼是解碼器的主要功能，利用故障碼可以判斷出故障的大致方向和部位，為傳感器的檢測和排查提供了方向。但有以下幾點需要注意：

1）并不是所有的故障都會出現(xiàn)故障碼。例如，三菱的6線式步進電動機由于其ECU是以脈沖方式進行控制，因此沒有監(jiān)控裝置，在出現(xiàn)故障后，沒有故障碼。又如，當冷卻液溫度傳感器的電阻發(fā)生漂移而變得不準確時，如果電阻總值沒有超出規(guī)定范圍，那么雖然有故障，但不會顯示故障碼。

2）故障碼的含義說明需弄清楚，是傳感器或執(zhí)行器自身故障還是線路故障；線路故障要分清，是短路還是斷路，是與電源短路或斷路還是搭鐵短路或斷路等。只有清楚、明白故障碼的確切含義，才能更好地利用故障碼排除故障，維修起來也可以少走彎路。

3）通過解碼器查出故障碼只是說明某一系統(tǒng)或相關系統(tǒng)有故障，不要看到故障碼就斷定是該傳感器或執(zhí)行器有故障而予以更換，其他與顯示部件相關的系統(tǒng)故障也可能會造成存儲相同的故障碼。

例如，在檢查ABS時，如果出現(xiàn)“輪速傳感器信號不良”故障碼時，不要立即更換輪速傳感器，而是要首先檢查電路各連接插頭與插座針腳接觸是否良好，傳感器觸發(fā)輪是否有臟污、銹蝕、斷路或短路等現(xiàn)象。有些安裝在車輪上的傳感器因其磁心經(jīng)常會吸附一些制動鼓磨掉的鐵屑而導致工作不良，此時只需拆下傳感器并清除磁心上的污垢即可解決問題；同時還要觀察感應齒圈是否有變形、缺齒等現(xiàn)象，這些都是導致出現(xiàn)“輪速傳感器信號不良”故障碼的原因，而輪速傳感器本身并不一定有損壞。

4）要弄清楚是歷史性故障碼還是當前的故障碼，以及故障碼出現(xiàn)的次數(shù)。如果是歷史性故障碼，那么就表示故障較早之前出現(xiàn)過，而現(xiàn)在不出現(xiàn)了，但在ECU中仍有一定的存儲記憶；當前故障碼則表示是最近出現(xiàn)的故障，當前故障碼絕大部分和目前出現(xiàn)的系統(tǒng)故障有很大關系。

大眾公司的解碼器上故障碼前顯示“SP”，均表示偶發(fā)性故障，故障發(fā)生的原因不外乎以下幾種情況：發(fā)動機運轉或點火鑰匙打開的過程中拔下了某個電器插頭，或者某個傳感器或執(zhí)行器的插頭虛接，是軟故障而不是硬故障。

5）有時讀不出故障碼但車輛依舊有故障，此時要利用解碼器的數(shù)據(jù)流對傳感器和執(zhí)行器進行深入分析和判斷。所謂數(shù)據(jù)流，簡單來說就是電控系統(tǒng)中一些主要傳感器和執(zhí)行器的當前工作參數(shù)值（如發(fā)動機轉速、蓄電池電壓、空氣流量、噴油時間、節(jié)氣門開度、點火提前角、冷卻液溫度等）。維修過程中，可以通過閱讀數(shù)據(jù)流來分析和發(fā)現(xiàn)故障所在，特別是當電控系統(tǒng)無故障碼可供參考時，數(shù)據(jù)流分析就顯得更加重要。每個傳感器和執(zhí)行器在一定條件下的工作參數(shù)值是有一定標準范圍的，因此可以通過實際值與標準值的比較來判斷某個傳感器和執(zhí)行器工作是否存在異常。

6）當參考故障碼排除故障后，要利用解碼器來清除故障碼，也就是從ECU內(nèi)存中清除該故障碼記憶，并在發(fā)動機運轉一段時間后（有條件的話，可以進行路試），再通過解碼器來測試是否還會出現(xiàn)類似的故障現(xiàn)象，或者存儲相同的故障碼。

2.測試燈檢測法

測試燈有自制測試燈和檢測專用測試燈；可以自帶電源，也可以不帶電源。自制測試燈可以用發(fā)光二極管（LED）外接650Ω電阻串聯(lián)制成。測試燈主要有以下幾個功能：

1）檢查傳感器、電控元件本體或連接電路的通斷。

2）檢測傳感器參考電壓供給是否正常。

3）根據(jù)測試燈發(fā)光二極管是否發(fā)出頻閃信號，可以檢查傳感器是否有脈沖輸出，或ECU是否在執(zhí)行信號輸出。

3.故障征兆判斷法

依據(jù)故障征兆，運用經(jīng)驗判斷，是最直觀的方法，但此法有一個缺點是經(jīng)驗積累時間長，結果準確率低，誤判的可能性較大。例如：在維修大眾車系發(fā)動機時，如果出現(xiàn)發(fā)動機油耗和排放污染增加、怠速不穩(wěn)、缺火、喘振等故障現(xiàn)象，則很可能是氧傳感器出現(xiàn)故障。這是因為：從車型來看，該車型出現(xiàn)氧傳感器故障的概率比較高；從故障現(xiàn)象上來看，氧傳感器出現(xiàn)故障，將使電控燃油噴射系統(tǒng)的ECU得不到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進行反饋控制，從而出現(xiàn)上述征兆。

4.萬用表檢測法

汽車上使用萬用表，一般都不主張使用指針式萬用表。在檢測某些元件時，特別是半導體元件和有關ECU的電路，更是強調(diào)必須使用數(shù)字式萬用表。這是因為數(shù)字式萬用表阻抗大，通過元器件的電流小，可以避免在測量時燒毀其他元器件。

（1）電阻檢測法 電阻檢測法主要用于可變電阻、電位計式傳感器電阻、磁電式傳感器電阻的檢測。對于半導體元件，一般要與標準元件的測量值對比后才能得出結論。對于磁電式輪速傳感器，可以用萬用表檢查其電阻值，一般在室溫下進行，電阻在600~2300Ω范圍內(nèi)為正常；電阻太小，則為線圈短路；電阻過大，則為連接不良；電阻非常大，則為斷路；線圈與外殼導通，則為搭鐵。

（2）電流檢測法 電流檢測法主要用于產(chǎn)生電流調(diào)制信號的新型集成電路傳感器，例如輪速傳感器。可以通過萬用表對傳感器進行電流檢測。將萬用表撥至量程在200mA以上的電流檔處，將表筆串接在其中一根輸出線上，另一根輸出線正常接線（指針式萬用表要注意極性），接通汽車電路使ABS通電，用手緩慢轉動傳感器安裝側的車輪，正常情況下電流指示應在8~15mA之間來回波動。如果讀數(shù)值只固定在8mA或15mA，同時調(diào)整空氣間隙無效時，則說明傳感器失效。另外，如果接通電路后電流數(shù)值直接顯示為0mA或100mA以上，在確認萬用表接線無誤后，可以判定傳感器已經(jīng)斷路或短路。

（3）電壓檢測法 對于有源傳感器，由于在工作時傳感器自身可以產(chǎn)生電壓，因此可以使用電壓檢測法來檢測傳感器工作是否正常，例如氧傳感器、磁電式曲軸位置/凸輪軸位置傳感器、爆燃傳感器等。仍以ABS用磁電式輪速傳感器為例，拆開ABS ECU接線插座或拔下輪速傳感器的接線插頭，使被測車輪以1r/s的速度轉動時，使用萬用表交流mV檔，測量各車輪的輪速傳感器對應端子間的電壓，萬用表指示值應為70mV以上。如果測量值低于規(guī)定值，則原因可能是傳感器與輪齒間的間隙過大，或傳感器本身有問題，需要更換新件。

5.示波器檢測法

示波器主要用來顯示控制系統(tǒng)中輸入、輸出信號的電壓波形，以供維修人員根據(jù)波形分析和判斷電控系統(tǒng)故障。示波器比一般電氣設備的顯示速度快，是唯一能顯示瞬時波形的檢測儀器，是電控系統(tǒng)故障診斷中的重要設備。示波器檢測法是最準確、最直觀的檢測方法，可以將傳感器的輸出電流或電壓以波形的形式顯示出來，也是傳感器等電氣元件檢測的發(fā)展方向。

6.替代法

替代法就是指對于可疑傳感器，通過試換新傳感器來查找故障的方法，又稱試換法。替代法可確定故障部位或縮小故障范圍，但不一定能確定故障原因。在檢驗傳感器時，最好使用相同車型、相同年款、相同型號、相同規(guī)格的傳感器，暫時替代有疑問的傳感器。替代后如果故障現(xiàn)象消失，則說明該故障是由傳感器引起的，被替代傳感器存在問題；如果故障現(xiàn)象依然存在，則說明該故障并不是由傳感器引起的，故障在其他部位。

使用替代法檢驗傳感器的好壞，簡單又直接，但要求有一定的維修經(jīng)驗和可以用來替換的正常的傳感器。替換時需要注意兩點：一是不能用不同輸出特性的傳感器來替代，否則容易引起錯誤判斷；二是不要絕對地認為新零件就是好的零件，這有可能導致誤判，因為有的新零件本身就是壞的。

技巧點撥 汽車上典型傳感器的常用檢測方法有解碼檢測法、測試燈檢測法、故障征兆判斷法、萬用表檢測法、示波器檢測法、替代法，這些方法可以根據(jù)情況選擇使用。

三、車用傳感器的檢測要掌握哪些要領

車用傳感器的種類非常多，包括溫度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、流量傳感器、爆燃傳感器、加速度傳感器、車速傳感器（圖1-6）等。電控柴油發(fā)動機上通常安裝有曲軸位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、油軌壓力傳感器、加速踏板位置傳感器，以及針閥行程傳感器等。

傳感器由敏感元件和轉換元件等兩大部分組成。以電磁感應式車輪轉速（簡稱為“輪速”）傳感器為例，它由永久磁鐵、線圈（俗稱“傳感頭”）以及信號發(fā)生盤（又稱轉子，有若干個凸齒）組成。傳感頭固定在輪轂或后橋上不動，而信號發(fā)生盤隨車輪或傳動裝置一起旋轉，其齒頂、齒槽與磁極之間的距離發(fā)生周期性變化，形成磁路的通和閉，磁通的變化導致磁渦流發(fā)生變化，于是在傳感頭線圈中感應出脈沖電壓，其變化頻率與車輪的轉速成正比。單位時間內(nèi)傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)除以車輪每轉1圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)，就可以計算出車輪的轉速。簡單地說，感應式傳感器利用的是“磁生電”的原理。

1.不得隨意拔下傳感器的插接器

一般來說，在點火開關接通、電控單元（ECU）通電工作的情況下，不允許插拔傳感器、執(zhí)行器與電子控制單元的插接器。因為每拆下一次傳感器導線側的插接器，電控單元（ECU）就記憶1個故障碼。這種故障碼即使是“虛碼”，也可能給讀碼和消碼造成混亂。

例如捷達GIX轎車，在拔下冷卻液溫度傳感器導線側插接器的情況下起動發(fā)動機，但是未能起動，即使馬上安裝好冷卻液溫度傳感器導線側的插接器，也無法起動發(fā)動機。只有對發(fā)動機ECU進行基本設定后，發(fā)動機才能正常起動。

2.汽車要使用合適的油物料

以用于修正空燃比的氧傳感器（圖1-7）為例，它安裝在排氣管上，工作溫度很高，比較容易“中毒”。為此，電噴發(fā)動機必須使用高品質(zhì)的機油，即API SG級或SF級以上的機油。如果機油中含有過多的硅化合物，機油燃燒后將生成二氧化硅（SiO₂），會造成氧傳感器中毒失效。

另外，維修電噴發(fā)動機時不能使用硅密封膠，這是因為硅膠中含有醋酸，若硅密封膠應用在有機油流動的部位，其中的醋酸蒸發(fā)，進入曲軸箱，經(jīng)過排氣再循環(huán)系統(tǒng)又進入氣缸，最終通過排氣管而損壞氧傳感器，表現(xiàn)為氧傳感器的頂端工作面呈現(xiàn)白色，俗稱“硅中毒”。

把氧傳感器從排氣管上拆卸下來比較困難，解決辦法是在氧傳感器的安裝螺紋上涂覆專用的防粘劑，它是由石墨、玻璃膠等組成的石墨懸浮液，在工作中石墨被燒掉，玻璃膠保留下來，使氧傳感器便于拆卸。在新氧傳感器和維修用氧傳感器的螺紋上已經(jīng)涂有這種防粘劑，若氧傳感器從排氣管上拆下來，又需要重新裝上，在重新安裝之前必須再次涂抹防粘劑。

3.盡量采用專用儀器進行檢測

傳感器的種類和功能不同，適宜的檢測儀器也不相同。檢測傳感器的儀器設備有許多種，除了故障診斷儀外，還有測試燈、示波器、紅外線測溫儀等。例如，檢測溫度傳感器，最適宜采用紅外線測溫儀。總之，要盡量采用專用儀器檢測傳感器的性能，這樣診斷故障的效果會倍增。

技巧點撥 傳感器檢測的注意事項是我們?nèi)粘＞S修過程中的細節(jié)注重之處，是正常從事維修工作的必備條件。

四、電噴發(fā)動機有哪些控制特點

電噴發(fā)動機的控制特點如下。

1.依靠傳感器捕捉即時工況信息

電噴發(fā)動機安裝了大量傳感器，用來捕捉發(fā)動機各系統(tǒng)的即時工況信息。曲軸位置傳感器是電噴發(fā)動機的關鍵傳感器之一。曲軸位置傳感器損壞后，許多電噴發(fā)動機不能起動，但是有的卻可以起動。這種情況是發(fā)動機ECU的控制策略不同的緣故。

例如，在北京現(xiàn)代伊蘭特轎車發(fā)動機上，安裝了電磁感應式曲軸位置傳感器（CKP）和霍爾式凸輪軸位置傳感器（CMP）。根據(jù)該型發(fā)動機ECU軟件的程序設計，一旦曲軸位置傳感器損壞，將從CMP取得轉速信號，所以曲軸位置傳感器損壞后該型發(fā)動機可以起動。但是，點火時刻將推遲15°左右，以抑制爆燃的產(chǎn)生，所以會感覺發(fā)動機加速無力。

但是，在大多數(shù)電噴發(fā)動機ECU的程序設計中，不利用凸輪軸位置傳感器取得轉速信號，所以曲軸位置傳感器損壞后發(fā)動機不能起動（圖1-8）。

又如大氣壓力傳感器，眾所周知，發(fā)動機的充氣量與大氣壓力有關系，而大氣壓力數(shù)值與當?shù)氐暮０蚊芮邢嚓P。在海平面附近，大氣壓力為101kPa；在海拔1900m的地區(qū)，大氣壓力為84kPa；而在海拔4000m的高原地區(qū)，大氣壓力只有60kPa左右。海拔每升高1000m，發(fā)動機的輸出功率大約降低10%。因此，汽車在不同的海拔地區(qū)行駛，需要根據(jù)大氣壓力傳感器的信號，對相關參數(shù)進行適當?shù)男拚?/p>

另外，大氣壓力會對廢氣渦輪增壓型發(fā)動機增壓壓力的調(diào)節(jié)和轉矩限制產(chǎn)生影響。通過安裝大氣壓力傳感器，檢測大氣壓力，然后在海拔升高時適當減少噴油量，即進行所謂“海拔修正”，這樣有利于改善增壓型發(fā)動機空燃比調(diào)節(jié)，從而減少黑煙的排放量。

2.采用電子節(jié)氣門控制負荷和轉速

新款電噴發(fā)動機取消了節(jié)氣門拉索，采用電子節(jié)氣門（EPC）控制，駕駛人的愿望（例如希望加速、減速或恒速）不再通過節(jié)氣門拉桿或拉索直接操縱節(jié)氣門，而是依靠電子節(jié)氣門進行間接控制，電子節(jié)氣門與加速踏板之間不存在機械連接。加速踏板的位置信息由兩個滑變電阻式加速踏板位置傳感器采集，并將此信號傳輸給發(fā)動機電控單元（ECU）。ECU據(jù)此控制節(jié)氣門調(diào)節(jié)器，由節(jié)氣門調(diào)節(jié)器的電動機操縱節(jié)氣門動作，從而實現(xiàn)整個轉速和負荷范圍內(nèi)的自動調(diào)節(jié)（圖1-9）。

駕駛人踩下加速踏板的行程和速率是對發(fā)動機轉矩的要求，加速踏板的位置是一個設定值，加速踏板位置傳感器是一個設定值發(fā)生裝置。電子節(jié)氣門一方面執(zhí)行來自電控單元（ECU）的指令，去調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度以控制進氣量，進而提高或降低發(fā)動機的轉速。另一方面又可以輸出反映節(jié)氣門開度的信號，供ECU監(jiān)控使用。如果加速踏板位置傳感器損壞，電子節(jié)氣門系統(tǒng)將進入應急模式，ECU不再對加速踏板的信號做出反應，發(fā)動機只能在高怠速下運轉。

3.實行系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化管理

電噴發(fā)動機控制單元通過數(shù)據(jù)總線與底盤、車身等控制單元聯(lián)系在一起，形成一個龐大的網(wǎng)絡化管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡內(nèi)的控制模塊相互影響。一輛寶來1.8T轎車，在正常行駛中，儀表板上的ASR（驅(qū)動防滑系統(tǒng)）指示燈偶爾點亮。按壓ASR燈開關無效，只有關閉點火開關，重新起動發(fā)動機，ASR指示燈才會熄滅。連接V.A.S5051故障診斷儀進行檢測，讀到故障碼“發(fā)動機系統(tǒng)中顯示的空氣流量傳感器G70信號值過小”。檢測G70各端子的電阻，均未超過1.5Ω，觀察G70的波形正常，更換G70無效。該車ABS/ASR控制單元與發(fā)動機控制單元通過CAN-BUS總線進行通信。當節(jié)氣門體臟污后，實際進氣量與節(jié)氣門的開度不匹配，所以ECU記錄“發(fā)動機系統(tǒng)中顯示的空氣流量傳感器G70信號值過小”的故障信息。另一方面，ASR是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機的輸出轉矩來實現(xiàn)驅(qū)動防滑控制的，當節(jié)氣門的開度較大而實際進氣量相對較小時，ABS/ASR控制單元認為驅(qū)動防滑控制應當關閉，于是點亮ASR燈。這就是節(jié)氣門體臟污導致ASR燈點亮的原理。

發(fā)動機失常引起底盤故障燈點亮這個案例說明一個道理：從網(wǎng)絡化的觀點看，電噴發(fā)動機管理系統(tǒng)與底盤是一個整體，有時故障表現(xiàn)在底盤，但是故障的根源可能在發(fā)動機。

4.對接觸電阻和電壓降低敏感

電噴發(fā)動機的許多傳感器依靠5V參考電壓（又稱“基準電壓”）工作。在發(fā)動機ECU的電路板上，有一塊電源芯片，它的功能是將12V蓄電池電壓轉換成5V參考電壓，為CPU、無源傳感器以及需要5V電壓的芯片提供電源。5V參考電壓正常與否，直接影響傳感器測量數(shù)據(jù)的準確性，以及CPU和其他5V電源芯片的性能。

當傳感器的負極端接觸不良時，其輸出電壓可能偏高。這一事實似乎與通常的“高電阻引起電壓降”有矛盾。問題的核心是，由于傳感器的負極端接觸不良，形成了額外的負載，額外電阻的形成使電路的總電阻增加，電流值變小，于是在正常負載上的電壓降減少，相應地使基準電壓點的電壓上升，所以傳感器反饋給ECU的信號電壓（該信號電壓一般低于5V）比正常時偏高。

技巧點撥 如果把神秘的發(fā)動機電子控制過程描述得簡單一點，就是以電控單元（ECU）為控制中心，以發(fā)動機轉速和空氣流量為控制基礎，以噴油器為控制對象，保證發(fā)動機在各種工況下具有最佳的混合氣濃度，以滿足發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放性要求。