上海桑塔納轎車霍爾傳感器問題導(dǎo)致加速無力的故障診斷與排除

曾偉峰

惠州市公共汽車總公司汽車修配廠，廣東 惠州 516000

0 引言

汽車發(fā)動機采用了電子控制以后，使汽車在動力性、經(jīng)濟性、排放性等方面得到很大改善。但是使汽車發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和控制原理變得更加復(fù)雜，從而給汽車故障的診斷與排除的難度大大增加。對采用電子控制的汽車進行維修，除了有扎實的理論基礎(chǔ)知識、豐富的實踐經(jīng)驗、靈活的思維之外，還要有耐心、專心、細心，并且要懂得結(jié)合利用先進的檢測儀器來檢測分析，這樣碰到問題才能迎刃而解。

1 故障現(xiàn)象

2010年6月的一天，一輛上海桑塔納2000GSi轎車開到我們廠檢修。該車裝配1.8L 2VQS AJR型發(fā)動機，行駛里程約12萬km，出現(xiàn)了動力不足，發(fā)動機功率下降。我們接車到后，根據(jù)車主的反應(yīng)以及現(xiàn)場測試的情況后，分析認為應(yīng)該是發(fā)動機內(nèi)部出問題，于是對發(fā)動機拆解檢查。在檢查時，發(fā)現(xiàn)氣缸套與活塞環(huán)已經(jīng)嚴重磨損，就決定對發(fā)動機進行一次大修。然而，在發(fā)動機大修竣工后，進行試車時，發(fā)現(xiàn)車速達到110km/h以后提速困難，并且發(fā)動機有抖動的感覺。

2 故障原因初步分析

從故障現(xiàn)象分析，故障應(yīng)該發(fā)生在發(fā)動機上。桑塔納2000GSi轎車的發(fā)動機是采用微機來控制的。由于發(fā)動機剛進行大修過，更換了新的氣缸套、活塞、活塞環(huán)、進排氣門、氣門座圈、氣門油封等主要部件，并且在裝配前所有的新件都進行了檢查過，沒有發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題。故障出現(xiàn)在發(fā)動機電控系統(tǒng)上的可能性比較大。

從電控發(fā)動機的工作原理分析，造成車速上不去的原因可能有以下幾個方面：

1）燃油供給系統(tǒng)油壓偏低

桑塔納2000GSi轎車采用電子控制多點燃油噴射系統(tǒng)，發(fā)動機對燃油壓力要求很高。供油壓力過低，汽車在高速時不能供應(yīng)足夠的燃油去滿足發(fā)動機的需要量，造成發(fā)動機動力不足，車速上不去。

2）氣缸壓力低

氣缸套與活塞環(huán)、進排氣門與氣門座密封不嚴，會造成漏氣，使氣缸壓力降低。氣缸的壓縮壓力降低，發(fā)動機的輸出動力也會不足，使車速上不去。

3）混合氣偏稀

如果進氣系統(tǒng)漏氣或其它原因造成的混合氣過稀，也會使發(fā)動機動力不足，車速上不去。

4）點火不正時

汽車在高速時，如果點火正時不正確，使發(fā)動機氣缸內(nèi)的可燃混合氣在不恰當(dāng)?shù)臅r刻被點燃，從而造成混合氣燃燒后產(chǎn)生的壓力嚴重不足，影響了發(fā)動機的動力輸出，使車速上不去。

5）發(fā)動機電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障

該發(fā)動機的點火、噴油、怠速等都是由電控單元ECU控制的，如果某一傳感器、執(zhí)行器或ECU出現(xiàn)故障，也可能會造成以上的故障。

3 故障診斷與排除方法

我們根據(jù)以上分析，對有可能產(chǎn)生故障的部分進行檢測：

1）燃油供給系統(tǒng)的檢測

在燃油分配管和壓力油進口橡膠管連接處斷開，串入燃油壓力表，起動發(fā)動機檢查燃油壓力，怠速狀態(tài)油壓表顯示為0.25MPa。加油門時油壓表指針在0.28MPa～0.30MPa之間擺動。關(guān)閉點火開關(guān)10min后，燃油系統(tǒng)保持壓力為0.16MPa，油壓值均符合標(biāo)準(zhǔn)，可以判定燃油泵工作性能良好，進油管路通暢，油壓調(diào)節(jié)器正常。檢測各噴油嘴，噴油良好。

2）氣缸壓力的檢測

在檢測氣缸壓力時，發(fā)動機機油至少30℃，節(jié)氣門應(yīng)全開（開度達100%），用氣缸壓力表逐個測量氣缸壓力，其壓力都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（壓力標(biāo)準(zhǔn)為1000kPa～1300kPa）。

3）進氣系統(tǒng)的檢測

對進氣管路、各真空管進行檢查，均沒有發(fā)現(xiàn)脫、裂、漏或錯接的情況。

4）點火系統(tǒng)的檢測

拔下各缸高壓線插上備用火花塞，高壓線與點火線圈連接，轉(zhuǎn)動點火開關(guān)使起動機運轉(zhuǎn)，觀察各缸火花均是藍火，火花很強。從發(fā)動機拆下火花塞，火花塞間隙正常，電極部分燃燒良好，呈棕黃色，瓷絕緣良好；測量高壓線電阻正常（5kΩ～6kΩ）。裝上火花塞、高壓線，起動發(fā)動機后進行斷火試驗，各缸均工作。

4 電控系統(tǒng)的檢測

使用電眼睛x-431電腦檢測儀對發(fā)動機電控系統(tǒng)進行檢測。進入發(fā)動機電控單元，查詢故障存儲器，但結(jié)果沒有故障代碼記憶，顯示系統(tǒng)正常。接著讀取發(fā)動機的數(shù)據(jù)流以及檢測各個傳感器的工作狀況。

4.1 空氣流量傳感器的檢測

該發(fā)動機的基本供油量是由發(fā)動機的電控單元ECU根據(jù)空氣流量傳感器送來的信號控制的。用電眼睛x-431電腦檢測儀對發(fā)動機讀取系統(tǒng)數(shù)據(jù)流。檢測該車怠速時空氣流量計信號為2g/s～5g/s，慢加速時為14g/s左右，急加油達到40g/s，大負荷時達到60g/s～70g/s，這數(shù)據(jù)都符合標(biāo)準(zhǔn)，說明空氣流量傳感器工作正常。

4.2 氧傳感器的檢測

檢測氧傳感器反饋信號電壓，該信號電壓能夠在0.1V～1.0V之間波動，反映快慢:怠速時（＞10次/min）；2500（轉(zhuǎn)/min）時電壓變化次數(shù)不少于8次/10s，加熱電阻阻值4Ω，正常。

4.3 節(jié)氣門開度的檢測

怠速時節(jié)氣門角度值為0°～5°，正常。節(jié)氣門角度慢慢開大時負荷信號值也都在正常范圍內(nèi)。

4.4 點火提前角的檢測

怠速時為10°左右，在正常范圍內(nèi)（正常值為12±4.5°）。

4.5 冷卻液溫度傳感器的檢測

檢測發(fā)動機冷卻液溫度傳感器，其電阻值符合要求。正常值冷態(tài)時為1080Ω～2750Ω，熱態(tài)時為50Ω～500Ω。

4.6 曲軸位置傳感器的檢測

用萬用表測量曲軸位置傳感器的感應(yīng)線圈電阻，阻值為680Ω，正常。

5 霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)組成、工作原理與檢測

該車的霍爾傳感器是安裝在發(fā)動機的前端，凸輪軸齒形帶輪的下方。

1）霍爾傳感器的組成

該車的霍爾傳感器主要由凸輪軸帶動的觸發(fā)葉輪、永久磁鐵、霍爾元件等組成，如圖1所示。

圖1 霍爾傳感器的組成

2）霍爾傳感器的工作原理

霍爾信號發(fā)生器工作原理圖見圖2所示。

凸輪軸帶動觸發(fā)葉輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)葉片進入磁鐵與霍爾元件之間的空氣隙時，磁場被旁路，霍爾元件不產(chǎn)生霍爾電壓，霍爾集成電路末級三極管截止，信號發(fā)生器輸出高電位；當(dāng)觸發(fā)葉輪離開空氣隙，永久磁鐵的磁力線通過霍爾元件而產(chǎn)生霍爾電壓，集成電路末級三極管導(dǎo)通，信號發(fā)生器輸出低電位。葉片隨著發(fā)動機的運轉(zhuǎn)而不停的轉(zhuǎn)動，信號發(fā)生器輸出一個矩形波信號，輸送到發(fā)動機電控單元ECU作為第一缸活塞壓縮上止點的位置信號。

圖2 霍爾發(fā)生器的工作原理

1-觸發(fā)葉輪的葉片；2-霍爾集成塊；3-永久磁鐵；4-霍爾傳感器；5-導(dǎo)磁板

3）霍爾傳感器的檢測

圖3 霍爾傳感器與ECU的線路連接圖

霍爾式傳感器與ECU有三條引線相連，如圖3所示。其中一條是ECU向傳感器加電壓的電源線，輸入傳感器的電壓接近蓄電池電壓；另一條是傳感器的輸出信號線，當(dāng)觸發(fā)葉輪通過傳感器時，霍爾傳感器輸出信號，高電位為5V，低電位為0.3V；第三條是通往傳感器的接地線。

（1）傳感器電源電壓的檢測

點火開關(guān)置于“ON”，用萬用表電壓檔測量“+”和“-”端子的電壓，測得的電壓接近蓄電池電壓，正常。

（2）端子間電壓的檢測

用萬用表的電壓檔，對傳感器的“+”、“-”、“信號”三個端子間進行測試，當(dāng)點火開關(guān)置于“ON”時，“+”和“-”端子間的電壓值接近蓄電池電壓；“信號”和“-”端子間的電壓值在發(fā)動機轉(zhuǎn)動時，在0.3-5V之間變化，且數(shù)值顯示呈脈沖性變化，最高電壓5v，最低電壓0.3V，正常。

（3）電阻檢測

點火開關(guān)置于“OFF”位置，拔下霍爾傳感器導(dǎo)線連接器，用萬用表Ω檔跨接在傳感器側(cè)的端子“+”與“信號”或“+”與“-”間，此時萬用表顯示讀數(shù)為∞（開路），正常。如果指示有電阻，則應(yīng)更換霍爾傳感器。

從檢測結(jié)果來看，電控系統(tǒng)以及各傳感器的工作都正常。那么造成故障的原因到底出現(xiàn)在什么地方呢？經(jīng)過仔細分析后認為，發(fā)動機車速上不去，除了電控系統(tǒng)存在故障以外，點火正時不對也會出現(xiàn)此類故障，于是懷疑是不是裝配的過程中正時沒對好？于是拆開正時罩殼檢查，將正時帶輪轉(zhuǎn)動到與曲軸上齒形帶輪的上止點標(biāo)記對齊，凸輪軸上的標(biāo)記也剛好對齊，這證明在裝配的時候沒有裝錯。此時診斷工作似乎陷入了困境。

接著我們想到通過波形信號來查找原因。檢測霍爾傳感器波形信號，波形正常。再檢測曲軸位置傳感器波形信號，波形也正常。進一步分析，AJR發(fā)動機的點火控制是發(fā)動機控制單元ECU根據(jù)霍爾傳感器信號、曲軸位置傳感器信號共同來確定點火時間的，發(fā)現(xiàn)忽略了一個重要的細節(jié)，即霍爾傳感器信號和曲軸位置信號的同步性。雖然從單個信號看，都正常的。但如果兩個信號不同步，將直接影響點火正時。于是用發(fā)動機分析儀的雙通道示波器對上述兩個傳感器信號同步進行測試，測試結(jié)果顯示兩個信號是不同步的。決定再檢查這兩個傳感器。拆開正時罩殼，將霍爾傳感器從發(fā)動機上拆下檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)霍爾傳感器的霍爾元件外表面有刮傷的痕跡。再仔細檢查安裝在凸輪軸齒形帶輪后的觸發(fā)葉輪，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)葉輪有嚴重的變形，造成在轉(zhuǎn)動時磨擦到了霍爾元件的外表面。將其從發(fā)動機上拆下并進行校正，校正好后將觸發(fā)葉輪和霍爾傳感器裝回，所有零部件安復(fù)好后試車，結(jié)果發(fā)現(xiàn)汽車提速正常、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，故障消除。

6 故障排除結(jié)果分析

該車可能在大修發(fā)動機的時候，拆解出來的觸發(fā)葉輪沒有注意保存好而被其它較重大的零部件擠壓導(dǎo)致變形，變形后在裝復(fù)的過程中又沒有被發(fā)現(xiàn)。由于觸發(fā)葉輪的變形，導(dǎo)致在運轉(zhuǎn)過程中晃動，從而影響了霍爾傳感器的輸出信號。由于霍爾傳感器信號為發(fā)動機的第一缸活塞壓縮行程的上止點位置信號，所以霍爾傳感器的觸發(fā)葉輪運轉(zhuǎn)時晃動導(dǎo)致產(chǎn)生周而復(fù)始的、錯誤的上止點位置信號。這個錯誤的信號送入到電控單元ECU后，ECU根據(jù)這個信號以及曲軸的位置信號作出判斷并對點火時間進行控制，結(jié)果造成ECU發(fā)出的點火控制指令不正確。由于AJR型發(fā)動機采用的是連續(xù)點火方式，使得可燃混合氣體在氣缸內(nèi)不恰當(dāng)?shù)臅r刻點燃，從而造成燃氣壓力嚴重不足，影響發(fā)動機的動力輸出，結(jié)果造成加速無力。

[1]于明進，等主編.汽車電氣設(shè)備構(gòu)造與維修[M].高等教育出版社，2006.

[2]石聿俊主編.桑塔納轎車構(gòu)造與維修[M].高等教育出版社，2000.