汽車傳感器的波形分析研究

摘 要：波形分析法是指在汽車故障診斷中運用汽車專用示波器讀取電控元件的波形，根據實測波形與標準波形的差異來判斷故障，這就要求我們熟悉各種電控元件的波形特性，本文詳細的闡述了幾種常見傳感器的波形檢測方法以及波形特性。

關鍵詞：汽車傳感器；波形分析；空氣流量計

一、 熱線式空氣流量傳感器波形分析

空氣流量計是用來計量單位時間內進入進氣總管中的空氣量，發動機ECU根據所測得的進氣量及其他一些輔助信號確定噴油量。空氣流量傳感器是非常重要的傳感器，發動機ECU可以根據此信號測算出發動機負荷、點火正時、怠速控制等參數，不良的空氣流量計會造成喘震和怠速不穩的現象。

常見的空氣流量計一般有卡門渦旋式、翼板式以及熱線式，熱線式空氣流量計是一種模擬輸出電壓信號傳感器，隨著進氣流量的增大輸出電壓隨之增大。

啟動發動機并預熱至正常工作溫度， 運用汽車專用示波器讀取各種工況下的空氣流量計波形，將發動機節氣門從全關閉狀態逐漸打開直至全開并持續2S，再關閉節氣門使發動機怠速運轉2S，接著再急加速至節氣門全開，最終再回到怠速狀態并讀取波形。

空氣流量計波形如圖一所示，怠速的時候空氣流量計輸出信號電壓為0.2V左右，隨著節氣門開度的增大輸出電壓也隨之增大，當節氣門全開的時候，輸出電壓為4V左右，當急減速的時候空氣流量計輸出電壓會比怠速時的電壓稍低。如果實測波形與標準波形存在明顯差異則表明空氣流量計存在故障。[ 1 ]

二、節氣門位置傳感器波形分析

節氣門位置傳感器是用來檢測發動機節氣門開度大小的傳感器，它一般安裝在節氣門轉軸上，分為模擬式節氣門位置傳感器和開關式節氣門位置傳感器。節氣門位置傳感器是一個非常重要的傳感器，發動機ECU根據它檢測到的信號可推算得出發動機的負荷、點火正時以及怠速控制等參數，如果節氣門位置傳感器損壞會引起發動機故障，比如說加速滯后。

節氣門位置傳感器有三根線，其中一根是ECU提供給它的電源線，另一根為傳感器的接地線。模擬式節氣門位置傳感器實為一個可變電位計，它由一個與節氣門轉軸相連的滑動觸針構成，所以第三根線是連接到這個可變電位計的可動觸點上，輸出信號電壓是和節氣門的開度成正比的。[ 2 ]

模擬式節氣門位置傳感器波形的讀取方法如下：打開點火點開，ECU的傳感器電源給傳感器供電，緩慢地轉動節氣門轉軸使得節氣門從全閉到全開再從全開到全閉，反復幾次即可讀取信號波形，在整個讀取過程中發動機是不需要啟動運轉的。節氣門位置傳感器信號輸出波形如圖二所示。當節氣門關閉發動機怠速的時候其輸出信號電壓不足1V，隨著節氣門開度的增大其輸出電壓也隨之增大，當節氣門全開時輸出信號電壓不足5V，整個波形應該是連續的，不應有斷裂出現，同時也不應該出現對地尖峰或大的跌落。

節氣門位置傳感器波形中經常會出現一種異樣波形，當節氣門開度到達不足一半的時候波形出現了對地大跌落，當節氣門從全開后逐漸關閉到同樣位置的時候又出現了對地大跌落，由此可以判斷觸點在該位置的時候出現了故障，經檢查發現傳感器該位置處的碳膜損壞斷裂了，在日常駕駛過程中節氣門開度一般都不超過50%，所以前段碳膜會更容易磨損，這樣就不能向ECU提供正確的節氣門位置信息，從而影響發動機的正常運行。[ 3 ]

三、 進氣壓力傳感器波形分析

進氣壓力傳感器是用來檢測進氣管真空度的，分為模擬式和數字式進氣壓力傳感器。模擬式進氣壓力傳感器也有三條線，其中一條是ECU提供的5V參考電壓線，另一條是搭鐵，第三條是輸出信號線。在信號讀取過程中，應該關閉其他附屬電氣設備，啟動發動機待怠速穩定后方可讀取輸出信號波形。

具體操作步驟如下：發動機怠速運轉逐步緩慢增大節氣門開度至全開，并保持全開2秒，然后再逐漸關閉節氣門，保持怠速運轉2秒，接著急加速至節氣門全開，最后再關閉節氣門，此刻即可讀取進氣壓力傳感器的輸出信號波形。不同的進氣壓力對應不同的輸出電壓，可以查閱不同車型的對應數據來判斷波形是否正常，發動機節氣門全閉的時候其輸出信號電壓一般為1.25V，節氣門全開時其輸出信號電壓稍低于5V，全減速時其輸出信號電壓接近于0V。

數字輸出式進氣壓力傳感器輸出的是頻率調制式數字信號，其輸出頻率隨著真空度的變化而變化，該類型傳感器也是三線制。打開點火開關運用手動真空泵給傳感器施以不同的真空度，讀取波形。當真空泵不工作的時候其輸出信號的頻率為160Hz，發動機怠速時的真空度一般在19inHg，其輸出信號頻率約為150 Hz，具體波形如圖三所示，進氣壓力傳感器波形的幅值應該是滿5V的脈沖，頻率對應的真空度要符合資料數值。[ 4 ]

四、 爆震傳感器波形分析

爆震傳感器是點火正時的閉環反饋信號，當發動機因點火過早或燃油標號偏低而發生爆燃時，爆震傳感器檢測到相關信息并把該信息反饋給發動ECU，ECU重新調整點火正時以防進一步爆燃，從而有效保證發動機的正常運行。爆震傳感器通常安裝在發動機的缸體上，當發動機發生爆燃時缸體會出現震動，一旦震動該傳感器就會產生一個電壓峰值，爆燃越厲害震動越明顯，傳感器產生的電壓峰值就越大。

爆震傳感器的波形檢測方法如下：首先打開點火開關，不用啟動發動機，找到爆震傳感器的安裝位置，用金屬棒敲打傳感器附近的缸體，每敲擊一下示波器顯示上就會有相應的波形振動，敲擊力度越大，波形振動幅值越大，其波形圖如圖四所示。

參考文獻：

[1] 朱永成.氧傳感器波形分析在電噴汽車維修檢測中的應用[J].韶關學院學報，2008（3）：48-49.

[2] 陳明.汽車傳感器波形分析在故障診斷中的應用[J].汽車電器，2009（4）：33-34

[3] 魏秋蘭.波形分析在汽車電子控制系統故障診斷中的應用[J].汽車實用技術，2015（1）：136-137.

[4] 吳心平.波形分析法在汽車故障診斷中的應用[J].拖拉機與農用運輸車，2006（12）：92-94.

基金項目：

無錫商業職業技術學院2016年校級課題《基于波形分析法的電控發動機故障診斷研究》（課題編號SYKJ16B23）。

作者簡介：王斌（1982-），男，江蘇寶應人，碩士，實驗師、汽車維修高級技師，研究方向：汽車檢測與維修。