2022年汽车电控发动机构造与维修模块五电控发动机点火系统三四五单元教学设计 .pdf
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1、一体化教学教案首页课程汽车电控发动机构造与维修授课教师课题模块五 电控发动机点火系统分课题单元三、曲轴位置传感器单元四、爆震传感器单元五、点火系统的检修与故障排除授课班级11汽修 4 班授课日期课时16 教学目的专业理论知识1、了解曲轴位置传感器的分类、结构工作原理2、熟悉爆震传感器的结构、工作原理4、熟悉电控点火系统常见故障的现象、故障原因实际操作技能1、掌握曲轴位置传感器的检测、故障诊断与排除2、掌握爆震传感器的检测、故障诊断与排除3、掌握电控点火系统常见故障的诊断重点1、曲轴位置传感器的结构和工作原理2、爆震传感器的结构和工作原理难点1、曲轴位置传感器的检测2、爆震传感器的检测3、 电控
2、点火系统常见故障的诊断教学场地与 教 具工业楼二楼、 丰田5A发动机实训台架 4台、丰田卡罗拉 2台.万用表 8台、金德K600 电脑检测仪教学回顾通过学习让学生掌握 曲轴位置传感器的结构和工作原理,爆震传感器的结构和工作原理,学会点火系统常见故障的诊断。说明11中级汽修专业班级、 所授汽车电控发动机构造与维修课程共用该教案。审阅签名:年月日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 19 页 - - - - - - - - - 教 学 过 程(代号 A4)第1 页课
3、题模块五 电控发动机点火系统教学组织(10 分钟 )一、 点名检查学生出勤情况,检查学生穿工作服、工作鞋、带校卡情况。二、 分好小组,安排好学生实习岗位。三、 检查学生所带工具情况,实习器材准备情况,不得带有安全方面的缺陷。四、 检查实习场所的消防、卫生等情况应符合实习安全要求入门指导一、教学回顾 :1、电控点火系统的基本组成2、电控点火系统的工作原理3、电控点火系统的优点4、电控点火系统的分类二、引入新课曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一,它提供点火时刻(点火提前角 )、确认曲轴位置的信号 ,用于检测活塞上止点、 曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同
4、而不同,目前常用的曲轴位置传感器有磁感应式、 霍尔效应传感器、 光电式传感器。 本文还介绍了未来曲轴传感器的发展趋势。三、新课讲解(一)课题分析本单元主要讲述曲轴位置传感器的结构和工作原理,爆震传感器的结构和工作原理,点火系统常见故障的诊断。(二) .相关理论知识单元三曲轴位置传感器一、概述【功用】曲轴位置传感器CKPS(=Crankshaft Position Sensor ) :又称转速传感器,检测曲轴转角位移,给ECU 提供发动机转速信号和曲轴转角名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -
5、 - - - 第 2 页,共 19 页 - - - - - - - - - 信号,作为燃油喷射和点火控制的主控信号。常与凸轮轴位置传感器CMPS(=Camshaft Position Sensor )配合使用。CMPS 用于给 ECU 提供曲轴转角基准位置 (第一缸压缩上止点) 信号,也作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号。【安装位置】 曲轴、凸轮轴、飞轮或分电器处。 两传感器有安装在一起的,也有分开安装的【分类】光电式、霍尔式和磁感应式。一、磁脉冲式曲轴位置传感器1. 磁脉冲式曲轴位置传感器的结构和工作原理(1)日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后,如图
6、1 所示。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘(用以产生信号,称为信号盘),它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上,随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘,沿着圆周每隔4有个齿。共有 90 个齿,并且每隔 120布置 1 个凸缘,共 3 个。安装在信号盘边沿的传感器盒是产生电信号信号发生器。信号发生器内有 3 个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头,其中磁头产生120信号,磁头和磁头共同产生曲轴1转角信号。磁头对着信号盘的120凸缘,磁头和磁头对着信号盘的齿圈,彼此相隔了曲轴转角安装。 信号发生器内有信号放大和整形电路,外部有四孔连接器,孔“ 1”为 120信号输出线,孔“ 2”为信号放大与整形电路的电源线,孔“
7、3”为 1信号输出线,孔“ 4”为接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器中产生的信号输送到 ECU 。发动机转动时, 信号盘的齿和凸缘引起通过感应线圈的磁场发生变化,从而在感应线圈里产生交变的电动势,经滤波整形后, 即变成脉冲信号。 发动机旋转一圈,磁头上产生 3 个 120脉冲信号, 磁头和各产生90 个脉冲信号(交替产生)。由于磁头和磁头相隔3曲轴转角安装,而它们又都是每隔4产生一个脉冲信号, 所以磁头和磁头所产生的脉冲信号相位差正好为90。将这两个脉冲信号送入信号放大与整形电路中合成后,即产生曲轴 1转角的信号。产生 120信号的磁头安装在上止点前70的位置,故其信号亦可称为上止点前 70
8、信号,即发动机在运转过程中,磁头在各缸上止点前70位置均产生一个脉冲信号。(2)丰田公司磁脉冲式曲轴位置传感器名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 19 页 - - - - - - - - - 丰田公司 TCCS 系统用磁脉冲式曲轴位置传感器安装在分电器内,其结构如图 2 所示。该传感器分成上、下两部分,上部分产生G信号,下部分产生Ne信号,都是利用带有轮齿的转子旋转时,使信号发生器感应线圈内的磁通变化,从而在感应线圈里产生交变的感应电动势,再将它放大后,送入
9、ECU 。Ne信号是检测曲轴转角及发动机转速的信号, 相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器的1信号。该信号由固定在下半部具有等间隔24个轮齿的转子( N0.2 正时转子) 及固定于其对面的感应线圈产生(如 图3(a)所示) 。当转子旋转时,轮齿与感应线圈凸缘部(磁头)的空气间隙发生变化,导致通过感应线圈的磁场发生变化而产生感应电动势。轮齿靠近及远离磁头时, 将产生一次增减磁通的变化,所以,每一个轮齿通过磁头时,都将在感应线圈中产生一个完整的交流电压信号。 N0.2 正时转子上有 24 个齿, 故转子旋转 1圈, 即曲轴旋转 720时, 感应线圈产生 24 个交流电压信号。Ne信号如 图 3 (
10、b)所示,其一个周期的脉冲相当于 30曲轴转角(720/ 24=30)。更精确的转角检测,是利用 30转角的时间由 ECU再均分 30等份,即产生 1曲轴转角的信号。同理,发动机的转速由 ECU 依照 Ne信号的两个脉冲(60曲轴转角)所经过的时间为基准进行计测。G信号用于判别气缸及检测活塞上止点位置,相当于日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器120信号。 G 信号是由位于 Ne发生器上方的凸缘转轮( No.1 正时转子)及其对面对称的两个感应线圈(G1感应线圈和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
11、 - - - - 第 4 页,共 19 页 - - - - - - - - - G2感应线圈)产生的。其构造如图 4 所示。其产生信号的原理与Ne信号相同。G信号也用作计算曲轴转角时的基准信号。G1、G2信号分别检测第 6 缸及第 1 缸的上止点。由于G1、G2信号发生器设置位置的关系,当产生G1、G2信号时,实际上活塞并不是正好达到上止点(BTDC ) ,而是在上止点前 10的位置。二、霍尔式曲轴位置传感器霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理,产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的。 它是利用触发叶片或轮齿改变通过霍尔元件的磁场强度,从而使霍尔元件产生脉冲的霍尔电压信号, 经放大整形后即为
12、曲轴位置传感器的输出信号。1. 霍尔式曲轴位置传感器的结构和工作原理(1)采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器美国 GM 公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端,采用触发叶片的结构型式,如 图 12 所示。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个带触发叶片的信号轮,与曲轴一起旋转。 外信号轮外缘上均匀分布着 18 个触发叶片和 18 个窗口,每个触发叶片和窗口的宽度为10弧长; 内信号轮外缘上设有 3 个触发叶片和 3 个窗口, 3 个触发叶片的宽度不同,分别为100、90和 110弧长, 3 个窗口的宽度亦不相同,分别为 20、 30和 10弧长。由于内信号轮的安装位置关系,宽度为 100弧长
13、的触发叶片前沿位于第1 缸和第 4 缸上止点( TDC )前75,90弧长的触发叶片前沿在第 6 缸和第 3 缸上止点前 75,110弧长的触发叶片前沿在第 5 缸和第 2缸上止点前 75。霍尔信号发生器由永久磁铁、 导磁板和霍尔集成电路等组成。 内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器。 信号轮转动时, 每当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙时,霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路(或称隔磁),如图 13(a)所示。这时不产生霍尔电压;当触发叶片离开空气隙时,永久磁铁2 的磁通便通过导磁板3 穿过霍尔元件( 图 13(b) ) ,这时产生霍尔电压。将霍名师资料总结 - - -精品资料欢迎
14、下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 19 页 - - - - - - - - - 尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后,即向 ECU 输送电压脉冲信号( 图 14) 。外信号轮每旋转1 周产生 18个脉冲信号(称为18X信号) ,1 个脉冲周期相当于曲轴旋转20转角的时间,ECU 再将 1 个脉冲周期均分为20等份,即可求得曲轴旋转 1所对应的时间,并根据这一信号, 控制点火时刻。该信号的功用相当于光电式曲轴位置传感器产生 1信号的功能。内信号轮每旋转1 周产生 3 个不同宽度的
15、电压脉冲信号(称为3X信号) ,脉冲周期均为 120曲轴转角的时间,脉冲上升沿分别产生于第1、4 缸、第 3、6 缸和第 2、5 缸上止点前 75作为 ECU 判别气缸和计算点火时刻的基准信号,此信号相当于前述光电式曲轴位置传感器产生的120信号 .(2)采用触发轮齿的霍尔式曲轴位置传感器克莱斯勒公司的霍尔式曲轴位置传感器安装在飞轮壳上,采用触发轮齿的结构。同时在分电器内设置同步信号发生器,用以协助曲轴位置传感器判别缸号。北京切诺基车的霍尔式曲轴位置传感器如图 15 所示,在 2.5L 四缸发动机的飞轮上有 8 个槽,分成两组,每4 个槽为一组,两组相隔180,每组中的相邻两槽相隔 20。在
16、4.OL 六缸发动机的飞轮上有12 个槽,4 个槽为一组, 分成三组,每组相隔 120,相邻两槽也间隔 20。当飞轮齿槽通过传感器的信号发生器时,霍尔传感器输出高电位( 5V);当飞轮齿槽间的金属与传感器成一直线时,传感器输出低电位( 0.3V)。因此,每当 1 个飞轮齿槽通过传感器时,传感器便产生 1 个高、低电位脉冲信号。当飞轮上的每一组槽通过传感器时,传感器将产生4个脉冲信号。 其中四缸发动机每1 转产生 2 组脉冲信号, 六缸发动机每 1 转产生3 组脉冲信号。传感器提供的每组信号,可被发动机ECU用来确定两缸活塞的位置,如在四缸发动机上,利用一组信号,可知活塞1 和活塞 4 接近上止
17、点;利用另一组信号,可知活塞2 和活塞 3 接近上止点。故利用曲轴位置传感器,ECU 可知道有两个气缸的活塞在接近上止点。由于第 4 个槽的脉冲下降沿对应活塞上止点(TDC )前 4,故 ECU 根据脉冲情况很容易确定活塞上止点前的运行位置。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 19 页 - - - - - - - - - 另外, ECU 还可以根据各脉冲间通过的时间,计算出发动机的转速。三、光电式曲轴位置传感器1. 光电式曲轴位置传感器的结构和工作原理(1)日
18、产公司光电式曲轴位置传感器日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内,它由信号发生器和带缝隙和光孔的信号盘组成( 图 6) 。信号盘安装在分电器轴上,其外围有360 条缝隙,产生 1 (曲轴转角) 信号;外围稍靠内侧分布着6 个光孔(间隔 60 ) ,产生 120信号,其中有一个较宽的光孔是产生对应第1 缸上止点的 120 信号的,如 图 7所示。信号发生器固装在分电器壳体上,主要由两只发光二极管、 两只光敏二极管和电子电路组成。 两只发光二极管分别正对着光敏二极管,发光二极管以光敏二极管为照射目标。 信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间,当信号盘随发动机曲轴运转时,因信号盘上有光孔,产生透光
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