第一章 传感器维修技能与技巧

第一节 传感器维修注意事项

一、汽车常用传感器信号的类型有哪些

汽车上传感器的电子信号可以分为直流信号、交流信号、频率调制信号、脉宽调制信号和串行数据信号。

1）直流（DC）信号。在任何周期里，方向不随时间变化的电压和电流信号均属于直流信号。直流信号可以分为恒压直流信号和非恒压直流信号两种。在汽车中产生恒压直流信号的类型有蓄电池电压和控制单元（PCM）输出的传感器参考电压。非恒压直流信号典型的有节气门位置传感器，图1-1所示为非恒压直流信号波形。

2）频率调制信号。如图1-2所示，保持波的幅度恒定而改变频率称为频率调制。在汽车中产生频率调制信号的传感器主要是光电式传感器和霍尔式传感器。

3）交流（AC）信号。在任何周期内大小和方向均随时间变化的信号属于交流信号。在汽车中产生交流信号的传感器主要是磁电式传感器和爆燃传感器等。图1-3所示为磁电式传感器产生的交流信号波形。

4）串行数据多路信号。串行数据信号是指按时序逐位将组成数据和字符的码元予以传输的信号。串行数据传输所需通信线路少，串行传送的速度低，但传送的距离可以很长，因此串行适用于长距离而速度要求不高的传输场合。

在汽车发动机控制ECU和其他电子智能设备中用来通信的串行数字信号是最复杂的信号，在实际中，要用专门的解码器读取。当发动机冷却液温度传感器发生故障时，PCM输出的串行数据（多路）信号波形如图1-4所示。

5）脉宽调制信号。脉冲宽度调制（PWM）简称脉宽调制。脉宽调制信号就是经过脉冲宽度调制的信号。脉冲宽度就是在一个周期内元件的持续工作时间，其信号波形如图1-5所示。

技巧点拨 电子信号是控制系统中各个传感器、ECU和其他设备之间相互通信的基本语言，电子信号各有不同的特点，用于实现不同的通信目的。

二、汽车上常用传感器有哪些检测方法

1.解码检测法

读取与清除故障码是解码器的主要功能，利用故障码可以判断出故障的大致方向和部位，为传感器的检测和排查提供了方向。但有以下几点需要注意：

1）并不是所有的故障都会出现故障码。例如，三菱的6线式步进电动机由于其ECU是以脉冲方式进行控制，因此没有监控装置，在出现故障后，没有故障码。又如，当冷却液温度传感器的电阻发生漂移而变得不准确时，如果电阻总值没有超出规定范围，那么虽然有故障，但不会显示故障码。

2）故障码的含义说明需弄清楚，是传感器或执行器自身故障还是线路故障；线路故障要分清，是短路还是断路，是与电源短路或断路还是搭铁短路或断路等。只有清楚、明白故障码的确切含义，才能更好地利用故障码排除故障，维修起来也可以少走弯路。

3）通过解码器查出故障码只是说明某一系统或相关系统有故障，不要看到故障码就断定是该传感器或执行器有故障而予以更换，其他与显示部件相关的系统故障也可能会造成存储相同的故障码。

例如，在检查ABS时，如果出现“轮速传感器信号不良”故障码时，不要立即更换轮速传感器，而是要首先检查电路各连接插头与插座针脚接触是否良好，传感器触发轮是否有脏污、锈蚀、断路或短路等现象。有些安装在车轮上的传感器因其磁心经常会吸附一些制动鼓磨掉的铁屑而导致工作不良，此时只需拆下传感器并清除磁心上的污垢即可解决问题；同时还要观察感应齿圈是否有变形、缺齿等现象，这些都是导致出现“轮速传感器信号不良”故障码的原因，而轮速传感器本身并不一定有损坏。

4）要弄清楚是历史性故障码还是当前的故障码，以及故障码出现的次数。如果是历史性故障码，那么就表示故障较早之前出现过，而现在不出现了，但在ECU中仍有一定的存储记忆；当前故障码则表示是最近出现的故障，当前故障码绝大部分和目前出现的系统故障有很大关系。

大众公司的解码器上故障码前显示“SP”，均表示偶发性故障，故障发生的原因不外乎以下几种情况：发动机运转或点火钥匙打开的过程中拔下了某个电器插头，或者某个传感器或执行器的插头虚接，是软故障而不是硬故障。

5）有时读不出故障码但车辆依旧有故障，此时要利用解码器的数据流对传感器和执行器进行深入分析和判断。所谓数据流，简单来说就是电控系统中一些主要传感器和执行器的当前工作参数值（如发动机转速、蓄电池电压、空气流量、喷油时间、节气门开度、点火提前角、冷却液温度等）。维修过程中，可以通过阅读数据流来分析和发现故障所在，特别是当电控系统无故障码可供参考时，数据流分析就显得更加重要。每个传感器和执行器在一定条件下的工作参数值是有一定标准范围的，因此可以通过实际值与标准值的比较来判断某个传感器和执行器工作是否存在异常。

6）当参考故障码排除故障后，要利用解码器来清除故障码，也就是从ECU内存中清除该故障码记忆，并在发动机运转一段时间后（有条件的话，可以进行路试），再通过解码器来测试是否还会出现类似的故障现象，或者存储相同的故障码。

2.测试灯检测法

测试灯有自制测试灯和检测专用测试灯；可以自带电源，也可以不带电源。自制测试灯可以用发光二极管（LED）外接650Ω电阻串联制成。测试灯主要有以下几个功能：

1）检查传感器、电控元件本体或连接电路的通断。

2）检测传感器参考电压供给是否正常。

3）根据测试灯发光二极管是否发出频闪信号，可以检查传感器是否有脉冲输出，或ECU是否在执行信号输出。

3.故障征兆判断法

依据故障征兆，运用经验判断，是最直观的方法，但此法有一个缺点是经验积累时间长，结果准确率低，误判的可能性较大。例如：在维修大众车系发动机时，如果出现发动机油耗和排放污染增加、怠速不稳、缺火、喘振等故障现象，则很可能是氧传感器出现故障。这是因为：从车型来看，该车型出现氧传感器故障的概率比较高；从故障现象上来看，氧传感器出现故障，将使电控燃油喷射系统的ECU得不到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，从而出现上述征兆。

4.万用表检测法

汽车上使用万用表，一般都不主张使用指针式万用表。在检测某些元件时，特别是半导体元件和有关ECU的电路，更是强调必须使用数字式万用表。这是因为数字式万用表阻抗大，通过元器件的电流小，可以避免在测量时烧毁其他元器件。

（1）电阻检测法 电阻检测法主要用于可变电阻、电位计式传感器电阻、磁电式传感器电阻的检测。对于半导体元件，一般要与标准元件的测量值对比后才能得出结论。对于磁电式轮速传感器，可以用万用表检查其电阻值，一般在室温下进行，电阻在600~2300Ω范围内为正常；电阻太小，则为线圈短路；电阻过大，则为连接不良；电阻非常大，则为断路；线圈与外壳导通，则为搭铁。

（2）电流检测法 电流检测法主要用于产生电流调制信号的新型集成电路传感器，例如轮速传感器。可以通过万用表对传感器进行电流检测。将万用表拨至量程在200mA以上的电流档处，将表笔串接在其中一根输出线上，另一根输出线正常接线（指针式万用表要注意极性），接通汽车电路使ABS通电，用手缓慢转动传感器安装侧的车轮，正常情况下电流指示应在8~15mA之间来回波动。如果读数值只固定在8mA或15mA，同时调整空气间隙无效时，则说明传感器失效。另外，如果接通电路后电流数值直接显示为0mA或100mA以上，在确认万用表接线无误后，可以判定传感器已经断路或短路。

（3）电压检测法 对于有源传感器，由于在工作时传感器自身可以产生电压，因此可以使用电压检测法来检测传感器工作是否正常，例如氧传感器、磁电式曲轴位置/凸轮轴位置传感器、爆燃传感器等。仍以ABS用磁电式轮速传感器为例，拆开ABS ECU接线插座或拔下轮速传感器的接线插头，使被测车轮以1r/s的速度转动时，使用万用表交流mV档，测量各车轮的轮速传感器对应端子间的电压，万用表指示值应为70mV以上。如果测量值低于规定值，则原因可能是传感器与轮齿间的间隙过大，或传感器本身有问题，需要更换新件。

5.示波器检测法

示波器主要用来显示控制系统中输入、输出信号的电压波形，以供维修人员根据波形分析和判断电控系统故障。示波器比一般电气设备的显示速度快，是唯一能显示瞬时波形的检测仪器，是电控系统故障诊断中的重要设备。示波器检测法是最准确、最直观的检测方法，可以将传感器的输出电流或电压以波形的形式显示出来，也是传感器等电气元件检测的发展方向。

6.替代法

替代法就是指对于可疑传感器，通过试换新传感器来查找故障的方法，又称试换法。替代法可确定故障部位或缩小故障范围，但不一定能确定故障原因。在检验传感器时，最好使用相同车型、相同年款、相同型号、相同规格的传感器，暂时替代有疑问的传感器。替代后如果故障现象消失，则说明该故障是由传感器引起的，被替代传感器存在问题；如果故障现象依然存在，则说明该故障并不是由传感器引起的，故障在其他部位。

使用替代法检验传感器的好坏，简单又直接，但要求有一定的维修经验和可以用来替换的正常的传感器。替换时需要注意两点：一是不能用不同输出特性的传感器来替代，否则容易引起错误判断；二是不要绝对地认为新零件就是好的零件，这有可能导致误判，因为有的新零件本身就是坏的。

技巧点拨 汽车上典型传感器的常用检测方法有解码检测法、测试灯检测法、故障征兆判断法、万用表检测法、示波器检测法、替代法，这些方法可以根据情况选择使用。

三、车用传感器的检测要掌握哪些要领

车用传感器的种类非常多，包括温度传感器、压力传感器、位置传感器、流量传感器、爆燃传感器、加速度传感器、车速传感器（图1-6）等。电控柴油发动机上通常安装有曲轴位置传感器、冷却液温度传感器、油轨压力传感器、加速踏板位置传感器，以及针阀行程传感器等。

传感器由敏感元件和转换元件等两大部分组成。以电磁感应式车轮转速（简称为“轮速”）传感器为例，它由永久磁铁、线圈（俗称“传感头”）以及信号发生盘（又称转子，有若干个凸齿）组成。传感头固定在轮毂或后桥上不动，而信号发生盘随车轮或传动装置一起旋转，其齿顶、齿槽与磁极之间的距离发生周期性变化，形成磁路的通和闭，磁通的变化导致磁涡流发生变化，于是在传感头线圈中感应出脉冲电压，其变化频率与车轮的转速成正比。单位时间内传感器产生的脉冲数除以车轮每转1圈产生的脉冲数，就可以计算出车轮的转速。简单地说，感应式传感器利用的是“磁生电”的原理。

1.不得随意拔下传感器的插接器

一般来说，在点火开关接通、电控单元（ECU）通电工作的情况下，不允许插拔传感器、执行器与电子控制单元的插接器。因为每拆下一次传感器导线侧的插接器，电控单元（ECU）就记忆1个故障码。这种故障码即使是“虚码”，也可能给读码和消码造成混乱。

例如捷达GIX轿车，在拔下冷却液温度传感器导线侧插接器的情况下起动发动机，但是未能起动，即使马上安装好冷却液温度传感器导线侧的插接器，也无法起动发动机。只有对发动机ECU进行基本设定后，发动机才能正常起动。

2.汽车要使用合适的油物料

以用于修正空燃比的氧传感器（图1-7）为例，它安装在排气管上，工作温度很高，比较容易“中毒”。为此，电喷发动机必须使用高品质的机油，即API SG级或SF级以上的机油。如果机油中含有过多的硅化合物，机油燃烧后将生成二氧化硅（SiO₂），会造成氧传感器中毒失效。

另外，维修电喷发动机时不能使用硅密封胶，这是因为硅胶中含有醋酸，若硅密封胶应用在有机油流动的部位，其中的醋酸蒸发，进入曲轴箱，经过排气再循环系统又进入气缸，最终通过排气管而损坏氧传感器，表现为氧传感器的顶端工作面呈现白色，俗称“硅中毒”。

把氧传感器从排气管上拆卸下来比较困难，解决办法是在氧传感器的安装螺纹上涂覆专用的防粘剂，它是由石墨、玻璃胶等组成的石墨悬浮液，在工作中石墨被烧掉，玻璃胶保留下来，使氧传感器便于拆卸。在新氧传感器和维修用氧传感器的螺纹上已经涂有这种防粘剂，若氧传感器从排气管上拆下来，又需要重新装上，在重新安装之前必须再次涂抹防粘剂。

3.尽量采用专用仪器进行检测

传感器的种类和功能不同，适宜的检测仪器也不相同。检测传感器的仪器设备有许多种，除了故障诊断仪外，还有测试灯、示波器、红外线测温仪等。例如，检测温度传感器，最适宜采用红外线测温仪。总之，要尽量采用专用仪器检测传感器的性能，这样诊断故障的效果会倍增。

技巧点拨 传感器检测的注意事项是我们日常维修过程中的细节注重之处，是正常从事维修工作的必备条件。

四、电喷发动机有哪些控制特点

电喷发动机的控制特点如下。

1.依靠传感器捕捉即时工况信息

电喷发动机安装了大量传感器，用来捕捉发动机各系统的即时工况信息。曲轴位置传感器是电喷发动机的关键传感器之一。曲轴位置传感器损坏后，许多电喷发动机不能起动，但是有的却可以起动。这种情况是发动机ECU的控制策略不同的缘故。

例如，在北京现代伊兰特轿车发动机上，安装了电磁感应式曲轴位置传感器（CKP）和霍尔式凸轮轴位置传感器（CMP）。根据该型发动机ECU软件的程序设计，一旦曲轴位置传感器损坏，将从CMP取得转速信号，所以曲轴位置传感器损坏后该型发动机可以起动。但是，点火时刻将推迟15°左右，以抑制爆燃的产生，所以会感觉发动机加速无力。

但是，在大多数电喷发动机ECU的程序设计中，不利用凸轮轴位置传感器取得转速信号，所以曲轴位置传感器损坏后发动机不能起动（图1-8）。

又如大气压力传感器，众所周知，发动机的充气量与大气压力有关系，而大气压力数值与当地的海拔密切相关。在海平面附近，大气压力为101kPa；在海拔1900m的地区，大气压力为84kPa；而在海拔4000m的高原地区，大气压力只有60kPa左右。海拔每升高1000m，发动机的输出功率大约降低10%。因此，汽车在不同的海拔地区行驶，需要根据大气压力传感器的信号，对相关参数进行适当的修正。

另外，大气压力会对废气涡轮增压型发动机增压压力的调节和转矩限制产生影响。通过安装大气压力传感器，检测大气压力，然后在海拔升高时适当减少喷油量，即进行所谓“海拔修正”，这样有利于改善增压型发动机空燃比调节，从而减少黑烟的排放量。

2.采用电子节气门控制负荷和转速

新款电喷发动机取消了节气门拉索，采用电子节气门（EPC）控制，驾驶人的愿望（例如希望加速、减速或恒速）不再通过节气门拉杆或拉索直接操纵节气门，而是依靠电子节气门进行间接控制，电子节气门与加速踏板之间不存在机械连接。加速踏板的位置信息由两个滑变电阻式加速踏板位置传感器采集，并将此信号传输给发动机电控单元（ECU）。ECU据此控制节气门调节器，由节气门调节器的电动机操纵节气门动作，从而实现整个转速和负荷范围内的自动调节（图1-9）。

驾驶人踩下加速踏板的行程和速率是对发动机转矩的要求，加速踏板的位置是一个设定值，加速踏板位置传感器是一个设定值发生装置。电子节气门一方面执行来自电控单元（ECU）的指令，去调节节气门的开度以控制进气量，进而提高或降低发动机的转速。另一方面又可以输出反映节气门开度的信号，供ECU监控使用。如果加速踏板位置传感器损坏，电子节气门系统将进入应急模式，ECU不再对加速踏板的信号做出反应，发动机只能在高怠速下运转。

3.实行系统化、网络化管理

电喷发动机控制单元通过数据总线与底盘、车身等控制单元联系在一起，形成一个庞大的网络化管理系统，网络内的控制模块相互影响。一辆宝来1.8T轿车，在正常行驶中，仪表板上的ASR（驱动防滑系统）指示灯偶尔点亮。按压ASR灯开关无效，只有关闭点火开关，重新起动发动机，ASR指示灯才会熄灭。连接V.A.S5051故障诊断仪进行检测，读到故障码“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”。检测G70各端子的电阻，均未超过1.5Ω，观察G70的波形正常，更换G70无效。该车ABS/ASR控制单元与发动机控制单元通过CAN-BUS总线进行通信。当节气门体脏污后，实际进气量与节气门的开度不匹配，所以ECU记录“发动机系统中显示的空气流量传感器G70信号值过小”的故障信息。另一方面，ASR是通过调节发动机的输出转矩来实现驱动防滑控制的，当节气门的开度较大而实际进气量相对较小时，ABS/ASR控制单元认为驱动防滑控制应当关闭，于是点亮ASR灯。这就是节气门体脏污导致ASR灯点亮的原理。

发动机失常引起底盘故障灯点亮这个案例说明一个道理：从网络化的观点看，电喷发动机管理系统与底盘是一个整体，有时故障表现在底盘，但是故障的根源可能在发动机。

4.对接触电阻和电压降低敏感

电喷发动机的许多传感器依靠5V参考电压（又称“基准电压”）工作。在发动机ECU的电路板上，有一块电源芯片，它的功能是将12V蓄电池电压转换成5V参考电压，为CPU、无源传感器以及需要5V电压的芯片提供电源。5V参考电压正常与否，直接影响传感器测量数据的准确性，以及CPU和其他5V电源芯片的性能。

当传感器的负极端接触不良时，其输出电压可能偏高。这一事实似乎与通常的“高电阻引起电压降”有矛盾。问题的核心是，由于传感器的负极端接触不良，形成了额外的负载，额外电阻的形成使电路的总电阻增加，电流值变小，于是在正常负载上的电压降减少，相应地使基准电压点的电压上升，所以传感器反馈给ECU的信号电压（该信号电压一般低于5V）比正常时偏高。

技巧点拨 如果把神秘的发动机电子控制过程描述得简单一点，就是以电控单元（ECU）为控制中心，以发动机转速和空气流量为控制基础，以喷油器为控制对象，保证发动机在各种工况下具有最佳的混合气浓度，以满足发动机动力性、经济性和排放性要求。