上海桑塔纳轿车霍尔传感器问题导致加速无力的故障诊断与排除

曾伟峰

惠州市公共汽车总公司汽车修配厂，广东 惠州 516000

0 引言

汽车发动机采用了电子控制以后，使汽车在动力性、经济性、排放性等方面得到很大改善。但是使汽车发动机的结构和控制原理变得更加复杂，从而给汽车故障的诊断与排除的难度大大增加。对采用电子控制的汽车进行维修，除了有扎实的理论基础知识、丰富的实践经验、灵活的思维之外，还要有耐心、专心、细心，并且要懂得结合利用先进的检测仪器来检测分析，这样碰到问题才能迎刃而解。

1 故障现象

2010年6月的一天，一辆上海桑塔纳2000GSi轿车开到我们厂检修。该车装配1.8L 2VQS AJR型发动机，行驶里程约12万km，出现了动力不足，发动机功率下降。我们接车到后，根据车主的反应以及现场测试的情况后，分析认为应该是发动机内部出问题，于是对发动机拆解检查。在检查时，发现气缸套与活塞环已经严重磨损，就决定对发动机进行一次大修。然而，在发动机大修竣工后，进行试车时，发现车速达到110km/h以后提速困难，并且发动机有抖动的感觉。

2 故障原因初步分析

从故障现象分析，故障应该发生在发动机上。桑塔纳2000GSi轿车的发动机是采用微机来控制的。由于发动机刚进行大修过，更换了新的气缸套、活塞、活塞环、进排气门、气门座圈、气门油封等主要部件，并且在装配前所有的新件都进行了检查过，没有发现存在质量问题。故障出现在发动机电控系统上的可能性比较大。

从电控发动机的工作原理分析，造成车速上不去的原因可能有以下几个方面：

1）燃油供给系统油压偏低

桑塔纳2000GSi轿车采用电子控制多点燃油喷射系统，发动机对燃油压力要求很高。供油压力过低，汽车在高速时不能供应足够的燃油去满足发动机的需要量，造成发动机动力不足，车速上不去。

2）气缸压力低

气缸套与活塞环、进排气门与气门座密封不严，会造成漏气，使气缸压力降低。气缸的压缩压力降低，发动机的输出动力也会不足，使车速上不去。

3）混合气偏稀

如果进气系统漏气或其它原因造成的混合气过稀，也会使发动机动力不足，车速上不去。

4）点火不正时

汽车在高速时，如果点火正时不正确，使发动机气缸内的可燃混合气在不恰当的时刻被点燃，从而造成混合气燃烧后产生的压力严重不足，影响了发动机的动力输出，使车速上不去。

5）发动机电控系统出现故障

该发动机的点火、喷油、怠速等都是由电控单元ECU控制的，如果某一传感器、执行器或ECU出现故障，也可能会造成以上的故障。

3 故障诊断与排除方法

我们根据以上分析，对有可能产生故障的部分进行检测：

1）燃油供给系统的检测

在燃油分配管和压力油进口橡胶管连接处断开，串入燃油压力表，起动发动机检查燃油压力，怠速状态油压表显示为0.25MPa。加油门时油压表指针在0.28MPa～0.30MPa之间摆动。关闭点火开关10min后，燃油系统保持压力为0.16MPa，油压值均符合标准，可以判定燃油泵工作性能良好，进油管路通畅，油压调节器正常。检测各喷油嘴，喷油良好。

2）气缸压力的检测

在检测气缸压力时，发动机机油至少30℃，节气门应全开（开度达100%），用气缸压力表逐个测量气缸压力，其压力都在标准范围内（压力标准为1000kPa～1300kPa）。

3）进气系统的检测

对进气管路、各真空管进行检查，均没有发现脱、裂、漏或错接的情况。

4）点火系统的检测

拔下各缸高压线插上备用火花塞，高压线与点火线圈连接，转动点火开关使起动机运转，观察各缸火花均是蓝火，火花很强。从发动机拆下火花塞，火花塞间隙正常，电极部分燃烧良好，呈棕黄色，瓷绝缘良好；测量高压线电阻正常（5kΩ～6kΩ）。装上火花塞、高压线，起动发动机后进行断火试验，各缸均工作。

4 电控系统的检测

使用电眼睛x-431电脑检测仪对发动机电控系统进行检测。进入发动机电控单元，查询故障存储器，但结果没有故障代码记忆，显示系统正常。接着读取发动机的数据流以及检测各个传感器的工作状况。

4.1 空气流量传感器的检测

该发动机的基本供油量是由发动机的电控单元ECU根据空气流量传感器送来的信号控制的。用电眼睛x-431电脑检测仪对发动机读取系统数据流。检测该车怠速时空气流量计信号为2g/s～5g/s，慢加速时为14g/s左右，急加油达到40g/s，大负荷时达到60g/s～70g/s，这数据都符合标准，说明空气流量传感器工作正常。

4.2 氧传感器的检测

检测氧传感器反馈信号电压，该信号电压能够在0.1V～1.0V之间波动，反映快慢:怠速时（＞10次/min）；2500（转/min）时电压变化次数不少于8次/10s，加热电阻阻值4Ω，正常。

4.3 节气门开度的检测

怠速时节气门角度值为0°～5°，正常。节气门角度慢慢开大时负荷信号值也都在正常范围内。

4.4 点火提前角的检测

怠速时为10°左右，在正常范围内（正常值为12±4.5°）。

4.5 冷却液温度传感器的检测

检测发动机冷却液温度传感器，其电阻值符合要求。正常值冷态时为1080Ω～2750Ω，热态时为50Ω～500Ω。

4.6 曲轴位置传感器的检测

用万用表测量曲轴位置传感器的感应线圈电阻，阻值为680Ω，正常。

5 霍尔传感器的结构组成、工作原理与检测

该车的霍尔传感器是安装在发动机的前端，凸轮轴齿形带轮的下方。

1）霍尔传感器的组成

该车的霍尔传感器主要由凸轮轴带动的触发叶轮、永久磁铁、霍尔元件等组成，如图1所示。

图1 霍尔传感器的组成

2）霍尔传感器的工作原理

霍尔信号发生器工作原理图见图2所示。

凸轮轴带动触发叶轮转动，当叶片进入磁铁与霍尔元件之间的空气隙时，磁场被旁路，霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成电路末级三极管截止，信号发生器输出高电位；当触发叶轮离开空气隙，永久磁铁的磁力线通过霍尔元件而产生霍尔电压，集成电路末级三极管导通，信号发生器输出低电位。叶片随着发动机的运转而不停的转动，信号发生器输出一个矩形波信号，输送到发动机电控单元ECU作为第一缸活塞压缩上止点的位置信号。

图2 霍尔发生器的工作原理

1-触发叶轮的叶片；2-霍尔集成块；3-永久磁铁；4-霍尔传感器；5-导磁板

3）霍尔传感器的检测

图3 霍尔传感器与ECU的线路连接图

霍尔式传感器与ECU有三条引线相连，如图3所示。其中一条是ECU向传感器加电压的电源线，输入传感器的电压接近蓄电池电压；另一条是传感器的输出信号线，当触发叶轮通过传感器时，霍尔传感器输出信号，高电位为5V，低电位为0.3V；第三条是通往传感器的接地线。

（1）传感器电源电压的检测

点火开关置于“ON”，用万用表电压档测量“+”和“-”端子的电压，测得的电压接近蓄电池电压，正常。

（2）端子间电压的检测

用万用表的电压档，对传感器的“+”、“-”、“信号”三个端子间进行测试，当点火开关置于“ON”时，“+”和“-”端子间的电压值接近蓄电池电压；“信号”和“-”端子间的电压值在发动机转动时，在0.3-5V之间变化，且数值显示呈脉冲性变化，最高电压5v，最低电压0.3V，正常。

（3）电阻检测

点火开关置于“OFF”位置，拔下霍尔传感器导线连接器，用万用表Ω档跨接在传感器侧的端子“+”与“信号”或“+”与“-”间，此时万用表显示读数为∞（开路），正常。如果指示有电阻，则应更换霍尔传感器。

从检测结果来看，电控系统以及各传感器的工作都正常。那么造成故障的原因到底出现在什么地方呢？经过仔细分析后认为，发动机车速上不去，除了电控系统存在故障以外，点火正时不对也会出现此类故障，于是怀疑是不是装配的过程中正时没对好？于是拆开正时罩壳检查，将正时带轮转动到与曲轴上齿形带轮的上止点标记对齐，凸轮轴上的标记也刚好对齐，这证明在装配的时候没有装错。此时诊断工作似乎陷入了困境。

接着我们想到通过波形信号来查找原因。检测霍尔传感器波形信号，波形正常。再检测曲轴位置传感器波形信号，波形也正常。进一步分析，AJR发动机的点火控制是发动机控制单元ECU根据霍尔传感器信号、曲轴位置传感器信号共同来确定点火时间的，发现忽略了一个重要的细节，即霍尔传感器信号和曲轴位置信号的同步性。虽然从单个信号看，都正常的。但如果两个信号不同步，将直接影响点火正时。于是用发动机分析仪的双通道示波器对上述两个传感器信号同步进行测试，测试结果显示两个信号是不同步的。决定再检查这两个传感器。拆开正时罩壳，将霍尔传感器从发动机上拆下检查，结果发现霍尔传感器的霍尔元件外表面有刮伤的痕迹。再仔细检查安装在凸轮轴齿形带轮后的触发叶轮，发现触发叶轮有严重的变形，造成在转动时磨擦到了霍尔元件的外表面。将其从发动机上拆下并进行校正，校正好后将触发叶轮和霍尔传感器装回，所有零部件安复好后试车，结果发现汽车提速正常、运转稳定，故障消除。

6 故障排除结果分析

该车可能在大修发动机的时候，拆解出来的触发叶轮没有注意保存好而被其它较重大的零部件挤压导致变形，变形后在装复的过程中又没有被发现。由于触发叶轮的变形，导致在运转过程中晃动，从而影响了霍尔传感器的输出信号。由于霍尔传感器信号为发动机的第一缸活塞压缩行程的上止点位置信号，所以霍尔传感器的触发叶轮运转时晃动导致产生周而复始的、错误的上止点位置信号。这个错误的信号送入到电控单元ECU后，ECU根据这个信号以及曲轴的位置信号作出判断并对点火时间进行控制，结果造成ECU发出的点火控制指令不正确。由于AJR型发动机采用的是连续点火方式，使得可燃混合气体在气缸内不恰当的时刻点燃，从而造成燃气压力严重不足，影响发动机的动力输出，结果造成加速无力。

[1]于明进，等主编.汽车电气设备构造与维修[M].高等教育出版社，2006.

[2]石聿俊主编.桑塔纳轿车构造与维修[M].高等教育出版社，2000.