实战3：诊断爆震传感器

一辆汽车的发动机没有明显的运转故障，但是故障指示灯却是亮的，利用故障诊断工具，我发现了以下的故障诊断信息：

• 加速度电位计
• 气缸 1-2-7-8的爆震传感器

由于两个故障码涉及到汽车发动机管理系统的不同方面，因此以上故障不会相互影响。然而，故障码被发动机控制模块记录了就一定有其原因，而且以上任何一个故障都可以使故障指示灯点亮。两个故障在同一时间发生也不太可能，那么哪一个才是故障指示灯点亮的原因呢？

带着逻辑考虑这个问题吧。大部分故障码在被故障诊断工具检测并清除前，会一直存储在电子控制模块的内存。麻烦的是，当汽车发生故障时，这些储存的故障码也会被检测出来，而其实只有一个是与当前故障有关的。如果故障排除之后没有将电子控制模块的内存故障码清除，那么问题将进一步恶化。因此，优秀的技术人员不会忘记清除故障码。为了确定哪个故障码是问题的所在，我记录并清除了检测到的故障码，并打算驾驶该车，让车辆受不同驾驶条件的影响，同时检测任何可能出现的故障码。只不过刚接通点火开关，故障就发生了，我读取到了如下的故障码：

• 气缸 1-2-7-8 爆震传感器

该车的发动机为V 8发动机，装有两个爆震传感器，一个监测1-2-7-8气缸的工作情况，另外一个监测3-4-5-6气缸的工作情况。传感器安装在V型发动机的底部，两个汽缸盖之间，如图1所示。

爆震传感器的检测元件是一块压电晶体，当其不工作时，不产生电压；而当其受到具有爆震频率（一般为15HZ）的机械压力时，晶体的电子结构受到干扰而产生电压输出。传感器输出的电信号与受到的压力和振动程度成比例关系。该电信号由电子控制模块的爆震控制系统进行处理，其能阶段性地改变点火正时直至爆震消失为止，有时则通过改变燃油供应。推迟爆震气缸的点火提前角是普遍的做法，而其他的调整方法则取决于不同的系统。

爆震传感器和发动机管理单元之间有不同类型的连接方式。一些早期的发动机管理系统与爆震传感器之间只有一根连线；一些则有两条，多出的那根连线起信号保护作用，并作为参考接地；有些系统将爆震传感器信号线偏置在底盘上，并且将爆震信号调整为直流电压；有些则设计有独立的控制单元（A/D 转换器），专门负责将爆震信号进行预处理，然后传送到电子控制模块。

接收到爆震传感器的信号后，电子控制模块的诊断程序就会马上响应。当爆震即将发生时，大多数电子控制模块使用的爆震控制策略会预测到爆震，因此在燃烧前后，电子控制模块一直接听爆震传感器的信号。这可以防止电子控制模块将传感器采集到的杂乱信号误判为爆震信号。

其实让我感到好奇的是故障码本身，这充分表现了电子控制模块在起动发动机时监测爆震电路的能力，尽管此时爆震还没表现出来或者本来就没有。

背景信息：正常信号

为了充分了解故障的检测策略和传感器的总体工作特性，我们进一步研究了系统的结构。

每个爆震传感器有三根连线，两根直接连接到电子控制模块，一根起接地和信号保护作用。管脚1记录的信号电压绝不会在接地电位上有较大的改变，因为这条线的信号来自电子控制模块，它更多地被认为是传感器的接地参考信号，而不是底盘直接接地。管脚2的连线将传感器检测到的爆震信号传递给电子控制模块，通过这条连线可以显示电子控制单元的大部分诊断信息。管脚3的连线通过底盘直接接地。

传感器在管脚1和管脚2之间有个分流电阻，正常值大约为560 kΩ，在检测的时候测试头的极性并不重要。

图3是从点火开关接通到断开期间采集到的信号。每个通道监测一个爆震传感器的输出信号。为了方便查看，红色通道的信号被稍稍偏移，使信号间更具可比性。点火开关接通后，示波器各通道就跟踪记录每个传感器的输出信号。尽管我们不能确切地看到信号特征，但是我们可以清楚地看到两个传感器输出信号的外廓和它们之间的联系。

电子控制模块诊断信号的输出轨迹分为三个阶段。点火开关接通瞬间，电子控制模块产生一个高频的正弦振荡信号，接着信号线输出名义载波电压，最终前两个阶段的信号彼此跳动并组合输出。值得一提的是，不管点火开关通断，第三阶段的信号均能保持现状，起动发动机则只能保持载波电压波形。图4的信号波形提取自图3，它们展示的是同样的信号，不过我们这次只关注信号的特定阶段。

图4详细地显示了点火开关接通时，第一阶段的信号波形图。信号持续了大约35 ms，其振动频率大概为5.6KHZ。

虽然两个信号波形比较相似，但是它们在时间上还是存在些许偏移，这表明电子控制模块可能会使用了两个不同的诊断策略。这非常有意义，因为我们知道电子控制模块可以因此判断出哪个爆震传感器电路存在故障。

图5

电子控制模块通过信号线输出的名义载波电压具有很好的一致性和抗干扰性。两根信号线的读数都是1.6V。

图6

图6更为清楚地显示了图4和图5的信号波形。这个持续信号延续了4.8ms，震荡频率大概为5.6kHZ。振动信号在这里显得非常重要，因为这些信号是电子控制模块诊断传感器及其电路的基础。任何压电元件都有一个有趣的特性，这就是压电元件既做传感器又做执行器。在爆震传感器中，压电元件能对一定频率的机械振动（爆震）做出响应，并产生与机械振动成一定比例的电压，但是它也能以其他方式工作。如果我们将震荡电压施加到压电元件上，那么它就会产生非常小的、与震荡电压频率一致的机械运动。这个5.6 kHz的振荡信号有可能是用来激发压电元件运动的。

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