實戰3：診斷爆震傳感器

一輛汽車的發動機沒有明顯的運轉故障，但是故障指示燈卻是亮的，利用故障診斷工具，我發現了以下的故障診斷信息：

• 加速度電位計
• 氣缸 1-2-7-8的爆震傳感器

由于兩個故障碼涉及到汽車發動機管理系統的不同方面，因此以上故障不會相互影響。然而，故障碼被發動機控制模塊記錄了就一定有其原因，而且以上任何一個故障都可以使故障指示燈點亮。兩個故障在同一時間發生也不太可能，那么哪一個才是故障指示燈點亮的原因呢？

帶著邏輯考慮這個問題吧。大部分故障碼在被故障診斷工具檢測并清除前，會一直存儲在電子控制模塊的內存。麻煩的是，當汽車發生故障時，這些儲存的故障碼也會被檢測出來，而其實只有一個是與當前故障有關的。如果故障排除之后沒有將電子控制模塊的內存故障碼清除，那么問題將進一步惡化。因此，優秀的技術人員不會忘記清除故障碼。為了確定哪個故障碼是問題的所在，我記錄并清除了檢測到的故障碼，并打算駕駛該車，讓車輛受不同駕駛條件的影響，同時檢測任何可能出現的故障碼。只不過剛接通點火開關，故障就發生了，我讀取到了如下的故障碼：

• 氣缸 1-2-7-8 爆震傳感器

該車的發動機為V 8發動機，裝有兩個爆震傳感器，一個監測1-2-7-8氣缸的工作情況，另外一個監測3-4-5-6氣缸的工作情況。傳感器安裝在V型發動機的底部，兩個汽缸蓋之間，如圖1所示。

爆震傳感器的檢測元件是一塊壓電晶體，當其不工作時，不產生電壓；而當其受到具有爆震頻率（一般為15HZ）的機械壓力時，晶體的電子結構受到干擾而產生電壓輸出。傳感器輸出的電信號與受到的壓力和振動程度成比例關系。該電信號由電子控制模塊的爆震控制系統進行處理，其能階段性地改變點火正時直至爆震消失為止，有時則通過改變燃油供應。推遲爆震氣缸的點火提前角是普遍的做法，而其他的調整方法則取決于不同的系統。

爆震傳感器和發動機管理單元之間有不同類型的連接方式。一些早期的發動機管理系統與爆震傳感器之間只有一根連線；一些則有兩條，多出的那根連線起信號保護作用，并作為參考接地；有些系統將爆震傳感器信號線偏置在底盤上，并且將爆震信號調整為直流電壓；有些則設計有獨立的控制單元（A/D 轉換器），專門負責將爆震信號進行預處理，然后傳送到電子控制模塊。

接收到爆震傳感器的信號后，電子控制模塊的診斷程序就會馬上響應。當爆震即將發生時，大多數電子控制模塊使用的爆震控制策略會預測到爆震，因此在燃燒前后，電子控制模塊一直接聽爆震傳感器的信號。這可以防止電子控制模塊將傳感器采集到的雜亂信號誤判為爆震信號。

其實讓我感到好奇的是故障碼本身，這充分表現了電子控制模塊在起動發動機時監測爆震電路的能力，盡管此時爆震還沒表現出來或者本來就沒有。

背景信息：正常信號

為了充分了解故障的檢測策略和傳感器的總體工作特性，我們進一步研究了系統的結構。

每個爆震傳感器有三根連線，兩根直接連接到電子控制模塊，一根起接地和信號保護作用。管腳1記錄的信號電壓絕不會在接地電位上有較大的改變，因為這條線的信號來自電子控制模塊，它更多地被認為是傳感器的接地參考信號，而不是底盤直接接地。管腳2的連線將傳感器檢測到的爆震信號傳遞給電子控制模塊，通過這條連線可以顯示電子控制單元的大部分診斷信息。管腳3的連線通過底盤直接接地。

傳感器在管腳1和管腳2之間有個分流電阻，正常值大約為560 kΩ，在檢測的時候測試頭的極性并不重要。

圖3是從點火開關接通到斷開期間采集到的信號。每個通道監測一個爆震傳感器的輸出信號。為了方便查看，紅色通道的信號被稍稍偏移，使信號間更具可比性。點火開關接通后，示波器各通道就跟蹤記錄每個傳感器的輸出信號。盡管我們不能確切地看到信號特征，但是我們可以清楚地看到兩個傳感器輸出信號的外廓和它們之間的聯系。

電子控制模塊診斷信號的輸出軌跡分為三個階段。點火開關接通瞬間，電子控制模塊產生一個高頻的正弦振蕩信號，接著信號線輸出名義載波電壓，最終前兩個階段的信號彼此跳動并組合輸出。值得一提的是，不管點火開關通斷，第三階段的信號均能保持現狀，起動發動機則只能保持載波電壓波形。圖4的信號波形提取自圖3，它們展示的是同樣的信號，不過我們這次只關注信號的特定階段。

圖4詳細地顯示了點火開關接通時，第一階段的信號波形圖。信號持續了大約35 ms，其振動頻率大概為5.6KHZ。

雖然兩個信號波形比較相似，但是它們在時間上還是存在些許偏移，這表明電子控制模塊可能會使用了兩個不同的診斷策略。這非常有意義，因為我們知道電子控制模塊可以因此判斷出哪個爆震傳感器電路存在故障。

圖5

電子控制模塊通過信號線輸出的名義載波電壓具有很好的一致性和抗干擾性。兩根信號線的讀數都是1.6V。

圖6

圖6更為清楚地顯示了圖4和圖5的信號波形。這個持續信號延續了4.8ms，震蕩頻率大概為5.6kHZ。振動信號在這里顯得非常重要，因為這些信號是電子控制模塊診斷傳感器及其電路的基礎。任何壓電元件都有一個有趣的特性，這就是壓電元件既做傳感器又做執行器。在爆震傳感器中，壓電元件能對一定頻率的機械振動（爆震）做出響應，并產生與機械振動成一定比例的電壓，但是它也能以其他方式工作。如果我們將震蕩電壓施加到壓電元件上，那么它就會產生非常小的、與震蕩電壓頻率一致的機械運動。這個5.6 kHz的振蕩信號有可能是用來激發壓電元件運動的。

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