第三章发动机控制系统传感器的结构原理与检修

汽车电子控制技术1第三章发动机控制系统传感器的结构原理与检修本章主要内容：第一节空气流量传感器第二节曲轴与凸轮轴位置传感器第三节压力传感器第四节节气门位置传感器汽车电子控制技术2本章主要内容：第五节氧传感器第六节温度传感器第七节爆震传感器第八节开关控制信号汽车电子控制技术3本节主要内容：空气流量传感器的功用与类型翼片式空气流量传感器量芯式空气流量传感器涡流式空气流量传感器热丝式与热膜式空气流量传感器第一节空气流量传感器汽车电子控制技术4AFM=AirFlowMeter【作用】在L型电控燃油喷射系统中，空气流量计用于将单位之间内进入发动机的进气量转换成电信号，并将信号输入ECU。【安装位置】空气滤清器与节气门体之间。【分类】按测量原理分翼片式空气流量传感器量芯式空气流量传感器涡流式空气流量传感器热丝式与热膜式空气流量传感器一、空气流量传感器的功用与类型汽车电子控制技术5【组成】测量板、补偿板、回位弹簧、电位计、旁通气道。此外还包括怠速调整螺钉、油泵开关及进气温度传感器等。【信号类型】电压信号二、翼片式空气流量传感器结构汽车电子控制技术6工作原理空气通过空气流量计→测量板打开一个角度→与测量板同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度→将进气量转换成电压信号VS送给ECU汽车电子控制技术7内部电路进气量↑→电压信号↑个别车型也有电压信号降低的。汽车电子控制技术8外部电路及其检测检修：拆开线束连接器，在空气流量计一侧测量相应端子之间（VC与E2、VS与E2、THA与E2）的电阻应符合原车标准，否则应更换空气流量计。检查电源电压和信号电压，以确定空气流量计是否正常。空气流量计发动机ECU凌志ES300空气流量计电路汽车电子控制技术9三、量芯式空气流量传感器量芯式空气流量传感器的结构与翼片式流量传感器相似，如图3-1所示，主要由量芯、电位计、进气温度传感器和线束插座等组成。检测部件是一个椭圆球体型量芯，按装在进气道内并可沿进气道移动，即用量芯代替了翼片总成。电位计滑壁的一端与量芯连接，另一端设有滑动触电，量芯移动时，触点可在印刷电路板的镀膜电阻上滑动。量芯式传感器没有设制旁通进气道和怠速混合气调整螺钉，怠速时的混合气浓度由ECU根据氧传感器输入的信号进行调节。量芯式空气流量传感器的测量原理与翼片式传感器相似，如图3-2所示。汽车电子控制技术10图3-1量芯式空气流量传感器的结构a）外形图b）内部结构汽车电子控制技术11图3-2量芯式空气流量传感器原理电路汽车电子控制技术12四、涡流式空气流量传感器涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论，利用超声波或光电信号通过检测漩涡频率来测量空气流量的一种传感器。在气流通道中放一个柱体，气体通过时在柱体后产生许多涡旋。按其检测方式，分为光电检测涡流式和超声波检测涡流式两种类型。汽车电子控制技术13光电检测涡流式空气流量传感器光电检测涡流式空气流量传感器汽车电子控制技术14超声波检测涡流式空气流量传感器超声波检测涡流式空气流量传感器汽车电子控制技术15超声波检测式空气流量传感器电路及其检测【信号类型】频率信号进气量↑→输出信号频率↑，信号的占空比也发生相应的变化。检测：用吹风机模拟进气，测量在不同进气量条件下，传感器的输出信号的频率，看传感器的信号输出频率是否满足要求。点火开关转至ON位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与E2间电压应为2～4V。空气流量计ECU凌志LS400空气流量计电路汽车电子控制技术16【分类】按测量元件形式分：热丝式和热膜式。热线式空气流量计按测量位置分：主流测量方式、旁通测量方式。热丝式：测量元件为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上；热膜式：测量元件镀在陶瓷片上，称为热膜；主流测量式：将热线电阻安装在主进气道中；旁通测量式：将热线安装在旁通气道中。【信号类型】电压信号，也有频率信号进气量↑→信号电压↑进气量↑→信号频率↑五、热丝式与热膜式空气流量传感器汽车电子控制技术17主流测量方式热丝式空气流量传感器汽车电子控制技术18旁通测量方式热丝式空气流量传感器汽车电子控制技术19热丝式空气流量计电路及其检测热线式空气流量计都有自洁功能：发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到1000℃以上并保持约1s，使附在热线上的粉尘烧掉。检修（检查相应端子之间的电压）：点火开关接通时，电源端子与搭铁端子之间电压应为蓄电池电压。信号端子与搭铁端子之间的电压，发动机不工作时为2~4V，发动机工作时为1.0~1.5V。空气流量计ECCS汽车电子控制技术20热膜式空气流量传感器汽车电子控制技术21本节主要内容：曲轴位置传感器的功用与类型光电式曲轴与凸轮轴位置传感器磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器差动霍尔式曲轴位置传感器第二节曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术22【功用】凸轮轴位置传感器CMPS（=CamshaftPositionSensor）：又称为上止点传感器、霍尔传感器等。用于给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号。曲轴位置传感器CKPS（=CrankshaftPositionSensor）：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信号，作为燃油喷射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、磁感应式、霍尔式和差动霍尔式。一、曲轴与凸轮轴位置位置传感器的功用与类型汽车电子控制技术23【信号类型】频率信号发动机转速↑→信号频率↑→信号振幅不变二、光电式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术24光电式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测检测：点火开关转至ON位，检测电脑侧1和2端子间电压为12V，给传感器施加12V电压，正在信号输出端子3和4与1之间接上电流表，转动转子一圈，两个电流表应分别摆动1次和4次，电流应约为1mA。光电式曲轴和凸轮轴位置传感器电路曲轴位置传感器ECU汽车电子控制技术25感应线圈正时转子磁铁(永久磁铁)磁铁信号转子ABC通过线圈的磁通量点火信号产生电压秃顶交流波形【信号类型】频率信号发动机转速↑→信号频率↑→信号振幅↑三、磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术26磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：丰田车Ne信号：检测曲轴转角位置及发动机转速的信号。G信号：用于辨别气缸及检测活塞上止点位置。汽车电子控制技术27磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测•检测：检查感应线圈的电阻，冷态下的G1和G2感应线圈电阻应为125～200Ω，Ne感应线圈电阻应为155～250Ω。电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器电路传感器ECU汽车电子控制技术28G1,G2转子Ne转子磁铁720º360º基准信号HZ/转角度信号24HZ/转第四缸BTDC7º第一缸BTDC7º30º30º磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：大众车汽车电子控制技术29磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：本田车信号轮汽车电子控制技术30四、霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术31霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测【信号类型】频率信号发动机转速↑→信号频率↑→信号振幅不变检测点火开关转至ON位。检测A、C之间的电压应为8V。B、C间输出的信号电压应为5V到0V交替变化。霍尔式传感器电路同步信号电源搭铁传感器ECU汽车电子控制技术32五、差动霍尔式曲轴位置传感器差动霍尔式传感器又称为双霍尔式传感器，如图3-3a)所示，有带凸轮轴的信号转子和霍尔式信号发生器组成。根据霍尔式传感器的工作原理，当发动机飞轮上的齿缺与凸齿转过差动霍尔两个探头时，齿缺或凸齿与霍尔探头之间的气隙就会发生变化，磁通量随之变化，在传感器的霍尔元件中就会发生交变电压信号，如图3-3b）所示，其输出电压由两个霍尔信号电压叠加而成。其突出优点是信号转子便于安装。在汽车上，一般将凸齿转子设装在发动机曲轴上或将发动机飞轮作为传感器的信号转子。汽车电子控制技术33图3-3差动霍尔式传感器结构原理a）基本结构b）输出波形汽车电子控制技术34【作用】在D型电控燃油喷射系统中，由进气管绝对压力传感器测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。【安装位置】靠近进气歧管的发动机室内。【分类】按其检测原理分压敏电阻式、电容式等。【信号类型】压敏电阻式为电压信号，电容式的为频率信号。第三节压力传感器汽车电子控制技术35进气管绝对压力传感器：压敏电阻式构造进气歧管压力↑→输出电压↑怠速运转时约1.25V，节气门全开时约5V。汽车电子控制技术36进气管绝对压力传感器电路及其检测ECU通过VCC端子给传感器提供标准5V电压，传感器信号经端子PIM输送给ECU，E2为搭铁端子。检测：点火开关转至ON位，测量VCC与E2之间电压应为5V。拆下传感器连接真空软管，用手动真空枪给传感器施加真空度，PIM与E2之间电压应随真空度增加而下降。皇冠3.0轿车IMAPS电路ECU进气管绝对压力传感器进气压力（MPa）PIM输出电压（V）0.020.1013汽车电子控制技术37TPS=ThrottlePositionSensor【作用】检测节气门的开度及开度变化，此信号输入ECU，控制燃油喷射及其他辅助控制。【安装位置】在节气门轴上。【分类】开关式、线性式【信号类型】电压节气门开度增大，信号电压升高。第四节节气门位置传感器汽车电子控制技术38线性式节气门位置传感器检修：检查输出信号电压，节气门全关时应约为0.5V，随节气门开度增大输出信号电压增加，节气门全开时应约为5V。汽车电子控制技术39氧传感器是排气氧传感器EGO（ExhaustGasOxygenSensor）的简称，其功用是通过监测排气中氧离子的含量获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将过量空气系数（λ）控制在0.98-1.02之间的范围内（空燃比A/F约为14.7），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目的。第五节氧传感器一、氧传感器的功用汽车电子控制技术40汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种类型，氧化锆式氧又分为加热型与非加热型氧传感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。二、氧传感器的类型三、氧化锆式氧传感器氧化锆式氧传感器的结构如图3-4所示，主要又钢质护管、钢质壳体、锆管、加热元件、电极引线、防水护套和线束插头等组成。汽车电子控制技术41图3-4氧化锆式氧传感器结构1-钢制护管2-排气3-客体4-防水护套5-电极引线6-陶瓷加热元件7-排气管8-氧化锆固体电解质陶瓷管9-加热元件电源端子10-加热元件搭铁端子11-信号输出端子汽车电子控制技术42氧传感器的工作特性如图3-4所示。当供给发动机的可燃混合气较浓（即空燃比A/F小于14.7或过量空气系数小于1）时，排气中氧离子含量较少、一氧化碳（CO）浓度较大。在锆管外表面催化剂铂的催化作用下，氧离子几乎全部都与CO发生氧化反应生成二氧化碳（CO2）气体，使外表上氧离子浓度为零。由于锆管内表面与大气相通，氧离子浓度很大，因此锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约0.9V。当供给发动机的可燃混合气较稀（即空燃比A/F大于14.7或过量空气系数大于1）时，排气中氧离子含量较多、CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约0.1V。汽车电子控制技术43图3-5氧传感器工作特性a）气体浓度与电压的关系b）传感元件温度与电压的关系1-传感器的电动势2-一氧化碳浓度3-无铂电极时的电动势4-氧离子浓度汽车电子控制技术44二氧化钛（TiO2）属于N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度以及周围环境中氧离子的浓度，因此可以