第二章 电控发动机传感器的结构原理与检测

1、 发动机电控技术教案课程名称发动机电控技术总学时：20学时讲课：10学时实习：10学时课程性质理实一体化课任课教师潘俊真职 称助教授课对象专业 年 班级 教学目的和要 求熟悉各传感器的作用和类型掌握各传感器的结构和工作原理熟悉各传感器的常见故障及检测教学重点和难 点电控发动机传感器的结构电控发动机传感器的工作原理教学进程第 次课第1次课第2次课授课章节概述传感器结构原理与检测学 时28备 注第二章 电控发动机传感器的结构原理与检测 教案（章节备课） 学时第一节概 述 教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容一、传感器的作用 电控发动机的控制模式如图： 图 电控发动机控制

2、模式图 传感器的进行数据采集并输入到电控单元，电控单元进行数据处理后，发出控制指令控制执行器工作；同时，电控单元也能对传感器和执行器进行功能诊断。传感器的作用是进行信号变换，把被测的非电量信号转换成电信号输入到电控单元（ECU）。 电控单元按照设定的程序对这些信号进行分析计算，用于在发动机整个工作范围内控制最优燃油喷射量、喷射时间及点火控制、怠速控制、废气排放控制等以减少废气排放并提高发动机功率和燃油经济性。 二、传感器的类型用于汽油发动机电子控制系统的传感器主要有以下几种类型：1、热敏电阻 ：如温度传感器。2、电位计：如位置传感器。3、电桥电路：如热线（或热膜）式空气流量传感器（也称空气流量

3、计）。4、卡门（KARMAN）涡流：如涡流式空气流量传感器。5、压敏电阻：如压力传感器。6、压电晶体：如爆震传感器。7、石英振荡晶体：如福特汽车早期车型采用的进气歧管绝对压力传感器。8、热化学效应：如氧传感器。9、磁感应：如转速传感器。10、霍尔效应：如转速传感器。11、光电效应：如光电式曲轴位置传感器。12、开关：如各种开关信号。三、传感器接脚的类型1、电源 传感器的电源有12V，也有5V，还有8V或9V。 图 热线式空气流量计电路图（1号脚为12V加热电源） 图 冷却液温度传感器电路图（2号脚为5V参考电源）图 霍尔式车速传感器电路图（电源可能为12V、5V、8V、9V）2、搭铁图 带进气

4、温度传感器的空气流量计电路图 （直接搭铁4号脚，控制模块搭铁3号脚）传感器（接地）有两种，一种是直接到车身的搭铁，另一种是通过控制模块的搭铁（传感器的搭铁线）。 3、信号 传感器的信号有两种，一种是单信号，即一个传感器只有一条信号线；另一种是双信号，即一个传感器有两条信号，两条信号可能相同也可能不同。 图 带进气温度传感器的空气流量计电路图 （温度信号5号脚，流量计信号1号脚）图 冷却液温度传感器电路图 （2号脚为5V参考电源/信号）4、屏蔽 为了避免信号的干扰，传感器信号线通常会有屏蔽线，屏蔽线可能占用传感器接头的接脚，也可能不占用。 图 爆震传感器线路图（2号脚屏蔽线）四、传感器信号的种类

5、1、直流信号（DC） 直流信号的波形如图所示（以节气门位置传感器为例）。汽车上产生直流信号的传感器或元件有：1）蓄电池电压提供的（+12V）、控制单元所产生的参考电压（+5V、+8V、+9V）。2）产生模拟信号的传感器：如冷却液温度、节气门位置、EGR阀门位置、氧传感器、热线式流量计（通用汽车大部分车型除外）、进气歧管绝对压力传感器（福特汽车早期的车型除外）等。图 直流信号波形图2、交流信号（AC） 交流信号的波形如图所示（以曲轴位置传感器为例）。产生交流形式的传感器或元件，如磁感应式曲轴/凸轮位置传感器/车速传感器等。 图 交流信号波形图3、固定脉冲信号（频率调制/变频特性） 固定脉冲信号的

6、波形如图所示（以曲轴位置传感器为例）。产生固定脉冲信号的传感器，如霍尔效应凸轮/曲轴传感器/车速传感器、光学感应式凸轮/曲轴传感器/车速传感器等。图 曲轴位置传感器波形图4、调变脉冲式信号（脉宽调制） 调变脉冲信号的波形如图所示（以通用汽车点火系统控制为例）。控制模块控制执行元件的驱动信号，如喷油器的控制信号、发动机控制模块发送到点火模块的信号（如丰田IGT、通用EST信号等）。图 通用汽车点火控制信号波形图5、序列式信号（串行数据） 序列式信号的波形如图所示（以CAN系统传输信号为例）汽车上会产生此种信号的元件，如控制模块诊断系统的各种闪光码、OBD-诊断协议、CAN系统传输信号等。图 CA

7、N系统传输信号波形图第二节传感器结构原理与检测教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容教案内容一、空气流量传感器（MAF）1、空气流量传感器的功用 空气流量传感器简称空气流量计 ，测量进入发动机气缸的所有空气流量，并转换成电信号送给发动机电控单元ECU，空气流量计信号是ECU决定喷油量和点火正时的基本信号之一。图 空气流量计安装位置图（在空气滤清器和节气门之间）2、空气流量传感器的类型、结构与工作原理空气

8、流量计按检测空气流量的参数不同，可以分为体积流量型和质量流量型；按结构不同，可以分为翼板式（又称叶片式）、卡门涡流式（又分为超声波式和光学式）和热线式（或热膜式）。翼板式和卡门涡流式属于体积流量型传感器，必须同时检测进气温度才能计算出空气质量流量；热线式（或热膜式）属于质量流量型传感器，可直接测出空气质量流量。（1）翼板式空气流量计 原理：在发动机起动后，吸入的空气把测量板从全闭位置推开，使之绕其轴偏转。当气流推力与计量板回位弹簧力平衡时。计量板便停留在某一位置上。进气量愈大，计量板开启的角度也愈来大。这时，测量板转轴上的电位计滑臂也绕轴转动，使电位计的输出电压随之改变。这一信号输入控制单元，

9、控制单元再根据进气温度传感器的信号进行修正，即可测出实际的进气流量。特点：存在机械磨损等缺点 图 翼板式空气流量计组成结构 传感器的结构原理与检测卡门涡流式空气流量计是利用卡门涡流测量空气流量的，通过测量单位时间内流过的漩涡数量，计算出空气的流速和流量。 漩涡数量的测量方法有两种：一种是采用超声波测量法：即在涡源体的下游两侧设置一对超声波发生器和接收器，当超声波通过气流中的漩涡时，其频率相位会受到干扰而发生变化。控制单元根据这一变化便可计算出单位时间内流过的漩涡数量，从而测得空气流速和流量。图 超声波涡流式空气流量计（2）卡门涡流式空气流量计另一种方法是采用反射镜（光学）检出法：在空气流量计内

10、设置一个反射镜和一对发光二极管和光敏晶体。反射镜安装在很薄的金属片上，簧片在气流漩涡压力作用下产生振动。这时，发光二极管通过反射镜射到光敏晶体上光束方向随之发生变化，使光敏晶体以簧片的振动频率导通和截止。因簧片的振动频率与单位时间内流过的漩涡数量成比例，故控制单元便可测得空气流量。特点：涡流式空气流量计的响应速度 、测量精度高、进气阻力小、无磨损等优点，但它成本较高。 图 热线式空气流量计结构（3）热丝（热膜式）空气流量计原理（热丝式）：在其进气道内的取样管中有一根铂丝（即热线），经通电后发热。当发动机起动后，空气流过铂丝周围，使其热量散失，温度下降，与铂丝相连的桥式电路将改变电流，以保持铂丝

11、温度恒定，即当空气流量变化时，流过铂丝的电流也随之发生变化。将这种变化转化成电压或频率信号输入控制单元，即可测得实际的空气流量。图 桥式电路原理图桥式电路原理：在恒温差控制电路中，发热元件电阻RH和温度补偿电阻（进气温度传感器）RT分别连接在四等电桥的两个臂上。当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡。加热电流由控制电路A进行控制，其目的是使发热元件的温度与温度补偿电阻的温度之差保持恒定。 当电桥电流增大时，取样电阻Rs上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为电压信号Us的变化。信号电压输入ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算出空气质量流量的大小。 图 旁通式空气流量计图

12、 热膜式空气流量计主通式热线空气流量计：流量计的热线和进气温度传感器都安装在主气道中的取样管内。旁通式热线空气流量计：将热线绕在陶瓷心管上，并置于旁通气道内。 有些车型采用热膜式空气流量计，其发热体不是热线而是热膜，即固定在树脂薄膜上的热电阻膜片。其测量原理与热线式空气流量计基本相同。 特点：热线式和热膜式空气流量计测量精度高、响应速度快，且进气阻力小 。传感器的结构原理与检测3、空气流量传感器的常见故障与检测空气流量计的检测内容包括空气流量计的电源、信号和信号接地。检测空气流量计的信号可用万用表、诊断仪和示波器。图 翼板式空气流量计的接脚 （1）翼板式空气流量计检测以典型的七脚六线式为例：E

13、1 和Fc组成油泵开关，全关闭时断开，微开流量板时导通；Vc为控制单元提供的5V参考电源，E2为回馈搭铁；Vs为流量计信号线，在点火开关转到“ON”位置时，有0.2-0.5V信号，怠速时有2.3-2.8V信号；THA为进气温度传感器信号，20ºC时THA-E2电阻2-3K，40ºC时THA-E2电阻0.9-1.3K，60ºC时THA-E2电阻0.4-0.7K。传感器的结构原理与检测（2）卡门涡流式空气流量计检测图 光学涡流式空气流量计的接脚以用在LS400 1UZ-FE发动机上的光学涡流式流量计为：有五个接脚Vc为5V电源KS为流量计脉冲信号，用电表可测得2-4V

14、的电压；E2为反馈搭铁；E1为搭铁；THA为进气温度信号。 传感器的结构原理与检测以用在三菱汽车上的超声波涡流式流量计为例：测试规格如下：电源：+12V；搭铁：0V；反馈搭铁：0.1-0.3V；+5V电源；由控制单元供给传感器的共同电源；大气压力：侦测目前大气压力及海拔高度的传感器；标准值：海平面时3.7-4.3V。海拔1200米时：3.2-3.8V。进气温度：侦测目前进气温度的传感器；标准值：0ºC时3.2-3.8V 20ºC时2.3-2.9V设定信号：侦测负荷，重新校正空气流量计信号；标准值：发动机怠速时为0-1V 3000转/分钟时为6-9V流量信号：根据转速及进气量

15、改变频率信号。如果利用电压表测量时，发动机怠速时为2.2-3.2V，当加速到2000转/分钟时为0-1V。传感器的结构原理与检测图 热线式空气流量计的接脚（3）热丝式空气流量计检测热线式空气流量计有一般三线、四线、五线三种。三线式空气流量计3个接脚分别为+12V电源、搭铁和信号线。四线式多一条控制单元提供的5V参考电源线，也有的车型是防干扰（屏蔽）线。五线式比三线式多了进气温度信号和搭铁线。传感器的结构原理与检测图 空气流量计信号波形大部分车型热线式空气流量计的信号是模拟信号，可用数字万用表直流电压档测量，也可用检测仪器显示直流信号电压。 传感器的结构原理与检测典型汽车空气流量传感器： 大众S

16、ANTANA 3000汽车上采用是热膜式空气流量计。输出信号是数字信号。空气流量计连接器上有5个接脚（端子），由电源继电器给空气流量计接脚2提供12V电源，接脚1为进气温度传感器信号线，接脚3、4、5分别为搭铁接脚、5V电源接脚、信号接脚空气流量计接脚信 号接通点火开关怠速2000转/分2-312V12V12V4-35V5V5V5-31V1.46V1.76V表 大众SANTANA 3000空气流量计检测数据标准值传感器的结构原理与检测图 别克君威空气流量计电路图图 别克君威热线式空气流量计通用别克君威车采用的热线型空气流量计，由于在空气流量计内部装置了一个A/D转换器，所以其输出信号是数字频率

17、信号。传感器的结构原理与检测空气流量计接脚信 号接通点火开关怠速2000转/分A-B1.93g/s3.95g/s9.50g/s表 别克君威车空气流量计检测数据标准值 二、曲轴位置传感器（CKP，CPS）与凸轮轴位置传感器（CMP，CIS） 1、曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器的功用曲轴位置传感器又称为发动机转速传感器、曲轴转角传感器等。一般安装在分电器内、曲轴飞轮旁、曲轴皮带轮后，也有的安装在发动机缸体上。 功用：采集发动机曲轴转速与转角信号并输入ECU，以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器。安装在分电器内、凸轮轴前或后端。功用：采集配气凸轮轴的位置信

18、号并输入ECU，以便确定活塞处于压缩（或排气）冲程上止点的位置。2、曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器的类型、结构与工作原理 曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器有光电式、磁感应式和霍尔式三种类型。 （1）光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器 日产、三菱汽车公司生产的光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器安装在分电器内，主要由信号发生器、信号盘（即信号转子）、配电器、传感器壳体和线束插头等组成。图 光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器传感器的结构原理与检测结构（以6缸为例）：信号盘是传感器的信号转子，压装在传感器轴上，在靠近信号盘的边缘位置制作有间隔弧度均匀的内、外两圈透光孔。其中，外圈制作有360个长方形透光孔

19、（缝隙），间隔弧度为1°，用于产生曲轴转角与转速信号；6缸发动机信号盘内圈制作有6个透光孔（长方形孔），间隔弧度为60°，用于产生6缸各个气缸的上止点位置信号，其中有1个长方形宽边稍长的透光孔，用于产生第一缸上止点位置信号。 信号发生器固定在传感器壳体上，由Ne信号（曲轴位置信号）发生器、G信号（凸轮轴位置信号）发生器以及信号处理电路组成，Ne与G信号发生器均由一只发光二极管LED和一只光敏晶体管（三极管）组成，两只LED分别正对着两只光敏三极管。 传感器的结构原理与检测工作原理：当信号盘上的透光孔旋转到LED与光敏晶体管之间时，光敏晶体管导通，其集电极输出低电平（0.10

20、.3V）；当信号盘上的遮光部分旋转到LED与光敏晶体管之间时，光敏晶体管截止，其集电极输出高电平（4.8 5.2 V）。当传感器轴随曲轴和配气凸轮轴转动时，LED发出的光线受信号盘透光和遮光作用就会交替照射到信号发生器的光敏晶体管上，信号传感器中就会产生与曲轴位置和凸轮轴位置对应的脉冲信号。传感器的结构原理与检测（2）磁感应式曲轴位置与凸轮轴位置传感器结构：磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁轭组成。 工作原理： 磁力线穿过的路径为：永久磁铁N极定子与转子间的气隙转子凸齿信号转子转子凸齿与定子磁头间的气隙磁头导磁板（磁轭）永久磁铁S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙就会周期

21、性的发生变化，磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理，传感线圈中就会感应产生交变电动势。 信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变电动势，即电动势出现一次最大值和一次最小值，传感线圈也就相应地输出一个交变电压信号。 传感器的结构原理与检测传感器的结构原理与检测图 丰田汽车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器结构图丰田汽车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：丰田计算机控制系统TCCS（Toyota Computer Control System）采用的磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器，安装在分电器内，由上、下两部分组成。上部分为凸轮轴位置传感器，又称为基准

22、信号或G信号发生器，其功用是产生气缸识别信号。下部分为曲轴位置传感器，又称为Ne信号发生器，其功用是产生曲轴转速与转角信号。 传感器的结构原理与检测图 丰田汽车G信号发生器结构与输出波形图G信号：发生器由No.1信号转子、传感线圈G1、G2和磁头等组成，信号转子固定在传感器轴上，其径向尺寸设计成两个半径不同、弧度各占180°的圆弧，从而形成两个凸台和一个弧度为180°的凸缘。传感线圈G1、G2相隔180°安装，G1线圈产生的信号对应于发动机第六缸活塞压缩上止点前10°（ BTDC 10°）、G2线圈产生的信号对应于第一缸活塞压缩上止点前10&#

23、176;（ BTDC 10°）。信号电压的波形如图所示。传感器的结构原理与检测图 丰田汽车NE信号发生器结构与输出波形图Ne信号：发生器安装在传感器壳体下部，主要由No.2信号转子、Ne传感线圈和磁头组成。信号转子固定在传感器轴上，传感器轴由配气凸轮轴驱动旋转，传感器轴的顶端套装有分火头。信号转子外缘设制有24个凸齿，传感线圈及磁头固定在传感器壳体内。信号电压的波形如图所示。传感器的结构原理与检测（3）霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器 （a）霍尔式凸轮轴位置传感器 （b）霍尔信号发生器（C）信号转子盘 霍尔式传感器都是根据霍尔效应制成。如大众的凸轮轴位置传感器 。大众汽车采用的霍尔式凸轮

24、轴位置传感器（如图（a）所示）安装在发动机配气凸轮轴的一端，主要由霍尔信号发生器（如图（b）所示）和信号转子组成。传感器的结构原理与检测工作原理：当隔板（也称叶片或切割片）进入气隙（即在气隙内）时，霍尔元件不产生电压，传感器输出高电平（5V）信号；当隔板离开气隙（即窗口进入气隙）时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号（0.1V），如图所示。发动机曲轴每转两转，霍尔传感器信号转子就转一圈，对应产生一个低电平信号和一个高电平信号，其中低电平信号对应于1缸压缩上止点前一定角度。图 霍尔效应信号别克君威3.0L： 霍尔式曲轴位置传感器，通常称作24X传感器，起动时及转速在1600转/分以下时发动机

25、ECU以其信号计算喷油量和点火提前角，24X传感器安装在曲轴前端，采用触发叶片的结构型式，如图所示。在发动机的曲轴皮带轮前端固装着信号轮，与曲轴一起旋转。信号轮外缘上均匀分布着24个窗口。图 别克君威24X霍尔式曲轴位置传感器信号轮图三种传感器的比较：传感器类型是否需要外电源信号与转速关系信号抗干扰性磁感应式不需要转速增加，振幅增强，频率增加。不利于低速测量较差光电式需要转速增加，振幅基本不变，频率增加。低速性较好较好霍尔式需要转速增加，振幅基本不变，频率增加。低速性较好较好传感器的结构原理与检测3、曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器的常见故障与检测（1） 光电感应式曲轴位置传感器检测 用万用表

26、直流电压档检测传感器信号电压接脚（如图），起动发动机时的电压应为0.21.2V。起动后怠速运转期间，信号电压应为1.82.5V。否则应更换曲轴位置传感器。光电感应式曲轴位置传感器信号波形如图所示。图 光电感应式曲轴位置传感器接脚图 图 光电感应式曲轴位置传感器信号波形图 传感器的结构原理与检测（2） 磁感应式曲轴位置传感器检测磁感应式曲轴位置传感器的检测内容包括线圈电阻和输出信号检查。线圈电阻约几百欧姆至1千欧左右，输出信号采用交流电压档测量，信号电压随转速升高而升高。图 磁感应式曲轴位置和凸轮轴位置传感器的波形图 （3） 霍尔式曲轴位置传感器检测霍尔式曲轴位置传感器的检测方法有一个共同的特点

27、，即主要通过测量有无输出脉冲信号（5V或12V方波）来判断其工作性能是否良好。图 曲轴位置传感器控制电路图 三个接脚分别为：电源、信号和搭铁。当飞轮齿槽通过传感器时，霍尔传感器输出脉冲信号，高电位为12V，低电位为0.3V。 接脚测试条件测试值A-C点火开关置“ON”12VB-C发动机运转O.312V之间变化A-B拔下传感器插头点火开关置“OFF”R=三、节气门位置传感器（TPS） 1、节气门位置传感器的功用安装位置：节气门位置传感器安装在节气门体旁，与节气门轴联动。节气门位置传感器的功用：一是将节气门开度(即发动机负荷)转变为电信号输入发动机ECU，以修正空燃比适合发动机工况的变化；二是在装

28、备电子控制自动变速器的汽车上，自动变速器控制单元把节气门位置传感器信号和车速信号作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号；三是当空气流量计无信号时，发动机ECU将节气门开度信号和发动机转速信号来计算进气量，取代空气流量计信号。传感器的结构原理与检测2、节气门位置传感器的类型、结构与工作原理类型：常用的节气门位置传感器有触点（开关）式、可变电阻（滑动电阻）式、综合式等几种。 可变电阻式节气门位置传感器应用最广泛，如图所示，其信号输出是线性量的。 传感器的结构原理与检测（1）触点式节气门位置传感器图 触点式节气门位置传感器结构：触点式节气门位置传感器内部有两对触点，即怠速开关触点和全负荷开

29、关触点。工作原理：发动机在怠速或强制怠速时，怠速触点闭合，控制单元根据此信号对怠速时的混合气进行微调，并修正点火提前角，切断废气再循环系统；强制怠速时，暂时切断供油。当节气门开度超过一定角度时，全负荷触点闭合，控制单元据此信号加浓混合气，提高发动机的输出功率。缺点：测量的信号不准确。（2）可变电阻式节气门位置传感器图 可变电阻式节气门位置传感器可变（滑动）电阻式节气门位置传感器是一种线性电位计。控制单元通过该传感器可以获得节气门开度从全闭到全开连续变化的信号，以及开闭速度的信号，从而精确判断发动机的运行工况，以提高控制精度和效果。 传感器的结构原理与检测（3）综合式节气门位置传感器图 综合式节

30、气门位置传感器综合式节气门位置传感器是由一个怠速开关触点和可变（滑动）电阻组成的。怠速时，怠速触点闭合，输出怠速信号，其他工况随节气门开度的增大，输出信号电压也提高，直到全开时电压达到最大。 传感器的结构原理与检测3、线性量节气门位置传感器的常见故障与检测图 别克君威节气门位置传感器电路线性量节气门位置传感器内部结构是一个可变（滑动）电阻，可用诊断仪读取信号电压或节气门开度，怠速时约0.50.6V，节气门全开时约4.5V。 也可用万用表电阻档和直流电压档检测节气门位置传感器的电阻与直流电压信号。 线性量节气门位置传感器的接线有3线（可变电阻式）和4线（综合式）两种，日本车系一般采用4线，其它车

31、系一般采用3线。 传感器的结构原理与检测（1）万用表检测以别克君威3线的线性量节气门位置传感器（电路如图）为例，介绍其检测方法。 拔去节气门位置传感器的插头，接通点火开关，测量线束处A接脚电压，发动机控制模块从33脚输出的开路电压是5V。 缓慢打开节气门，测量节气门位置传感器B、C脚的电阻值，应该连续变化，不能有突变、断路或短路。 接上插头，接通点火开关，测量B、C脚的信号电压，当节气门关闭时信号电压为0.5V，当节气门全开时电压为4.5V，随着节气门缓慢打开，信号电压应从0.5V逐渐升高至4.5V，信号电压应该连续变化，不能有突变、断路或短路。传感器的结构原理与检测（2）用诊断仪检测采用诊断

32、仪检测节气门电位计信号电压数据流，直接显示信号电压和节气门开度。 接通点火开关，观察节气门开度变化时的信号电压，显示标准波形。 （3）示波器检测有故障的节气门位置传感器信号波形： 标准的节气门位置传感器信号波形 ：四、进气歧管绝对压力传感器（MAP）1、进气歧管绝对压力传感器的功用进气歧管绝对压力传感器简称进气压力传感器，安装在进气歧管上。 功用：依据发动机的负荷状态测出进气歧管内绝对压力的变化，并转换成电压信号与发动机转速信号一起输送到ECU，推算出吸入发动机的空气量，它是决定喷油器基本喷油量和点火时刻的依据。 传感器的结构原理与检测2、进气歧管绝对压力传感器的类型、结构与工作原理 图 进气

33、歧管绝对压力传感器类型：主要有膜盒式和应变仪式进气歧管绝对压力传感器。结构：主要由硅膜片、真空室、混合集成电路、真空管接头和线束插头等组成 （1）膜盒式进气歧管绝对压力传感器图 膜盒式进气歧管绝对压力传感器膜盒式进气歧管绝对压力传感器内的弹性金属膜盒与大气相通。与膜盒连接在一起的衔铁可以在线圈绕组中移动。当进气歧管压力发生变化时，膜盒膨胀，衔铁在线圈绕组内的位置随之发生相应的变化，从而影响线圈绕组周围的电磁场。这样便可把膜盒的机械运动转换成电信号。控制单元根据这个信号即可测出进气歧管压力。 传感器的结构原理与检测（2）应变仪式进气歧管绝对压力传感器图 应变仪式进气歧管绝对压力传感器硅片上的四个

34、电阻连接成桥式电路。当进气歧管压力变化时，硅膜片随之发生变形。这时传感器电阻的阻值即随之发生相应的变化，使桥式电路输出正比于进气压力的电压信号。控制单元根据该信号即可测出进气歧管的压力。 传感器的结构原理与检测图 进气歧管绝对压力传感器的检测（2）传感器参考电压的检测（万用表检测）进气歧管绝对压力传感器根据接脚一般可分为3线式和4线式。3线式传感器的接脚分别为5V电源线、搭铁线和信号线；4线式进气歧管绝对压力传感器的另一个接脚为进气温度传感器信号线。以别克君威为例:用万用表检测时应选用直流电压档，拆开进气歧管绝对压力传感器的端头，接通点火开关，电源线的开路电压约+5伏。信号电压通常怠速时约1.

35、25V，节气门全开时略低于5V，全减速时接近0V。3、进气歧管绝对压力传感器的常见故障与检测 （1）检查真空软管的连接情况传感器的结构原理与检测（3）诊断仪检测 用诊断仪检测可读取电压值或进气歧管绝对压力值数据流。 （4）示波器检测 关闭所有附属电气设备，起动发动机，并使其怠速运转，怠速稳定后，检查怠速时的输出信号；将发动机转速从怠速加到节气门全开，并持续2秒钟，再减速回到怠速工况，持续2秒钟，再急加速至节气门全开，然后再回到怠速，将波形定位在屏幕上，应有类似图的波形出现。五、温度传感器 1、温度传感器的功用电控发动机上的温度传感器有冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器和排气温度传

36、感器等。功用：是将被测对象的温度信号转变为电信号输入电控单ECU，以便ECU 修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。2、温度传感器的类型、结构与工作原理（1）冷却液温度传感器（ECT，CTS）又称水温传感器，是双线的传感器，如图所示。安装在发动机冷却水道上。功用：是将发动机冷却液温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，供ECU修正喷油时间和点火时间，使发动机处于最佳工作状态。 传感器的结构原理与检测（2）进气温度传感器（ACT，IAT）安装位置：有的安装在进气管路中，有的装空气流量计内，有的装在进气歧管绝对压力传感器内。功用：是将进气温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便E

37、CU修正喷油量。作用原理：进气温度传感器是双线的传感器，内部是一个负温度系数的热敏电阻，根据电阻变化产生不同的信号电压，温度升高时阻值下降，信号电压也下降。 （3）燃油温度传感器燃油温度传感器安装在燃油箱中，其功用是检测燃油温度，ECU根据此信号对喷油量进行修正。（4）排气温度传感器排气温度传感器有两种类型：一是在丰田、日产、三菱汽车采用的废气再循环（EGR）排气温度传感器，用于检测EGR阀是否打开；二是安装在排气管中，其功用是检测排气温度，检测三元催化反应器是否堵塞。 传感器的结构原理与检测3、温度传感器的常见故障与检测（1）电阻检测电阻值在不同的车型上其特性略有差异，一般温度为20时，电阻

38、值约为2000-3000左右，温度为100时，电阻值约为2000-300左右。（2）电压检测ECU中的电阻R与冷却液温度传感器中热敏电阻（NTC）相串联，由ECU提供+5V稳压电源。当冷却液温度变化时，热敏电阻值及其分压值发生变化，输入ECU的信号电压值也跟着变化。 传感器的结构原理与检测图 冷却液温度传感器电路（以冷却液温度传感器为例 ）六、爆震传感器（KS）1、爆震传感器的功用功用：是检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机ECU, 发动机ECU根据爆震传感器信号修正点火提前角。爆震传感器安装在缸体上。 2、爆震传感器的类型、结构与工作原理 发动机爆震的检测方法有以下三种：气缸压力；发动

39、机机体振动或燃烧噪声。 常用压电晶体式爆震传感器是以接收加速度信号的形式，来判别爆震是否产生。 它由两个压电元件同极性相向对接，配重将加速度变换成作用于压电元件上的压力，所用的配重由一根螺丝固定于壳体上，输出电压由这两个压电元件的中央取出，构造简单，制造时不需调整。 3、爆震传感器的常见故障与检测（以别克君威为例） （1）万用表检测当打开点火开关，不起动发动机时，33号接脚与搭铁点间电压应为2.5V，当用金属物轻击爆震传感器附近缸体时，电压应在 2.5V上下摆动。 用万用表测量爆震传感器电阻，电阻值5M左右。 （2）诊断仪检测采用诊断仪可读取故障码，还可读取各缸检测爆震控制点火滞后角。（3）示

40、波器检测当发动机产生敲缸、振动、爆震时，爆震传感器输出波形的峰值电压和频率会增加，爆震传感器通常设计成量程5-15HZ，当发动机控制模块接收到这些频率时，发动机控制模块将延迟点火时刻，以阻止继续爆震。爆震波形如图所示。 （4）安装注意安装爆震传感器时，必须保证按规定力矩拧紧：如果安装力矩太大，可能造成传感器破裂或传感器反应过于灵敏（点火延迟）；力矩太小，则爆震反应不灵敏。标准拧紧力矩为20 N·m。严重的撞击可能导致爆震传感器损坏，因此不要采用跌落过的爆震传感器。七、氧传感器（O2S）1、氧传感器的功用氧传感器装在排气管上。作用：是探测排气中氧的含量多少。它是电控发动机闭环控制中十分

41、重要的反馈信息。 氧传感器实际上是用来探测空燃比是比理论空燃比浓，还是比理论空燃比稀，以获得上次喷油时间是过长或是过短，并将该信息变成电信号送入发动机电控单元ECU，用来对喷油时间进行修正，以达到混合气的空燃比保持在理论值附近的一个狭小范围内。2、氧传感器传感器的类型、结构与工作原理 1）氧化锆式氧传感器氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（ TiO2）式两种类型。氧化锆式氧传感器又分为加热型与非加热型氧传感器两种，现代发动机上普遍采用加热型氧传感器。特点是在较低的排气温度下（如怠速）仍能保持工作，使用寿命可大于16万公里。空燃比传感器（前） 氧传感器（后）结构：加热型氧传感器内部结构如图

42、所示。传感器装有陶瓷锆管、陶瓷加热元件，它们借陶瓷支承管，碟形弹簧固装在传感器壳体内。传感器内各种零件都由金属护套固定和对中，金属护套除了支承碟形弹簧外，还保护传感器内部不被污染。传感器的结构原理与检测工作原理：氧传感器是按固态电解质的氧浓差原电池原理制成的。发动机工作时，陶瓷锆管的内表面与大气（外界空气）相通，外表面被排气管中排出的废气包围。两边的氧浓度相差悬殊。 当混合气稀时，排气含氧较多，两侧的浓度差小，只产生很小的电压；当混合气浓时，排气含氧较少，加之铂电极的催化作用，两侧的浓度差急剧增大，两电极间的电压便突然增大。 传感器的结构原理与检测氧传感器产生的信号电压在过量空气系数=1时产生

43、突变。当>1（混合气稀）时，氧传感器输出信号电压几乎为零（小于100 mV）；当<1（混合气浓）时，氧传感器输出信号电压接近1V（8001 000 mV。氧传感器相当于一个混合气浓稀开关。不同的氧传感器，其输出特性有一些差异。 当氧传感器工作正常时，输出电压在高电平（0.9V）与低电平（O.1V）之间变动的频率，每分钟至少10次。 氧化锆式氧传感器必须满足：发动机温度高于60；氧传感器自身温度高于300；发动机工作在怠速工况和部分负荷工况三个条件，才能正常调节混合气浓度。2）氧化钛式氧传感器二氧化钛（ 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

44、， （1）结构 主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。（2）工作原理 由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随排气中氧离子浓度的变化而变化的特性，因此氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。传感器的结构原理与检测3）宽量程氧传感器宽量程氧传感器能在=0.72.2空气成分的宽范围内精确地给出连续的特征变化曲线，响应时间小于100ms；结构紧凑结实；良好的抗老化、腐蚀、沉淀、中毒等能力；对路面冲击不敏感；双层保护套管；使用寿命>160,000km。传感器的结构原理与检测（1）结构 宽量程氧传感器外形尺寸比普通的氧传感器仅大几毫米，内部结构如图所示。传感器的结构原理与检测宽

45、量程氧传感器主要由氧化锆参考电池、氧化锆泵电池、扩散孔、扩散室、控制器A和B等组成 宽量程氧传感器以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来，氧化锆型氧传感器有一特性，就是当氧离子移动时会产生电动势，若相反将电动势加在氧化锆组件上，即会造成氧离子的移动。传感器的结构原理与检测氧化锆参考电池与氧化锆氧传感器的工作原理相同，其功用是感知通过扩散小孔进入扩散室的废气中的氧浓度，并在内、外两电极之间产生电动势Us。氧化锆泵电池则相当于一个氧气泵，通过给其输入泵电流，将废气中的氧“泵入”扩散室，或将扩散室中的氧“泵出”。控制器的功用则是力图使扩散室内的氧浓度保持不变，即保持氧化锆参考电池产生的电动势Us为0.

46、45V（参考电压Uu）的平衡状态，如图所示。传感器的结构原理与检测当混合气较浓，废气中的氧浓度较小时，氧化锆参考电池将产生高于0.45V的电动势， 单元泵以原来的工作电流工作，泵入测试室的氧量少。此时控制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度，单元泵泵入测试室中的氧量增加，使电压值恢复到450mV。工作过程如图所示。传感器的结构原理与检测当混合气较稀，废气中的氧浓度较大时，泵在原来的转速下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量较多，电压值下降。加大喷油量，同时减少单元泵的工作电流。为能使电压值尽快恢复到450mV的电压值，减小单元泵的工作电流，使泵入测试室的氧量减少。单元泵的工

47、作电流传递给控制单元，控制单元将其折算成电压值信号。工作过程如图所示。 传感器的结构原理与检测随废气中的氧浓度变化，氧化锆参考电池产生的电动势Us变化，而要恢复到Us为0.45V的平衡状态，所需的泵电流也随之成正比变化，通过控制器将变化的泵电流信号转换成连续变化的电压信号Uo（05V），ECU根据此电压信号即可确定混合气的实际浓度。宽量程氧传感器能够在1020的空燃比范围内连续工作，输出的信号电压随空燃比增大而成正比增大，其输出特性如图所示。传感器的结构原理与检测4）前后双氧传感器为了监测三元催化反应器的转化效率，一般都设两个氧传感器。 （1）后氧传感器的作用ECU在特定工况下，通过比较前后两

48、个氧传感器的信号波动数值，就可以判断催化转换器的功能是否正常。通常，当后氧传感器的信号波形与前氧传感器的信号波形接近时，表示催化转换器已经失效。传感器的结构原理与检测（2）前、后双氧传感器工作电路前、后双氧传感器工作电路如图所示，每个氧传感器都有四条导线，都是加热型的。氧传感器地线与传感器外壳保持绝缘。用来对氧传感器加热器进行监测。 传感器的结构原理与检测3、氧传感器的常见故障与检测 1）普通氧化锆式氧传感器的检测（1）氧传感器加热器电阻的检测点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器上的电插，用万用表档测量氧传感器接线端中加热器接脚与搭铁接脚间的电阻，其电阻值应符合标准值 （2）氧传感器信号电压的

49、检测在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的信号电压将在0.4V上下不断变化，10s内反馈电压的变化次数应不少于8次。 传感器的结构原理与检测2）氧化钛式氧传感器的检测状态A/F传感器电压发动机怠速·不应保持在3.3V不变·不应保持在3.8V或更高·不应保持在2.8V或更低发动机加速发动机转速大于或等于1500r/min，汽车行驶速度大于或等于40km/h,节气门开或闭（丰田汽车2AZ-FE发动机采用的氧化钛式氧传感器） （1）读取检测仪器数据流中的A/F传感器输出电压。 a）起动发动机转速在2500r/min运行大约90s。b）具备以下条件（表所示），读取数据流显示的A/F传感器输出电压。（2）检查电气线路和连接器（ECMA/F传感器）线路：线路应导通。图 A/F空燃比传感器线路图传感器的结构原理与检测（4）检查进气系统是否有严重积碳和泄漏。（5）检查燃油压力和喷油器工作情况。（6）检查排气泄漏，如3、4、5、6步骤