汽车新技术课件—第三章 电源类传感器

1、单元二发动机电控系统构造与维修第三章第三章 电源式传感器电路电源式传感器电路及其故障检测及其故障检测电源式传感器主要有：磁感应式传感器电源式传感器主要有：磁感应式传感器、脉冲计数型传感器、氧传感器、爆震传感器、脉冲计数型传感器、氧传感器、爆震传感器、开关信号等开关信号等曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器凸轮轴位置传感器凸轮轴位置传感器3.1 磁感应式传感器磁感应式传感器G G信号和信号和NENE信号信号都由其内装有凸轮轴位置传感器或曲轴位置传感器，和信号板都由其内装有凸轮轴位置传感器或曲轴位置传感器，和信号板或正时转子的感应线圈所产生。此两个信号所提供的信息由发动机或正

2、时转子的感应线圈所产生。此两个信号所提供的信息由发动机ECUECU合并，来综合并，来综合性地探测曲轴转角和发动机转速。合性地探测曲轴转角和发动机转速。这两个信号不仅对这两个信号不仅对EFIEFI系统十分重要，而且对系统十分重要，而且对ESAESA系统也十分重要系统也十分重要。 3.1.1 3.1.1 凸轮位置传感器（凸轮位置传感器（G G信号发生器）信号发生器） 带有凸舌的G信号板是在凸轮轴位置传感器对应的凸轮曲轴上。凸舌有1个或3个，与其他的传感器不一样，是根据发动机型号而定。（附图中有三个凸舌。）当凸轮转动时，凸轮轴上的凸舌和传感器间的气隙改变。这个气隙改变就在传感器内装的感应线圈中产生电

3、压，形成G信号。这个G G信号被送至发动机信号被送至发动机ECUECU作为标准曲轴转角的信息（气缸位置的作为标准曲轴转角的信息（气缸位置的判别）。由发动机判别）。由发动机ECUECU将其和曲轴位置传感器送来的将其和曲轴位置传感器送来的NENE信号合并，来确信号合并，来确定每个气缸点火用的压缩定每个气缸点火用的压缩“上止点（上止点（TDCTDC）”，和探测曲轴转角的信息，和探测曲轴转角的信息（气缸位置的判别）角度。发动机（气缸位置的判别）角度。发动机ECUECU就用此来确定喷射时间和点火正就用此来确定喷射时间和点火正时时。 维修提示:当发动机当发动机ECUECU未能收到从传感器送来的未能收到从传

4、感器送来的G G信号，有的型号信号，有的型号的发动机仍继续运转，但有的型号会停机。的发动机仍继续运转，但有的型号会停机。发动机发动机ECUECUG22G22NENEE1720CA360CAG信号NE信号30CA10CAGNE 3.1.2 3.1.2曲轴位置传感器（曲轴位置传感器（NENE信号发生器）信号发生器） NE信号被发动机ECU用于探测曲轴角度和发动机转速。发动机发动机ECUECU使用使用NENE信号和信号和G G信号来计算基本喷射时间和基本点火提前角信号来计算基本喷射时间和基本点火提前角。和G信号相同，NE信号也是由曲轴位置传感器和安装于曲轴上的NE正时转子圆周上的凸舌之间的气隙所产生

5、。如图所示的传感器，NE正时转子圈上有34个凸舌和去掉两个的一个区段。去去掉两齿的区段可用来探测曲轴角度，但是不能确定究竟是处于压缩环的上掉两齿的区段可用来探测曲轴角度，但是不能确定究竟是处于压缩环的上止点（止点（TDCTDC）还是处于排气循环的上止点（）还是处于排气循环的上止点（TDCTDC）。）。发动机ECUECU将将NENE信号和信号和G G信号相结合，来综合地和精确地确定曲轴角度信号相结合，来综合地和精确地确定曲轴角度。除此以外，有些信号发生器有12，24或其他数的凸舌，但是曲轴角度探测精度随凸舌数而变化。例如，12个凸舌的型号，其曲轴角度探测精度为30。 维修提示维修提示: :当发动

6、机当发动机ECUECU未收到传感器传感器发出的未收到传感器传感器发出的NENE信号，则发动机信号，则发动机ECUECU将判定发动机已停机，因此造成发动机停机。将判定发动机已停机，因此造成发动机停机。 发动机发动机ECUECUG22G22NENEE1720CA360CAG信号NE信号30CA10CAGNE 汽车上常用的磁感应式传感器有：发动机转速、曲轴位置、凸轮轴位置、车速等。 丰田2JZ-GE型发动机曲轴位置传感器电路见下图3.1.3 磁感应式传感器的检测磁感应式传感器的检测G信号正时转子NE信号正时转子G感应线圈分电器轴NE感应线圈G信号正时转子G感应线圈正时转子旋转1圈180CA(曲轴转角

7、)G信号NE 信号正时转子旋转1/2圈30CANE 感应线圈NE信号正时转子用万用表检测各端子间及导线的阻值检测条件及标准数值见下表其他车型检测方法相同，数据可查阅相关手册。磁感应式传感器的检测磁感应式传感器的检测检测正时转子与感应线圈的间隙检测正时转子与感应线圈的间隙正常间隙为：正常间隙为：0.20.4mm其他车型参见相关手册其他车型参见相关手册磁感应式传感器的检查磁感应式传感器的检查用示波器检测输出信号波形用示波器检测输出信号波形 上图显示发动机转速上图显示发动机转速881r/min时，频率为时，频率为5.96Hz，峰值为，峰值为17.3V，脉宽为脉宽为158ms。 下图表示为，用双宗示下

8、图表示为，用双宗示波器同时显示曲轴位置传感波器同时显示曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器两个器和凸轮轴位置传感器两个波形，用于检测正时关系是波形，用于检测正时关系是否正确否正确。磁感应式传感器的检查磁感应式传感器的检查3.2 脉冲型传感器脉冲型传感器 脉冲计数器型传感器的工作原理如图脉冲计数器型传感器的工作原理如图 有车速传感器有车速传感器(VSS)(VSS)和发动机转速传感器和发动机转速传感器( (许多汽车采用许多汽车采用霍尔效应型传感器感测曲轴或凸轮轴的转速霍尔效应型传感器感测曲轴或凸轮轴的转速) )，在汽油机的点，在汽油机的点火系统中，还将这种传感器用作分电器基准信号传感器。火系统中，还将

9、这种传感器用作分电器基准信号传感器。 3.2.1 3.2.1 光电偶合器类型光电偶合器类型至转速表电缆光敏晶体管光电偶合器发光二极管槽轮 此传感器装有光敏晶此传感器装有光敏晶体管和发光二极管（体管和发光二极管（LEDLED）所构成的光电耦合器。所构成的光电耦合器。LEDLED发出的光被转动的槽发出的光被转动的槽轮反复地档住和通过。槽轮反复地档住和通过。槽轮四周共有轮四周共有2020条槽。电缆条槽。电缆每转一圈将会产生每转一圈将会产生2020个脉个脉冲信号。冲信号。曲轴位置传感器线束的检测曲轴位置传感器线束的检测检测方法见左图（以现代检测方法见左图（以现代SONATASONATA为例）为例）点火

10、开关置于点火开关置于ONON，线束侧，线束侧4#4#端子对地电压应为端子对地电压应为12V12V，线，线束侧束侧2#2#端子和端子和3#3#端子对地电端子对地电压应为压应为4.84.85.2V5.2V；1#1#端子端子接地电阻为接地电阻为0 0。3.2.2 光电式曲轴位置传感器检测光电式曲轴位置传感器检测 输出信号检测输出信号检测用万用表电压档检测传感器用万用表电压档检测传感器3#3#端子和端子和1 1号端子间的电压：号端子间的电压：启动时该电压值为启动时该电压值为：0.20.21.2V1.2V。怠速运转期间电压值为怠速运转期间电压值为：1.81.82.5V2.5V。光电式曲轴位置传感器检光电

11、式曲轴位置传感器检测测 示波器检测光电式曲轴位置传感器输出信号波形示波器检测光电式曲轴位置传感器输出信号波形 曲轴位置传感器输出信号波形曲轴位置传感器输出信号波形 凸轮轴位置传感器输出信号波形凸轮轴位置传感器输出信号波形霍尔效应的两个基本条件是：霍尔效应的两个基本条件是：有外加电源电压有外加电源电压有磁通量的变化有磁通量的变化霍尔式曲轴位置传感器的结构原理见图霍尔式曲轴位置传感器的结构原理见图3.2.3 3.2.3 霍尔式曲轴位置传感器的检测霍尔式曲轴位置传感器的检测霍尔传感器原理传感器线路连接霍尔式曲轴位置传感器的原理霍尔式曲轴位置传感器的原理霍尔式曲轴位置传感器控制电路见图霍尔式曲轴位置传

12、感器控制电路见图三端子分别为：电源、信号、接地；三端子分别为：电源、信号、接地；输出信号：高电位为输出信号：高电位为5V5V，低电位为，低电位为0.3V0.3V。霍尔式曲轴位置传感器的检测：霍尔式曲轴位置传感器的检测：电源电压：电源电压：5 5或或8 8；信号电压：信号电压：0.30.35V5V；各端子间电阻：各端子间电阻：示波器检测：示波器检测：3.3 磁阻式速度传感器磁阻式速度传感器2020极型速度传感器极型速度传感器1 1 恒定电压电路恒定电压电路+B +B 至组合仪表至组合仪表2 2 3 3 4 4 磁环磁环MRE MRE 比较仪比较仪 车速传感器车速传感器 MRE的磁阻根据作用于MR

13、E的磁力方向而变化。当磁力方向根据附于磁环上的磁铁的转动而变化时，则MRE的输出就成AC波形，如图所示。传感器内的比较仪将此AC波形转换成数字信号，并将其输出。 波形的频率由附装于磁环的磁铁极数确定。共有两个类型的磁环，20极型和4极型，根据车型而定。20极型产生20个周期的波形（换句话说，磁环每转一圈产生20个脉冲），4极型则产生4个周期的波形。磁环磁环（旋转旋转） N N S S N N 2 2 4 4 MRE MRE 输出输出比较仪输出比较仪输出速度传感器输出速度传感器输出1 10 012V12V0V0V 在有些型号上，车速传感器发出的信号在达到发动机ECU前，先通过组合仪表，而在另一些

14、车型上，则车速传感器发生的信号将直接被输出到发动机ECU。 车速传感器的输出电路包括输出电压型和可变电阻型。输出电压类型输出电压类型速度传感器组合仪表SPD至其他ECUECUECU5V不同电阻类型不同电阻类型速度传感器SPD 至其他ECUECUECU5V氧传感器工作情况：氧传感器工作情况：加热电阻阻值正温度系数加热电阻阻值正温度系数传感器电阻负温度系数，低温时达几兆欧。传感器电阻负温度系数，低温时达几兆欧。产生电池作用温度：产生电池作用温度：349349最佳工作温度：最佳工作温度：760760816816信号电压幅值：信号电压幅值：0 01V1V。信号变化频率：不少于信号变化频率：不少于8 8

15、次次/10/10秒秒3.4 氧传感器的检测氧传感器的检测保护套保护套大气大气废气废气法兰法兰铂铂二氧化锆元件二氧化锆元件( (ZrO2)ZrO2)铂铂V V氧传感器结构氧传感器结构 氧传感器（氧传感器（O2传感器）传感器） 为最大程度地发挥装有三元催化转化器（TWC）发动机的排气净化性能，必须将空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。氧传感器能探测出排气内氧的浓度是否较理论空燃比时较浓或较稀。此传感器多数安装在排气歧管中，但是安装位置和安装数量随发动机而不同。氧传感器内含有一件用陶瓷型材料二氧化锆元件(ZrO2)制成的元件。此元件的内侧和外侧都包着一层铂的薄覆盖层。环境大气被引导至传感器的内侧

16、，传感器的外侧则直接暴露在排气中。 处于高温（400752 ）时，如果锆元件内部表面上氧气浓度与外部表面上的氧气浓度相差太大时，此锆元件将产生电压。而且，铂是有催化作用，它能促使废气中氧气和一氧化炭（CO）之间产生化学反应，增加了传感器敏感性。当空气-燃油混合气较稀时，废气中氧气甚多。因以传感器内、外氧气浓度就没有多大差别，锆元件产生的电压很小（接近0V）。相反，当空气-燃油混合气较浓时，废气中几乎无氧。正因如此，传感器内、外侧氧气浓度之差很大，锆元件就产生相对而言的大电压（约1V）。 根据此传感器输出的OX信号，发动机ECU去增加或减少燃油喷射量，使平均空燃比保持在理论空燃比附近。有些锆制的

17、氧传感器配有加热器来加热此锆元件。此加热器也由发动机ECU控制。当进气量低时（换句话说就是当排气温度低），就向加热器输送电流来加热传感器。 理论空燃比理论空燃比电压输出电压输出（V V）1 10 0没有空气没有空气进入排气进入排气较浓较浓较稀较稀空燃比空燃比氧气氧气传感器传感器OXOXE1E1ECUECU0.45V0.45V5V5VR R氧传感器的输出氧传感器的输出A/FA/F传感器数据传感器数据（V V）4.24.22.22.2111114.714.71919空燃比输出特征空燃比输出特征（V V）1 10.10.1氧气传感器输出氧气传感器输出空燃比传感器空燃比传感器氧气氧气传感器传感器空燃比

18、空燃比传感器传感器AF+AF+AF-AF-3.3V3.3V3.0V3.0V发动机发动机ECUECU 与氧传感器相同，空燃比传感器也探测排气中的氧浓度。常规型氧传感器在理论空燃比的附近，其输出电压常会急剧变化。相比而言，空燃比传感器所施加的是恒定电压，几乎和氧浓度成正比的电压。这可提高空燃比探测精度。空燃（空燃（A/F）比传感器）比传感器 图示为在手持式测试仪上显示的空燃比传感器的输出特性。传感器内有一个能保持发动机ECU的AF+和AF-端头上有恒定电压的电路。所以，空燃比传感器的输出条件不能用电压表来探测。请使用手持式测试仪。传感器传感器高高（浓）浓）低低（稀）稀）急加速急加速急加速急加速A/

19、FA/F数据数据高高（稀）稀）低低（浓）浓）氧输出氧输出传感器传感器 空燃比传感器的输出特性使其有可能当空燃比一经发生变化，立刻给予校正，这样可使空燃比校正反馈得更快和更精确。 与有些氧传感器相同，空燃比传感器上也配有加热器，在排气温度低时用来保持探测性能。但是，空燃比传感器的加速器比氧传感器的加热器需耗用大得多的电流。加热型氧传感器电路加热型氧传感器电路 外观检测：颜色变化。外观检测：颜色变化。 加热线圈电阻检测：室温下阻值约为加热线圈电阻检测：室温下阻值约为4.54.5，达到工作，达到工作温度时，约为温度时，约为。 检查信号电压变化频率：发动机转速检查信号电压变化频率：发动机转速2500r

20、/min2500r/min，变化，变化8 8次次/10/10秒秒。 急加速，观察信号电压是否瞬间升高。急加速，观察信号电压是否瞬间升高。 拔掉真空管，观察信号电压是否瞬间减小。拔掉真空管，观察信号电压是否瞬间减小。 用示波器检测输出信号电压波形变化。用示波器检测输出信号电压波形变化。 对比氧传感器信号变化与喷油脉宽变化确定控制系统功对比氧传感器信号变化与喷油脉宽变化确定控制系统功能是否正常。能是否正常。 双氧传感器波形对比检测。双氧传感器波形对比检测。氧传感器的检测氧传感器的检测万用表检测万用表检测示波器检测示波器检测双氧传感器电双氧传感器电路路双氧传感器波形检测双氧传感器波形检测氧化钛式氧传

21、感器波氧化钛式氧传感器波形形爆震传感器控制电路及爆震传感器的检测爆震传感器控制电路及爆震传感器的检测电阻检测：电阻为电阻检测：电阻为示波器检测脉冲电压波形变化：发动机熄火状态，点火开关处于示波器检测脉冲电压波形变化：发动机熄火状态，点火开关处于ONON，用金属敲击缸体，波形峰值随敲击力度变化。用金属敲击缸体，波形峰值随敲击力度变化。3.5 爆震传感器检爆震传感器检测测爆震传感器爆震传感器至发动机至发动机ECUECU膜片膜片压电元件压电元件爆震传感器附装在气缸体上，当探测到发动机爆震时，就向发动机ECU发出KNK信号。发动机ECU收到KNK信号后，就延迟点火正时，抑制爆震。带开路带开路/ /短路短路检测类型检测类型发动机发动机ECUECUKNK1KNK1