汽车电子控制技术》电子教案

1、汽车电子控制技术课程教案学院 职业技术学院 专业 汽车维修工程教育教师 王忠良 河北师范大学职业技术学院机械系章节第一章汽车电子控制技术概论日期重点汽车电子控制系统的分类难点汽车电子控制系统的组成第一节 电子技术在汽车上的应用汽车是由发动机、底盘、车身和电气设备四部分组成。汽车电气设备包括汽车电器系统与汽车电子控制系统两部分。汽车电子控制系统由传感器、电器开关、电子控制单元和执行器等组成，包括发动机电子控制系统、底盘电子控制系统和车身电子控制系统等子系统。电子控制技术最早应用在发动机上，汽油机电子控制技术成为电子技术应在汽车上的主要标志。第二节 汽车电子控制技术的发展汽车电子控制技术发展的根本

2、原因有两个方面：一是电子技术水平不断提高，这是汽车电子控制技术发展的基础；二是全球能源紧缺、环境保护和交通安全问题，促使汽车油耗法规、排放法规的不断提高。汽车油耗法规和排放法规促进了汽车发动机电子控制技术的发展，汽车安全法规促进了汽车底盘和车身电子控制技术的发展。一、汽车电子控制技术发展历程（一）发动机机电子控制技术的发展汽油机电子控制技术的发展历程是伴随着汽油机燃油供给技术的发展而来的。为适应降低汽油机燃油消耗和有害物排放量的要求，汽油机燃油供给技术经历了从机械控制汽油喷射到现在的发动机集中管理系统，以及目前正在迅猛发展的缸内直喷技术。1934年，德国怀特（Wright）兄弟发明了向发动机进

3、气管内连续喷射汽油来配制混合气的技术，并研制成功第一架采用燃油喷射式发动机的军用战斗机。1952年，德国Bosch公司研制成功了第一台机械控制缸内喷射汽油机，并成功地安装在戴姆勒奔驰（DaimlerBenz）300 L型赛车上。1958年，Bosch公司研制成功了机械控制进气管喷射汽油机，并成功地安装在梅赛德斯奔驰（MercedesBenz）220S型轿车上。从20世纪50年代开始，美国、欧洲和日本先后颁布了对汽车有害排放进行限制的各种法规，70年代的能源危机导致了对汽车燃油消耗进行限制的法规。这些法规的颁布，推动了以环保和节能为主要目标的电子控制汽油喷射技术的发展，同时也加快了汽车电子控制技

4、术发展的进程。1953年美国本迪克斯公司（Bendix）开始研制由真空管电子控制系统控制的汽油喷射装置，并在1957年研制成功。该系统根据进气压力，由设在各个节气门前的喷油器与进气行程同步喷油，遗憾的是该专利技术并未被推广应用。1967年，德国博世（Bosch）公司根据美国本迪克斯公司的专利技术，开始批量生产利用进气歧管绝对压力信号和模拟式计算机来控制发动机空燃比A/F的D型燃油喷射系统（D-Jetronic），装备在德国大众（Voldswagen）汽车公司生产的VW-1600型和奔驰280SE型轿车上，率先达到了当时美国加利福尼亚州的排放法规要求，开创了汽油发动机电子控制燃油喷射技术的新时代

5、。D型燃油喷射系统是用电子电路控制喷油器阀门的开启时刻与开启时间。1973年，德国Bosch公司在D型燃油喷射系统（D-Jetronic）的基础上，改进发展成为L型燃油喷射系统（L-Jetronic）。L型喷射系统利用了翼片式空气流量传感器直接测量进气管内进入发动机的空气的体积流量，与利用进气歧管绝对压力来间接测量进气量的D型喷射系统相比，检测精度和控制精度大大提高。在电控汽油喷射系统开发和不断完善的过程中，汽油机电控点火系统的研究开发也取得了重大进展。19731974年，美国通用（General）汽车公司生产的汽车装上了集成电路IC点火控制器，次年高能点火装置HIC点火控制器投入实际应用。1

6、976年，美国克莱斯勒（Chrysler）汽车公司研制成功微机控制点火系统，取名为“电子式稀混合气燃烧系统ELBS”。该系统由模拟计算机对点火进行控制，根据大气压力、进气温度、发动机冷却液温度、发动机负荷与转速等信号计算出最佳点火时刻，控制200多个参数，对实际点火提前角进行最佳控制。1977年，美国通用汽车公司研制成功了数字式点火控制系统。该系统由中央处理器（CPU）、存储器（RAM，ROM）和模数（AD）转换器等组成，是一种真正的计算机控制系统。1978年，美国通用汽车公司研制成功了同时具有控制点火时刻控制、空燃比反馈控制、废气再循环控制、怠速转速控制、故障自诊断和带故障运行控制功能的电子

7、控制系统。1979年，德国Bosch公司在L-Jetronic系统的基础上，将电控点火系统和电控燃油喷射系统组合在一起，采用数字计算机进行控制，开发出了MMotronic系统，即发动机集中管理系统。1979年，日本日产（Nissan）汽车公司研制成功了集点火时刻控制、空燃比控制、废气再循环控制和怠速转速控制与一体的发动机集中控制系统ECCS，该系统具有自诊断功能，装备在公子Cedric牌和光荣Gloria牌轿车上。1980年，日本丰田（TOYOTA）公司开发出了具有汽油喷射控制、点火控制、怠速转速和故障自诊断功能的丰田计算机控制系统TCCS。同年，三菱MITSUBISHI汽车公司研制成功了采用

8、卡尔曼涡流式空气流星传感器的电子控制燃油喷射系统ECI。1981年，Bosch公司在L-Jetronic系统基础上，开发出了LH-Jetronic系统，该系统采用新颖的热线式空气流量传感器，能直接测出进入发动机空气的质量流量。19871989年，Bosch公司又相继开发出了用于中小型乘用车的电控单点汽油喷射系统，即Mono-Jetronic系统和Mono-Motronic系统。20世纪90年代，为了满足更加严格的排放指标和根据“京都议定书”确定的分阶段降低汽车CO排放量的要求，世界各主要汽车公司除了逐步增加发动机集中管理系统的控制功能，以满足当时排放法规的要求外，还加大了能满足未来法规要求的其

9、他技术开发力度，尤其是缸内直喷技术。1995年，日本三菱（MITSUBISHl）汽车公司公布了电控缸内直喷汽油机（即GDI系统），采用汽油缸内直喷技术，可以实现汽油机的分层稀薄燃烧。然而由于当时技术并不成熟，因此也造成该系统的低速NOx排量相当惊人，而随即被许多注重环保的国家拒于门外。2001年，Volkswagen/Audi集团研制出独有的FSI（Fuel Stratified Injection）缸内直喷系统。另外，还有凯迪拉克的SIDI双模直喷发动机、奔驰的CGI直喷发动机、马自达的DISI直喷系统等。在此期间，Bosch公司也开发成功了具有节气门控制功能的ME-Mo

10、tronic系统和采用缸内直喷技术的MED-Motronic系统。我国在轿车汽油机电子控制技术应用方面起步较晚，1994年上海大众推出采用D-Jetronic电控汽油喷射系统的桑塔纳2000型轿车。2000年，我国政府规定：5人座以下的化油器式发动机汽车自2001年1月1日起停止生产，电控燃油喷射发动机得到快速发展。（二）电子控制防抱死制动技术的发展汽车防抱死制动系统（ABS）是汽车上的一种主动安全装置，其作用是在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上滑拖，以提高汽车制动过程中的方向稳定性、转向控制能力和缩短制动距离。早在20世纪30年代，制动防滑装置就运用在铁路机车的制动中，防止车轮抱死后在钢轨上

11、滑行造成局部摩擦。1920年，英国人霍纳摩尔研制成功了ABS技术，并于1932年申请了第一个防滑专利。1947年，在美国飞机上开始采用ABS，并很快成为飞机上的标准装备。1954年，美国福特（Ford）公司率先在林肯（Lincoln）轿车上采用ABS技术。1958年，杜尔（Dunlop）轮胎公司研制成功四轮两通道低选控制式Maxa-ret ABS，并安装在载货汽车上。1960年，哈理·福格森·雷斯（Harry Ferguson Reserch）公司将Maxa-ret ABS改造成四通道控制式ABS，并于1966年安装在野马V-8型汽车上，使汽车制动性能大幅度提高。1970年

12、，罗伯特·博世（Robert Bosch）公司开始研发ABS。到目前博世公司一直进行ABS的研发，是世界上最大的ABS生产公司。1975年，美国联邦机动车安全标准对重型载货汽车和客车配备ABS提出了要求。1978年，梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）和宝马（BMW）汽车公司首次在450SEL等轿车的部分产品中安装由博世公司生产的ABS-系统。ABS-系统采用数字计算机和电磁阀，其控制频率达到每秒10次以上，能够明显提高汽车的制动性能。1985年，博世公司对ABS-系统进行了结构简化和系统优化，研制出了经济型防抱死制动系统ABS-E系统；1990年，德尔科（Delco）公司开

13、发出更为经济的四轮防抱死制动系统ABS-系统。进人90年代后， ABS的装车率大幅度提高，加之法规的推动作用，ABS已成为汽车上标准装备或选择装备。除博世公司外，生产ABS的公司还有德国的瓦布克（WABCO）公司和戴维斯（TEVES）公司、美国的德尔科（Delco）公司和本迪克斯（Bendix）公司。我国对ABS的研究始于80年代初，上海汽车制动系统有限公司引进并合资生产的ABS产品已于1997年2月投产。吉林大学、重庆公路研究所等单位也一直从事ABS的研制工作。（三）电子控制自动变速器技术的发展自动变速器是在机械式变速器、液力变矩器和电子控制技术的基础上发展而成的。19世纪初在欧洲发明了液力

14、传动技术，并应用在船舶上。1930年，液力变矩器应用在公共汽车上。1938年，美国通用（General）公司研制了将行星齿轮变速器与液力耦合器结合在一起的液力自动变速器，这是现代轿车自动变速器的雏形。1939年安装在通用公司生产的奥兹莫比尔（Oldsmobile）轿车上。1942年，美国通用公司研制的自动变速器上采用了双导轮、可闭锁的综合式变矩器。1969年，雷诺（Renault）汽车装备了采用电子计算机控制的液力自动变速器，标志着电子控制自动变速器的出现。1978年，美国克莱斯勒（Chrysler）公司生产了带锁止式液力变矩器的自动变速器。自1981年起，美国、日本一些汽车公司相继开发出各种

15、采用微处理机的微机控制自动变速系统，实现了自动变速器的智能控制。1983年，德国博世（Bosch）公司研制成功发动机和自动变速器共用的电子控制单元，实现了对动力总成的联合控制。自20世纪80年代后期开始，丰田（TOYOTA）等汽车公司开发了AT智能控制系统，如丰田汽车公司的ECT-I（intelligent electronic system）。电子控制自动变速器也存在结构复杂、零件精度要求高、制造难度大，传动效率低等缺点。近年来，机械式自动变速器（AMT）、无级自动变速器（CVT）也得到快速发展。和液力自动变速器相比，机械式自动变速器具有更高的传动效率，无级自动变速器可以实现传动比的连续改变

16、，从而实现传动系与发动机工况的最佳匹配。二、汽车电子控制技术发展趋势汽车采用车载局域网LAN技术是汽车电子控制技术发展的必然趋势。第三节 汽车电子控制系统的分类一、按控制对象分类分为：（1）发动机电子控制系统（2）底盘电子控制系统（3）车身电子控制系统二、按控制目标分类分为（见表1-5）：（1）动力性控制系统（2）经济性控制系统（3）排放性控制系统（4）安全性控制系统（5）舒适性控制系统（6）操纵性控制系统（7）通过性控制系统第四节 汽车电子控制系统的组成一、汽车电子控制系统的基本组成但就总体结构而言，发动机电子控制系统都是由传感器、电子控制单元（Electronic Control Unit

17、，简称ECU）和执行器3部分组成。（一）传感器传感器是将各种非电量（物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于传输和处理的另一种物理量（一般为电量）的装置。（二）电子控制单元电子控制单元是以单片微型计算机（即单片机）为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算、逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。电子控制单元的主要任务是：向各种传感器提供它们所需的基准电压；接收传感器或其他装置输入的信号，并将它们转换为微机能够处理的数字脉冲信号；储存输入的信息，运用内部已有的程序对输入信息进行运算分析，输出执行命令；根据发动机性能的变化，自动修正预置的标准值；将输入信息与设定的标准值进行比较，如发现数据

18、异常，确定故障位置，并把故障信息储存在存储器中。（三）执行器执行器又称执行元件，是电子控制系统的执行机构。执行器的功能是接受电控单元发出的指令，完成具体的执行动作。二、汽车发动机电子控制系统的组成图1-5所示为桑塔纳2000GSi、3000型轿车采用的莫特朗尼克（Motronic）M3.8.2型发动机电子控制系统。图1-6所示为该电子控制系统的组成，图1-7所示为该电子控制系统各组成部件的安装位置。（一）传感器与开关信号1. 传感器传感器有空气流量传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、怠速节气门位置传感器和节气门位置传感器（两只传感器与节气门控制组件J338制作成一体）、冷却液温度传感器、

19、进气温度传感器、氧传感器、爆震传感器和车速传感器。节气门控制组件J338又称为节流阀体，由怠速节气门位置传感器G88、节气门位置传感器G69、怠速控制电机V60和怠速控制阀F60组成。怠速节气门位置传感器G88安装在节流阀体内并与怠速电机V60连接在一起；节气门位置传感器G69安装在节气门轴上。两只节气门位置传感器的功用都是检测节气门开度信号并输入电控单元J220。在M3.8.2型发动机电子控制系统中，发动机怠速时的进气量采用了直接控制节气门开度的方式进行控制，所以发动机在怠速范围内工作时，电控单元J220将根据怠速节气门位置传感器G88提供的信号调节怠速时的节气门开度；当发动机在怠速以外的工

20、况时，电控单元J220将根据节气门位置传感器G69提供的信号进行控制。2. 开关信号开关信号有以下几种：点火开关信号IGN。当点火开关处于“点火（IG）”挡位时，向电控单元输入一个高电平信号。起动开关信号STA。当点火开关处于“起动（ST）”挡位时，向电控单元输入一个高电平信号。空调开关信号A/C。当空调开关接通时，向电控单元提供提供接通空调系统的信号。电源电压信号UBAT。向电控单元提供蓄电池端电压信号。空挡安全开关信号NSW，在装备自动变速器的汽车上，用于检测自动变速器的档位选择开关是否处于空挡位置。（二）执行器执行器有电动燃油泵、电磁喷油器、怠速控制电动机（在节气门控制组件J338内），

21、活性炭罐电磁阀、点火控制器和点火线圈。章节第二章 汽车发动机燃油喷射技术日期重点燃油喷射电子控制系统的结构原理难点燃油喷射电子控制系统的控制过程第一节 汽车发动机燃油喷射系统的组成汽车发动机燃油喷射系统的组成主要由空气供给系统、燃油供给系统和燃油喷射电子控制系统三个子系统组成。一、空气供给系统功能：向发动机提供混合气燃烧所需的空气，并测量出进入气缸的空气量。分类：旁通式和直供式供气系统的结构特点：进气道长且设有动力腔（谐振腔）。利用空气动力效应。空气动力效应包括气流惯性效应与气流压力波动效应。可变进气系统：高转速、大负荷时配用粗而短的进气歧管，中低转速和中、小负荷时配用细而长的进气歧管。二、燃

22、油供给系统功能：向发动机提供混合气燃烧所需的燃油。三、电子控制系统组成：传感器与控制开关、ECU和执行器第二节 汽车发动机燃油喷射系统的分类一、按喷射系统的控制方式分类按汽油喷射系统的控制方式不同，汽油机燃油喷射系统可分成机械控制式汽油喷射系统、机电结合式汽油喷射系统和电子控制式汽油喷射系统。1机械控制式汽油喷射系统机械控制式汽油喷射系统是指利用机械机构实现燃油连续喷射的汽油喷射系统。机械控制式汽油喷射系统，也称K-Jetronic系统，1967年由德国Bosch公司推出。2机电结合式汽油喷射系统机电结合式汽油喷射系统是指由机械机构与电子控制装置结合实现燃油喷射的汽油喷射系统。机电结合式汽油喷

23、射系统也称KE-Jetronic系统，它是K-Jetronic系统的改进型，德国Bosch公司于1982年推向市场。3电子控制式汽油喷射系统电子控制式汽油喷射系统是指由电控单元直接控制燃油喷射的系统。现代电喷汽油机已全部采用电子控制式汽油喷射系统，但汽油机电控系统发展的初期，都是仅具有单一电控汽油喷射控制功能，现已全部被发动机集中管理系统所代替。二、按喷油器的喷射部位分类按喷油器喷射燃油的部位不同，汽油机燃油喷射系统可分为进气管喷射系统和缸内喷射系统两种类型。其中进气管喷射又可分为单点喷射（SPI、TBI或CFI）和多点喷射（MPI）两种类型，多点喷射又可分为压力型（即D型）和流量型（即L型）

24、多点喷射系统两种类型。1缸内喷射系统缸内喷射系统又称为缸内直接喷射系统，其主要特点是：喷油器安装在汽缸盖上，喷油器以较高的燃油压力（约34MPa）把汽油直接喷入发动机汽缸内，并与空气混合形成可燃混合气。“缸外混合”的缺点是显而易见的，进入燃烧室的混合气只能够通过气门的开、闭来被动控制，对发动机工况变化的适应性差。采用缸内喷射方式，能够根据发动机工况随时调整空燃比，根据发动机工况采取不同的喷油方式，通过合理组织缸内的气体流动可以实现分层稀薄燃烧，有利于进一步降低发动机有害物排放和燃油消耗量。例如奥迪（大众）FSI技术便采用了两种不同的注油模式，即分层注油和均匀注油模式。发动机低速或中速运转时采用

25、分层注油模式。此时节气门为半开状态，空气由进气管进入汽缸，由于活塞顶部制作成特殊的形状，进入汽缸的空气在活塞顶部火花塞附近形成涡流。当压缩过程接近尾声时，少量的燃油由喷油器喷出，形成可燃混合气。此时在火花塞周围的混合气浓度较高，而燃烧室的其他地方则浓度较低，实现了分层燃烧。分层注油方式可以充分提高发动机的经济性。当节气门完全开启、发动机高速运转时，采用均匀注油模式。此时，大量空气高速进入汽缸形成较强涡流并与汽油均匀混合，从而促进燃油充分燃烧，实现了均匀燃烧，提高了发动机的动力输出。这样，ECU根据发动机工况改变注油模式，始终保持最适宜的供油方式，使燃油得到充分利用，提高了燃油经济性和发动机动力

26、性，降低了污染物排放。但是采用缸内喷射方式，为了布置喷油器，汽缸盖要重新设计，同时也增加了汽缸盖结构的复杂性，使制造成本增加。另外，采用缸内喷射方式，需要能耐高温、耐高压，动态响应速度快，可靠、寿命长的喷油器。目前，大众（VAG）、宝马（BMW）、奔驰（Mercedes-Benz）、通用（GM）以及丰田（Toyota Lexus）等公司已经开始使用缸内喷射系统。2进气管喷射系统进气管喷射系统（也称缸外喷射）的特点是：喷油器安装在进气总管或者进气歧管上，喷油器把汽油喷入进气总管或者进气歧管，喷入的汽油在进气管中与空气混合形成可燃混合气，在进气行程被吸入汽缸。采用进气管喷射方式时，喷油器不与高温高

27、压的燃气接触，并且发动机改动很小。对于进气管喷射系统，按喷油器的安装部位不同，又分为单点喷射系统和多点喷射系统。（1）单点喷射系统单点喷射系统（Single Point Fuel Injection System，缩写为SPFI或SPI）也称节气门体喷射或集中喷射系统，是指在多缸发动机节流阀体（即节气门体）的节气门上方安装一只或并列安装两只喷油器的燃油喷射系统。（2）多点喷射系统多点喷射系统（Multi-Point Fuel Injection System，缩写为MPFI或MPI）是指在发动机每个汽缸进气门前方的进气歧管上均设计安装一只喷油器的燃油喷射系统。多点喷射系统在发展过程中，曾经研制

28、出几种典型的基本型式，这几种型式可分为D型、L型、LH型和M型燃油喷射系统，它们代表着不同年代燃油喷射系统的设计思想和技术水平。其中D和L分别来源于德文的Druck（压力）和Luftmengen（空气流量）。LH型和M型是在L型基础上改进而成的多点喷射系统。二、按喷油器喷射方式分类按喷油器喷射方式分类，汽油机燃油喷射系统可以分为连续喷射系统和间歇喷射系统两种类型。1连续喷射系统连续喷射系统是指在发动机运行期间，喷油器连续不断地喷射燃油的燃油喷射系统。这种喷射方式不需要考虑喷油定时和各缸的喷油顺序，因此其控制非常简单，但混合气的均匀性、空燃比控制精度及过渡工况的响应特性都较差。连续喷射方式用在B

29、osch公司的机械控制汽油喷射系统（KJetronic系统）和机电结合式汽油喷射系统（KEJetronic系统）中。2间歇喷射系统间歇喷射系统是指在发动机运转期间，喷油器间歇喷射燃油的燃油喷射系统。目前，绝大多数电子控制燃油喷射系统都属于间歇喷射系统，如上海桑塔纳2000GSi、爱丽舍、夏利等轿车发动机。间歇喷射系统按照各缸喷油器的喷油时序不同，分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射三种方式。（1）同时喷射同时喷射是指各缸喷油器开始喷油和停止喷油的时刻完全相同。（2）分组喷射分组喷射是指把发动机所有汽缸分成2组（四缸机）或3组（六缸机），ECU用两个或三个控制电路控制各组喷油器。（3）顺序喷射顺序喷

30、射又称次序喷射，是指在发动机运行期间，喷油器按各缸的工作顺序，依次把汽油喷入各缸的进气歧管。第三节 燃油喷射电子控制系统的结构原理一、空气流量传感器作用：检测进入汽缸的空气流量。空气流量传感器将空气流量变为电信号输入ECU，ECU根据空气流量传感信号决定基本喷油量和点火时间。（一）空气流量传感器分类根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。“D”型来源于德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。装备“D”型传感器的系统称为“D”型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计

31、算吸入汽缸的空气量。“L”型来源于德文“Luftmengen（空气流量）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。汽车采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、涡流式）传感器和质量流量型（如热丝式和热膜式）传感器。（二）翼片式空气流量传感器1翼片式空气流量传感器的结构安装在空气滤清器与节气门之间的进气管路上翼片式空气流量传感器主要由翼片组件和电位计组件两部分组成。翼片组件和电位计组件是同轴结构，轴端有盘形回位弹簧。1）翼片组件由计量翼片和缓冲翼片构成。计量翼片转过的角度取决于空气流速和回位弹簧的预紧力矩，当进气的作用力与弹簧的回转力平衡时，计量翼片便稳定在某一角度。空气

32、流量传感器进气通道的旁边还有一个旁通气道。旁通气道的流通截面积可由一个CO调整螺钉进行调整。汽油泵开关设置在空气流量传感器内，由滑臂控制。2）电位计组件当翼片带动电位计转动时，电位计上的滑臂便在电阻片上滑动，使输出电阻变化。3）工作电路与接线插座图2-194）进气温度传感器图2-192翼片式空气流量传感器的工作原理电阻转变成ECU接收的电压信号的方法有两种（即空气流量信号的选择方法有两种）：方法一：如图所示。用（VCVS）/VB作为传感器的输出信号。采用（VCVS）/VB作为传感器的输出信号可以消除蓄电池电压VB的波动对测量结果的影响。方法二：如图所示。直接用传感器滑臂上的输出电压作为传感器的

33、输出信号电压。该电路中的电源电压由ECU的稳压电路提供。（三）涡流式空气流量传感器1涡流式空气流量传感器的测量原理在稳定的流体中放置一圆柱状物体后，在其下游的流体就会产生相互平行的两列涡旋，而且涡旋交替出现，这种物理现象叫卡尔曼涡流。流速与涡流频率之间具有如下关系：2涡流式空气流量传感器的分类根据涡流频率的检测方法不同，汽车用涡流式空气流量传感器分为光电式和超声波式两种类型。3光电检测涡流式空气流量传感器的结构原理如图2-23所示。光电式空气流量传感器主要由整流栅、涡流发生器、发光二极管、光敏晶体管、反射镜等组成。其中发光二极管、光敏晶体管、反射镜构成了涡流频率的检测器。4超声波检测涡流式空气

34、流量传感器的结构原理如图2-25所示。超声波式空气流量传感器主要由整流栅、涡流发生器、超声波发生器、超声波接收器、集成电路、进气温度传感器、大气压力传感器等组成。其中超声波发生器、超声波接收器、集成电路用于检测卡尔曼涡流的频率。设置旁通空气道的目的是为了调节传感器的气体流通截面积，以适应不同排量发动机的需要。当由发射器发射的超声波通过进气流到达到超声波接收器时，由于涡流的影响，使接收器接收到超声波信号的时间（即单个波的相位）和时间之差（即相邻波之间的相位差）发生变化，而且此时间和时间之差的变化与涡流频率成正比。集成电路据此可计算出涡流的频率。当进气流中没有涡流时，接收器接收到的超声波的相位、相

35、位差和发射器发射的超声波完全相同。当进气流中有涡流时，有的超声波由于受到涡流的加速作用而提前到达接收器，有的超声波由于受到涡流的减速作用而迟后到达接收器。每通过一个涡流，便出现一个超声波提前到达的、迟后到达的变化过程，集成电路根据这一变化输出一个脉冲波。特点：传感器输出的信号是与涡流频率同步的脉冲数字信号，其响应速度是空气流量传感器中最快的，几乎能同步反映空气流速的变化，因此特别适用于数字式计算机处理。这种传感器还具有测量精确度高、进气阻力小、无磨损等优点，但其价格高，因此只有少数高档轿车使用。另外，卡尔曼涡流式传感器测量的是体积，因此应根据进气温度和大气压力对其进行修正，所以使用卡尔曼涡流式

36、传感器的汽车上，均装配进气温度传感器和大气压力传感器。（四）热线式和热膜式空气流量传感器1热线式和热膜式空气流量传感器的结构1）热线式空气流量传感器的结构特点热线式空气流量传感器主要由热线铂丝电阻RH、温度补偿电阻RK（又叫冷线）、控制电路板（包括RA、RB两个固定电阻）、防护网以及空气流量传感器外壳等组成。传感器工作时控制电路将热线铂丝加热到高于进气温度100120，这也是将铂丝称为热线的原因。2）热膜式空气流量传感器的结构特点发热元件采用平面形铂金属薄膜电阻器。采用蒸发工艺沉积。2热线式和热膜式空气流量传感器的测量原理热线式空气流量传感器是利用空气流过热线时的冷却效应制成的。铂丝热线的电阻

37、值与其本身的温度成正比。在环境温度一定时，给惠斯通桥形电路供电，电桥会达到平衡。当有空气流过取样管中的铂丝热线时，进气会带走热线的热量，使其温度降低，热线的电阻值随即也降低，桥形电路的平衡被破坏。为重新达到平衡，使热线电阻恢复到原来数值，就必须增大电流，使热线温度提高。当空气流量大时，带走的热量就越多，热线电阻的变化就越大，为重新达到平衡所需增加的电流值也就越大。电流的变化又使固定电阻RA两端的电压U0发生变化，此变化的电压就是热线式空气流量传感器的传感信号。3温度补偿原理温度补偿电阻RK（也叫冷线），也安装在取样管内，其电阻值也随进气温度的变化而变化，从而抵消了环境温度对桥形电路平衡的影响。

38、发动机工作时，传感器中的控制电路调节作用在铂丝热线和温度补偿电阻上的加热电流（50120mA），使铂丝热线和温度补偿电阻上的温度之差始终保持在100120，也只有在此温度差时惠斯通桥形电路才能达到平衡。（五）空气流量传感器性能比较见表2-2二、进气歧管绝对压力传感器（一）功用与类型作用：把进气管内节气门后方的进气压力转换成电信号。发动机工作时，节气门后进气歧管内的绝对压力，反映了发动机的负荷状况，间接反映了发动机的进气量。该信号与转速信号输送到ECU后用于确定基本喷油量。分类：压阻效应式、电容式和电感式。（二）压阻效应式进气歧管绝对压力传感器1. 压阻效应单晶硅材料在受到应力作用后其电阻率发生

39、明显变化的现象称为压阻效应。优点：灵敏度高、尺寸小、成本低、动态响应和抗振性好2. 压阻效应式进气歧管绝对压力传感器的结构安装位置：直接安装在进气管上，固定在机舱内前围板上，固定在机舱一侧支架上组成：硅膜片、混合IC（集成电路）、真空室、壳体和线束插接器内部结构：硅膜片、真空室、硅杯、底座、真空管接头和引线电极等。硅膜片为压力转换元件，由单晶硅制成。硅膜片为边长3mm的正方形，其中部采用光刻腐蚀的方法制成一个直径为2mm、厚度约为50m的薄膜片。在薄膜片上，采用集成电路加工技术和台面扩散层（扩散硼）加工出4个阻值相等的应变电阻片，这4个应变电阻片利用低阻扩散层（P型扩散层）连接成惠斯通桥形电路

40、。惠斯通桥形电路的输出信号，再由混合集成电路中的温度补偿电路、信号放大电路和A/D（模拟/数字转换）电路处理后，输送给ECU。硅杯、壳体和底座构成的腔室为真空室，壳体的顶部设有排气孔，利用排气孔将该腔室抽真空后，再用锡焊密封排气孔，从而形成真空室。真空室为基准压力室，基准压力为0。3. 压阻效应式进气歧管绝对压力传感器的工作原理当接通点火开关时，惠斯通桥形电路便加上电源电压UCC。发动机不工作时，惠斯通桥形电路中4个应变电阻片的电阻相等，电桥平衡，电桥的输出电压U0为零。当发动机工作时，硅膜片在进气歧管内压力的作用下产生机械应变，进而产生应力，应变电阻片的阻值在硅膜片应力的作用下就会发生变化，

41、惠斯通电桥失去平衡，在电桥的输出端即得到输出电压U0。通过特殊加工，使4个电阻应变片处于特殊的位置，即在受到膜片拉应力的作用下，应变电阻R2、R4增加（即产生正向增量R），应变电阻R1、R3减小（即产生负向增量R）。如图2-19所示，当惠斯通桥形电路的电源电压为UCC时，电桥的输出电压U0为：U0=（R+R）UCC/（R+R）+（RR）（RR）UCC/（R+R）+（RR）= UCC（R/R）三、曲轴与凸轮轴位置传感器曲轴与凸轮轴位置传感器是电控汽油喷射系统中必不可少的传感器。当ECU控制喷油器喷油时，首先必须知道哪缸的活塞即将到达排气上止点；当ECU控制火花塞跳火时，首先必须知道哪缸的活塞即将

42、到达压缩上止点，然后再根据曲轴转角信号控制喷油和点火。（一）曲轴与凸轮轴位置传感器的功用与分类曲轴位置传感器CPS（Crankshaft Position Sensor）又称为发动机转速与曲轴转角传感器，其功用是采集曲轴转动角度和发动机转速信号，并将信号输入控制单元，进行点火控制和喷油控制。曲轴转动角度信号用于确定点火时刻和喷油时刻，发动机转速信号用于确定喷油量和点火提前角。凸轮轴位置传感器CPS(Camshaft Position Sensor)又称为汽缸判别传感器CIS(Cylinder Identification Sensor)和相位传感器，为了区别于曲轴位置传感器CPS，凸轮轴位置传

43、感器一般都用CIS表示。凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并将信号输入ECU，以便ECU识别1缸压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火控制和爆震控制。根据工作原理分类：电磁感应式、霍尔式和光电式（二）光电式曲轴与凸轮轴位置传感器1.结构特点图2-37所示，日产轿车光电式曲轴与凸轮轴位置传感器，该传感器安装在分电器内部，主要由发光二极管、光敏晶体管、信号盘（又称转盘）以及整形电路组成。2.工作原理发动机工作时，信号盘随着分电器轴同步旋转，信号盘上的缝隙便连续切断从发光二极管照向光敏晶体管的光束。当发光二极管发出的光线穿过信号盘上的缝隙照射到光敏晶体管上时，光敏晶体管导通；当发光二

44、极管发出的光线被信号盘遮挡住时，光敏晶体管截止。发动机每转过两圈，信号盘转过一周，在与细缝隙相对应的光敏晶体管上感应出360个脉冲电压信号，这就是曲轴位置传感器输出信号。信号盘转过一周的同时，也在与粗缝隙相对应的光敏晶体管上感应出6个脉冲电压信号，这就是凸轮轴位置传感器输出信号。设计安装保证每个脉冲信号产生在对应汽缸活塞的压缩行程，而且脉冲信号的下降沿还表示该活塞的瞬时位置是上止点前70°。6条粗缝中较宽的一条粗缝，其输出高电平宽度比其他5个脉冲宽，它除了向ECU提供活塞行程和位置信息外，还表示这些信息属于基准汽缸(1缸)。（三）磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器1基本结构与工作原理图2

45、-40所示。主要结构：转子（即触发齿轮）、永久磁铁、铁心、感应线圈发动机运转时，带动转子转动，磁路中的气隙便不断发生变化，穿过感应线圈的磁通量也不断变化，从而在感应线圈中感应出电信号。2桑塔纳与捷达轿车用磁感应式曲轴位置传感器如图2-43所示。曲轴位置传感器安装在曲轴箱内靠近飞轮一侧的缸体上，主要由信号发生器和信号转子组成。信号转子为齿盘式，在其圆周上均匀间隔地制作有58个凸齿、57个小齿缺和一个大齿缺。大齿缺输出基准信号，对应发动机汽缸1或汽缸4压缩上止点前一定角度。大齿缺所占的弧度相当于两个凸齿和三个小齿缺所占的弧度。3丰田轿车TCCS系统磁感应式曲轴与凸轮位置传感器图2-45所示。丰田公

46、司2JZ-GE六缸发动机电磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器。传感器装在分电器内部。传感器分上、下两部分。上部分由固定在分电器轴上的No.1正时转子和固定在分电器壳体内的G1、G2耦合线圈组成，G1、G2耦合线圈相隔180°安装，产生G信号；下部分由固定在分电器轴上的No.2正时转子和固定在分电器壳体内的Ne耦合线圈组成，产生Ne信号。Ne信号由等间隔24个轮齿的转子（No.2正时转子）和Ne耦合线圈产生分电器轴转过一圈（曲轴转两圈），G转子的凸缘便交替经过耦合线圈G1和G2，在两个耦合线圈各产生一个电脉冲信号。G1耦合线圈产生正向脉冲信号（下降沿）时表示第六缸处于压缩行程上止点前10&

47、#176;，G2耦合线圈产生正向脉冲信号（下降沿）时表示第一缸处于压缩行程上止点前10°。（四）霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器1霍尔式传感器的工作原理霍尔效应原理：把一个通有电流的霍尔半导体基片（即霍尔元件）放置在与电流方向垂直的磁场中时，在垂直于电流和磁场的方向上就会产生一个微量电压，我们把该电压称为霍尔电压。霍尔电压UH与通过的电流I和外加磁场的强度B成正比。霍尔式传感器有两个突出优点：一是输出电压信号近似于方波信号；二是输出电压高低与被测物体的转速无关。图2-49所示为工作原理。2桑塔纳与捷达轿车霍尔式凸轮轴位置传感器霍尔式凸轮轴位置传感器安装在配气凸轮轴的前端、配气凸轮轴同步带

48、轮腹板的背面。如图2-51所示。凸轮轴位置传感器由带有半周（180°）叶片的信号轮2和霍尔效应式信号发生器3组成。曲轴转两圈，配气凸轮轴转一圈，信号发生器输出各占360°曲轴转角的高、低电平信号。当高电平上升沿出现时，表示正在向上止点运动的是第1、4缸活塞，且1缸正在进行的是压缩行程，4缸为排气行程。由于相对安装位置的关系，判缸信号在时间上先于曲轴位置传感器的上止点信号。因此，ECU根据凸轮轴位置传感器产生的判缸信号、曲轴位置传感器产生上止点信号及曲轴转角时间基准和已经确定的各缸工作顺序，就可对喷油正时及喷油持续时间、点火正时及闭合角等进行控制。3切诺基吉普车霍尔式凸轮轴位

49、置传感器切诺基吉普车发动机控制系统的汽缸识别信号由霍尔式凸轮轴位置传感器提供，该传感器又称为同步信号传感器，安装在分电器内，主要由脉冲环（信号转子）、霍尔信号发生器组成。脉冲环上制有凸起的叶片，占180°分电器轴转角（相当于360°曲轴转角）。没有叶片的部分也占180°分电器轴转角。（五）差动霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器1差动霍尔式传感器的结构特点差动霍尔式传感器又称双霍尔式传感器，其基本工作原理与霍尔式传感器相同，传感器的输出电压由两个霍尔信号叠加而成。差动霍尔式传感器主要由带凸齿的信号转子和霍尔信号发生器组成，如图2-54所示。因为输出信号为叠加信号，所以在同

50、样的条件下增大了传感器的输出信号。这样，转子凸齿与信号发生器之间的气隙可以增大（一般增大到1mm±0.5mm，普通霍尔式传感器仅为0.2mm0.4mm），从而便可将信号转子设制成像电磁感应式传感器转子一样的齿盘式结构。其突出优点是信号转子便于安装。2切诺基吉普车差动霍尔式曲轴位置传感器切诺基吉普车2.5L（四缸）、4.0L（六缸）电子控制燃油喷射式发动机采用了差动霍尔电路的霍尔式曲轴位置传感器。2.5L四缸电子控制发动机的飞轮上制有8个齿缺，如图2-37a所示。8个齿缺分成两组，每4个齿缺为一组，两组之间相隔角度为180°，同一组中相邻两个齿缺之间间隔角度为20°

51、。4.0L六缸电子控制发动机的飞轮上制有12个齿缺，如图2-37b所示。12个齿缺分成三组，每4个齿缺为一组，相邻两组之间相隔角度为120°，同一组中相邻两个齿缺之间间隔角度也为20°。四缸发动机每转一圈产生两组共8个脉冲信号；六缸发动机每转一圈产生三组共12个脉冲信号。在每组信号输入ECU时，可以知道有两个汽缸的活塞即将到达上止点位置。在四缸发动机控制系统中，利用一组信号，ECU可知汽缸1、4活塞接近上止点；利用另一组信号可知汽缸2、3活塞接近上止点。四、节气门位置传感器（一）节气门位置传感器的功用与分类节气门位置传感器TPS（Throttle Position Sens

52、or）的作用是把汽油机运转过程中节气门开度转换成电压信号。该信号输入ECU后用于判别发动机工况（怠速工况、加速工况、减速工况、小负荷工况、大负荷工况等），并根据发动机不同工况对混合气浓度的需求来控制喷油时间。另外，在自动变速器汽车上，节气门位置传感器信号还用于确定变速器换挡时刻和变矩器锁止时刻。常见的节气门位置传感器有触点式、可变电阻式、触点与可变电阻结合式三种。（二）触点式节气门位置传感器1结构触点式节气门位置传感器由转盘、活动触点、怠速触点、全开触点（功率触点）等组成。2输出特性当节气门完全关闭时，活动触点与右侧的怠速触点接合，怠速触点处于闭合状态（即怠速触点ON），以此表示节气门完全关闭

53、，发动机处于怠速状态；当节气门开度大于50时，活动触点与全开触点接合，全开触点处于闭合状态（即全开触点ON），以此表示节气门开度大于50，发动机处于大负荷状态；当节气门开度小于50时，活动触点与两个固定触点都不接合，即怠速触点OFF，全开触点OFF，以此表示节气门开度较小，发动机处于中小负荷状态。（三）组合式节气门位置传感器1结构由滑动电刷、电阻片、怠速触点组成2输出特性当节气门关闭或开度小于1.2°时，怠速触点闭合，IDL输出低电平；当节气门开度大于1.2°时，怠速触点断开，IDL输出高电平。当节气门开度变化时，VTA与E2之间电压随之变化。五、温度传感器（一）温度传感器

54、的功用水温传感器的作用是把冷却水温度转换为电信号，用于修正喷油量和修正点火提前角。进气温度传感器的作用是把进气温度转换为电信号输入ECU，用于修正喷油量。（二）温度传感器分类1按结构与物理性能分类分为热敏电阻式、双金属片式、热敏铁氧体式、蜡式等。双金属片式和蜡式温度传感器属于结构型传感器，热敏电阻式和热敏铁氧体式温度传感器属于物性（物理性能）型传感器。现代汽车广泛采用热敏电阻式温度传感器。2按检测对象分类分为冷却液温度、进气温度、排气温度、燃油温度、空调温度传感器（三）热敏电阻式温度传感器根据特性不同，热敏电阻可分为正温度系数（PTC）热敏电阻、负温度系数（NTC）热敏电阻、临界温度热敏电阻（

55、CTR）。1结构主要元件是负温度系数的热敏电阻。热敏电阻是用半导体材料掺入适量金属氧化物，在1000下烧结而成的。加工热敏电阻时，掺入的金属氧化物的比例及烧结温度不同，得到的热敏电阻的特性也不同。用于测量水温、进气温度的热敏电阻的工作温度范围是30130，而用于测量排气温度的热敏电阻的工作温度范围是6001000。2特性与电路热敏电阻的特性是：水温越低，电阻越大，水温越高，电阻越小。电路：图2-64（四）热敏铁氧体式温度传感器热敏铁氧体材料的物理性能：磁性随变化而变化的磁性材料。当环境温度低于临界温度时，热敏铁氧体材料可以被磁化成一个强磁体；当环境温度高于临界温度时，热敏铁氧体材料变成导磁性较

56、弱的物体。1结构图2-652工作原理当环境温度低于临界温度时，热敏铁氧体材料可以被磁化成一个强磁体，笛簧开关的触点由于磁化而闭合；当环境温度高于临界温度时，热敏铁氧体材料磁性消失，磁阻大大增加，两触点臂内磁通方向一致，产生斥力而断开。六、开关控制信号开关量信号是表示发动机处于某种状态的定性参数，以是或否的方式传输到ECU。（一）蓄电池电压信号蓄电池电压变化时，对喷油持续时间、点火闭合角进行修正。（二）点火开关信号点火开关接通时，ECU控制进行预动作。（三）起动信号向ECU提供起动机电路接通工作的信号。（四）空挡起动开关信号空挡起动开关信号NSW又称停车/空挡开关，是表示自动变速器挡位选择开关所

57、处位置的信号。在装有自动变速器（A/T）汽车车上，空挡起动开关只有处于P或N位时才能起动发动机。（五）空调开关信号空调开关信号A/C是表示空调压缩机是否进入工作状态的信号。当发动机处于怠速工况时，ECU根据空调压缩机是否工作来调整发动机怠速转速。七、电控单元发动机ECU是发动机电子控制系统的中枢，其作用是由内存的程序对传感器输入的信号进行处理、分析、运算、判断，然后向执行器输出控制指令，控制执行器的工作，使发动机按预定的工况工作。发动机ECU主要由输入回路（包括模拟/数字转换器）、单片微型计算机、输出回路等组成，由于单片微型计算机是ECU的主要组成，因此人们常把发动机ECU称作ECU或微处理机。（一）输入回路输入回路的作用是对输入信号进行预处理。其预处理的主要内容是先将传感器输入信号中的杂波去除掉、