汽车发动机电控技术概述

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AFM=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【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内部电路进气量↑→电压信号↑个别车型也有电压信号降低的。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。图3-1量量芯芯式式空空气气流流量量传传感感器器的的结结构构a））外外形形图图b））内内部部结结构构图3-2量芯芯式式空空气气流流量量传传感感器器原原理理电电路路四、、涡涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器是是根根据据卡卡尔尔曼曼涡涡流流理理论论，，利利用用超超声声波波或或光光电电信信号号通通过过检检测测漩漩涡涡频频率率来来测测量量空空气气流流量量的的一一种种传传感感器器。。在气气流流通通道道中中放放一一个个柱柱体体，，气气体体通通过过时时在在柱柱体体后后产产生生许许多多涡涡旋旋。。按其其检检测测方方式式，，分分为为光电电检检测测涡涡流流式式和超声声波波检检测测涡涡流流式式两种种类类型型。。光电电检检测测涡涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器光电电检检测测涡涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器超声声波波检检测测涡涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器超声声波波检检测测涡涡流流式式空空气气流流量量传传感感器器超声声波波检检测测式式空空气气流流量量传传感感器器电电路路及及其其检检测测【信信号号类类型型】】频率率信信号号进气量↑→输出信号号频率↑，信号的的占空比比也发生生相应的的变化。。检测：用吹风机机模拟进进气，测测量在不不同进气气量条件件下，传传感器的的输出信信号的频频率，看看传感器器的信号号输出频频率是否否满足要要求。点火开关关转至ON位置，检检测VC与E2间电压应应为5V，KS与E2间电压应应为2～4V。空气流量量计ECU凌志LS400空气流流量计电电路【分类】】按测量元元件形式式分：热丝式和热膜式。热线式空空气流量量计按测测量位置置分：主流测量量方式、旁通测量量方式。热丝式：：测量元件件为铂丝丝热线，，热线缠缠绕在陶陶瓷管上上；热膜式：：测量元件件镀在陶陶瓷片上上，称为为热膜；；主流测量量式：将热线电电阻安装装在主进进气道中中；旁通测量量式：将热线安安装在旁旁通气道道中。【信号类类型】电压信号号，也有有频率信信号进气量↑→信号电压压↑进气量↑→信号频率率↑五、热丝丝式与热热膜式空空气流量量传感器器主流测量量方式热热丝式空空气流量量传感器器旁通测量量方式热热丝式空空气流量量传感器器热丝式空空气流量量计电路路及其检检测热线式空空气流量量计都有有自洁功能能：发动机机转速超超过1500r/min，关关闭点火火开关使使发动机机熄火后后，控制制系统自自动将热热线加热热到1000℃℃以上并并保持约约1s，，使附在在热线上上的粉尘尘烧掉。。检修（检查相相应端子子之间的的电压））：点火开关关接通时时，电源源端子与与搭铁端端子之间间电压应应为蓄电电池电压压。信号端子子与搭铁铁端子之之间的电电压，发发动机不不工作时时为2~4V，发动机机工作时时为1.0~1.5V。空气流量量计ECCS热膜式空空气流量量传感器器本节主要要内容：：曲轴位置置传感器器的功用用与类型型光电式曲曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器磁感应式式曲轴与与凸轮轴轴位置传传感器霍尔式曲曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器差动霍尔尔式曲轴轴位置传传感器第二节曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器【功用】】凸轮轴位位置传感感器CMPS（=CamshaftPositionSensor）：：又称为为上止点点传感器器、霍尔尔传感器器等。用用于给ECU提供曲曲轴转角角基准位位置（第第一缸压压缩上止止点）信信号，作作为燃油油喷射控控制和点点火控制制的主控控信号。。曲轴位置置传感器器CKPS（=CrankshaftPositionSensor）：又称称转速传传感器，，检测曲曲轴转角角位移，，给ECU提供供发动机机转速信信号和曲曲轴转角角信号，，作为燃燃油喷射射和点火火控制的的主控信信号。【安装位位置】曲轴、凸凸轮轴、、飞轮或或分电器器处。两两传感器器有安装装在一起起的，也也有分开开安装的的【分类】】光电式、磁感应式式、霍尔式和差动霍尔尔式。一、曲轴轴与凸轮轮轴位置置位置传传感器的的功用与与类型【信号类类型】频率信号号发动机转转速↑→信号频率率↑→信号振幅幅不变二、光电电式曲轴轴与凸轮轮轴位置置传感器器光电式曲曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器电路路及其检检测检测：点火开关关转至ON位，检测测电脑侧侧1和2端子间电电压为12V，给传感感器施加加12V电压，正正在信号号输出端端子3和4与1之间接上上电流表表，转动动转子一一圈，两两个电流流表应分分别摆动动1次和4次，电流流应约为为1mA。光电式曲曲轴和凸凸轮轴位位置传感感器电路路曲轴位置传感器ECU感应线圈正时转子磁铁(永久磁铁)NSNSNS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【信号类类型】频率信号号发动机转转速↑→信号频率率↑→信号振幅幅↑三、磁感感应式曲曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器磁感应式式曲轴与与凸轮轴轴位置传传感器：：丰田车车Ne信号号：检测曲曲轴转角角位置及及发动机机转速的的信号。。G信号：用于辨辨别气缸缸及检测测活塞上上止点位位置。磁感应式式曲轴与与凸轮轴轴位置传传感器电电路及其其检测检测：检查感应应线圈的的电阻，，冷态下下的G1和G2感应线圈圈电阻应应为125～～200Ω，Ne感应线圈圈电阻应应为155～～250Ω。电磁式凸凸轮轴/曲轴位位置传感感器电路路传感器ECUG1,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磁感应式式曲轴与与凸轮轴轴位置传传感器：：大众车车磁感应式式曲轴与与凸轮轴轴位置传传感器：：本田车车信号轮四、霍尔尔式曲轴轴与凸轮轮轴位置置传感器器霍尔式曲曲轴与凸凸轮轴位位置传感感器电路路及其检检测【信号类类型】频率信号号发动机转转速↑→信号频率率↑→信号振幅幅不变检测点火开关关转至ON位。检测A、C之间的电电压应为为8V。B、C间输出的的信号电电压应为为5V到0V交替变化化。霍尔式传传感器电电路同步信号电源搭铁传感器ECU五、差动动霍尔式式曲轴位位置传感感器差动霍尔尔式传感感器又称称为双霍霍尔式传传感器，，如图3-3a)所示示，有带带凸轮轴轴的信号号转子和和霍尔式式信号发发生器组组成。根据霍尔尔式传感感器的工工作原理理，当发发动机飞飞轮上的的齿缺与与凸齿转转过差动动霍尔两两个探头头时，齿齿缺或凸凸齿与霍霍尔探头头之间的的气隙就就会发生生变化，，磁通量量随之变变化，在在传感器器的霍尔尔元件中中就会发发生交变变电压信信号，如如图3-3b））所示，，其输出出电压由由两个霍霍尔信号号电压叠叠加而成成。其突突出优点点是信号号转子便便于安装装。在汽汽车上，，一般将将凸齿转转子设装装在发动动机曲轴轴上或将将发动机机飞轮作作为传感感器的信信号转子子。图3-3差差动霍霍尔式式传感感器结结构原原理a）基基本结结构b））输出出波形形【作用用】在D型型电控控燃油油喷射射系统统中，，由进进气管管绝对对压力力传感感器测测量进进气管管压力力，并并将信信号输输入ECU，作作为燃燃油喷喷射和和点火火控制制的主主控制制信号号。【安装装位置置】靠近进进气歧歧管的的发动动机室室内。。【分类类】按其检检测原原理分分压敏电电阻式式、电容式式等。【信号号类型型】压敏电电阻式式为电压信信号，，电容容式的的为频频率信信号。。第三节节压压力力传感感器进气管管绝对对压力力传感感器：：压敏敏电阻阻式构构造进气歧歧管压压力↑→输出电电压↑怠速运运转时时约1.25V，节气气门全全开时时约5V。进气管管绝对对压力力传感感器电电路及及其检检测ECU通过过VCC端端子给给传感感器提提供标标准5V电电压，，传感感器信信号经经端子子PIM输输送给给ECU，，E2为搭搭铁端端子。。检测：：点火开开关转转至ON位位，测测量VCC与E2之之间电电压应应为5V。拆下传传感器器连接接真空空软管管，用用手动动真空空枪给给传感感器施施加真真空度度，PIM与E2之之间电电压应应随真真空度度增加加而下下降。皇冠3.0轿车车IMAPS电电路ECU进气管管绝对对压力力传感感器进气压力（MPa）PIM输出电压（V）0.020.1013TPS=ThrottlePositionSensor【作用用】检测节节气门门的开开度及及开度度变化化，此此信号号输入入ECU，，控制制燃油油喷射射及其其他辅辅助控控制。。【安装装位置置】在节气气门轴轴上。。【分类类】开关式式、线线性式式【信号号类型型】电压节气门门开度度增大大，信信号电电压升升高。。第四节节节节气气门位位置传传感器器线性式式节气气门位位置传传感器器检修：：检查输输出信信号电电压，，节气气门全全关时时应约约为0.5V，随节节气门门开度度增大大输出出信号号电压压增加加，节节气门门全开开时应应约为为5V。氧传感感器是是排气气氧传传感器器EGO（（ExhaustGasOxygenSensor））的简简称，，其功功用是是通过过监测测排气气中氧氧离子子的含含量获获得混混合气气的空空燃比比信号号，并并将该该信号号转变变为电电信号号输入入ECU。。ECU根根据氧氧传感感器信信号，，对喷喷油时时间进进行修修正，，实现现空燃燃比反反馈控控制（（闭环环控制制），，从而而将过过量空空气系系数（（λ））控制制在0.98-1.02之间间的范范围内内（空空燃比比A/F约约为14.7）），使使发动动机得得到最最佳浓浓度的的混合合气，，从而而达到到降低低有害害气体体的排排放量量和节节约燃燃油之之目的的。第五节节氧氧传传感器器一、氧氧传感感器的的功用用汽车发发动机机燃油油喷射射系统统采用用的氧氧传感感器分分为氧氧化锆锆（ZrO2）式和和氧化化钛（（TiO2）式两两种类类型，，氧化化锆式式氧又又分为为加热热型与与非加加热型型氧传传感器器两种种，氧氧化钛钛式一一般都都为加加热型型传感感器。。二、氧氧传感感器的的类型型三、氧氧化锆锆式氧氧传感感器氧化锆锆式氧氧传感感器的的结构构如图图3-4所所示，，主要要又钢钢质护护管、、钢质质壳体体、锆锆管、、加热热元件件、电电极引引线、、防水水护套套和线线束插插头等等组成成。图3-4氧氧化锆锆式氧氧传感感器结结构1-钢钢制护护管2-排排气3-客客体4-防防水护护套5-电电极引引线6-陶瓷瓷加热热元件件7-排气气管8-氧氧化锆锆固体体电解解质陶陶瓷管管9-加加热元元件电电源端端子10-加热热元件件搭铁铁端子子11-信信号输输出端端子氧传感感器的的工作作特性性如图图3-4所所示。。当供供给发发动机机的可可燃混混合气气较浓浓（即即空燃燃比A/F小于于14.7或过过量空空气系系数小小于1）时时，排排气中中氧离离子含含量较较少、、一氧氧化碳碳（CO））浓度度较大大。在在锆管管外表表面催催化剂剂铂的的催化化作用用下，，氧离离子几几乎全全部都都与CO发发生氧氧化反反应生生成二二氧化化碳（（CO2）气体体，使使外表表上氧氧离子子浓度度为零零。由由于锆锆管内内表面面与大大气相相通，，氧离离子浓浓度很很大，，因此此锆管管内、、外表表面之之间的的氧离离子浓浓度差差较大大，两两个铂铂电极极之间间的电电位差差较高高，约约0.9V。当供给给发动动机的的可燃燃混合合气较较稀（（即空空燃比比A/F大大于14.7或或过量量空气气系数数大于于1））时，，排气气中氧氧离子子含量量较多多、CO浓浓度较较小，，即使使CO全部部都与与氧离离子产产生化化学反反应，，锆管管外表表面上上还是是有多多余的的氧离离子存存在。。因此此，锆锆管内内、外外表面面之间间氧离离子的的浓度度差较较小，，两个个铂电电极之之间的的电位位差较较低，，约0.1V。。图3-5氧氧传感感器工工作特特性a））气体体浓度度与电电压的的关系系b））传感感元件件温度度与电电压的的关系系1-传传感器器的电电动势势2-一氧氧化碳碳浓度度3-无无铂电电极时时的电电动势势4-氧离离子浓浓度二氧化化钛（（TiO2）属于于N型型半导导体材材料，，其阻阻值大大小取取决于于材料料温度度以及及周围围环境境中氧氧离子子的浓浓度，，因此此可以以用来来检测测排气气中的的氧离离子浓浓度。。当发动动机混混合气气稀（（过量量空气气系数数大于于1））时，，排气气中氧氧离子子含量量较多多，传传感元元件周周围的的氧离离子浓浓度较较大，，二氧氧化钛钛呈现现低阻阻状态态。当当发动动机的的可燃燃混合合气浓浓（过过量空空气系系数小小于1）时时，由由于燃燃烧不不完全全，排排气中中会剩剩余一一定的的氧气气，传传感元元件周周围的的氧离离子很很少，，在催催化剂剂铂的的催化化作用用下，，使剩剩余氧氧离子子与排排气中中的一一氧化化碳CO产产生化化学反反应，，产生生二氧氧化碳碳CO2，将排排气中中的氧氧离子子进一一步消消耗掉掉，二二氧化化碳呈呈现高高阻状状态，，从而而大大大提高高了传传感器器的灵灵敏度度。四、氧氧化钛钛式氧氧传感感器氧传感感器失失效的的主要要原因因是传传感元元件老老化和和中毒毒。氧氧传感感器老老化的的主要要原因因是传传感元元件局局部表表面温温度过过高。。氧传传感器器的传传感元元件受受到污污染而而失效效的现现象称称为中中毒。。氧传传感器器主要要中毒毒是指指铅（（Pb）、、硅（（Si）中中毒和和磷（（P））中毒毒。五、氧氧传感感器的的使用用六、氧氧传感感器的的检修修检修氧氧传感感器主主要是是检查查加热热元件件和信信号电电压变变化频频率是是否正正常。。检测测氧传传感器器信号号电压压变化化的频频率时时，高高、低低电平平之间间变化化应不不低于于10次/min。。【功用】给ECU提提供进气温温度信号，，作为燃油油喷射和点点火正时控控制的修正正信号。【安装位置置】D型：空气气滤清器内内或进气管管内；L型：空气气流量计内内【工作原理理】常采用负温度系数数的热敏电阻阻。负温度系数数：温度升升高，电阻阻下降。进气温度↑→传感器电阻阻值↓→信号电压THA↓进气温度↓→传感器电阻阻值↑→信号电压THA↑第六节温温度传感感器进气温度传传感器构造造、电路及及其检测在ECU中中有一标准准电阻与传传感器的热热敏电阻串串联，并由由ECU提提供标准电电压，E2端子通过过E1端子子搭铁。检测：拆下传感器器放入热水水中，检查查其特性。。如丰田车：－－20℃时电阻4～7kΩΩ，20℃时电阻2～3kΩΩ，40℃时电阻900～1300ΩΩ，60℃时电阻400～700Ω，80℃时电阻200～400Ω。传感器ECU热敏电阻冷却液温度度传感器【功用】给ECU提提供发动机机冷却液温温度信号，，作为燃油油喷射和点点火正时控控制修正信信号。【安装位置置】汽缸体水道道上或冷却却液出口处处。【工作原理理】与进气温度度传感器相相同。【信号类型型】电压信号THW发动机温度度↑→传感器电阻阻值↓→信号电压THW↓发动机温温度↓→传感器电电阻值↑→信号电压压THW↑冷却液温温度传感感器构造造、电路路及其检检测测量不同同温度条条件下发发动机冷冷却液温温度传感感器的输输出电压压，观察察电压是是否满足足其特性性曲线。。传感器热敏电阻ECU传感器电电阻特性性曲线电阻（kΩ）水温（℃）在发动机机电子控控制系统统中，当当点火时时刻采用用闭环控控制时，，就能有有效地抑抑制发动动机产生生爆震。。爆震传传感器DS（DetonationSensor）是是点火时时刻闭环环控制必必不可少少的重要要部件，，其功用用是将发发动机爆爆震信号号转换为为电信号号传递给给ECU，ECU根据据爆震信信号对点点火提前前角进行行修正，，从而使使点火提提前角保保持最佳佳。按检测缸缸体振动动频率的的检测方方式不同同，爆震震传感器器分为共共振型与与非共振振型两种种，传感感器安装装在发动动机缸体体侧面。。按结构分分为压电电式和磁磁致伸缩缩是两种种。第七节爆爆震震传感器器一、爆震震传感器器的功用用与类型型压电元件件制成垫垫圈形状状，在其其两个侧侧面上制制作有金金属垫圈圈作为电电极，并并用导线线引到接接线插座座上。惯惯性配重重与压电电元件以以及压电电元件与与传感器器套筒之之间安放放有绝缘缘垫圈，，套筒中中心制作作有螺孔孔，传感感器用螺螺栓安装装固定在在发动机机缸体上上，调整整螺栓的的拧紧力力矩便可可调整传传感器的的输出电电压二、压电电式爆震震传感器器三、磁致致伸缩式式爆震传传感器四四、、压力检检测式爆爆震传感感器五五、爆爆震传感感器检修修蓄电池既既是整车车电器设设备的电电源，也也是各种种控制ECU的的电源。。蓄电池池电压信信号输入入ECU的主要要目的是是：当蓄电池池电压变变化时，，ECU将对喷喷油持续续时间进进行修正正。电压压升高时时，减少少喷油时时间；电电压降低低时，增增加喷油油时间。。当蓄电池池电压变变化时，，ECU将对点点火线圈圈初级电电路接通通时间进进行修正正。电压压升高时时，减少少接通时时间；电电压降低低时，增增加接通通时间。。发动机停停止工作作时，蓄蓄电池