《汽车发动机电控技术》第二章汽油机电控进气系统

汽车发动机电控技术第2章汽油机电控进气系统

4/29/2024第2章汽油机电控进气系统教学目标了解汽车电控进气系统的类型与根本组成；掌握空气流量传感器的分类与工作原理；掌握各种传感器的检测方法；

掌握进气温度传感器的工作原理与检测方法；了解机械式节气门位体及其传感器；

掌握半机械式节气门体与电子节气门体的结构与检测方法。4/29/2024教学内容汽油机电控进气系统概述；

空气流量传感器的类型、工作原理和检测；

进气温度传感器的工作原理与检测；节气门位置传感器的类型、工作原理和检测；电控进气系统的故障案例。

4/29/2024教学重点空气流量传感器的结构与工作原理；进气温度传感器的结构与工作原理；机械节气门体结构及其位置传感器的工作原理；半机械式节气门体结构及其位置传感器的工作原理；电子节气门体的结构及工作原理。4/29/2024教学难点

空气流量传感器、进气温度传感器、机械式节气门位置传感器及电子节气门位置传感器的检测方法。教学方法讲授、课件、视频与实物教学时数12学时4/29/2024L型空气供给系统的结构与组成2.1汽油机电控进气系统概述4/29/2024D型空气供给系统的结构与组成4/29/20242.2空气流量传感器的类型、工作原理和检测2.2.1叶片式空气流量传感器

1.叶片式流量传感器的结构组成1-进气温度传感器2-电动燃油泵控制触点〔动触点〕3-回位弹簧4-电位计5-导线连接器〔接插器〕6-一氧化碳调节螺钉7-旋转测量叶片8-电动燃油泵静触点电位计处4/29/20241-空气2-进气温度传感器3-阀门4-缓冲室5-缓冲片6-测量片7-空气主气道8-旁通道叶片处叶片式空气流量传感器旋转测量叶片结构4/29/20242.叶片式流量传感器的工作原理

测量叶片6随空气的进入而偏转，带动其上的电位计，由于电位计的移动，在相应电路上产生电压的变化，将此变化的电压输入到发动机控制单元ECU中，从而获得发动机进气量的信号。4/29/20243.叶片式空气流量传感器的检测方法与标准值端子名称THAVSVCVBE2FCE1作用温度信号电压流量信号电压基准电压电源电压接地油泵开关接地4/29/2024PREVIA2TZ-FE发动机叶片式空气流量传感器的检测4/29/2024传感器各端子间的电阻值(丰田PREVIA)

4/29/2024传感器标准信号电压值

(丰田PREVIA)

4/29/2024叶片式空气流量传感器与ECU之间的连接

4/29/2024小结主要内容本节主要介绍了叶片式空气流量传感器的类型、结构组成、工作原理与检测方法。在当前的汽车发动机上此种传感器应用越来越少。使用此种传感器的现保有的车辆仍占有一定的数目。4/29/20242.2.2卡门旋涡式空气流量传感器1.卡门旋涡式空气流量传感器的类型光学检测方式超声波检测方式4/29/20242.卡门旋涡式空气流量传感器的工作原理空气流经进气道时，在涡流发生器的特殊结构作用下，涡流发生器后部产生有规律的卡门旋涡，此旋涡的产生引起周围的空气压力发生变化，由于涡旋是按进气的一定频率产生的，因此，周围压力的变化也是有一定频率的，变化的压力经导压孔引向金属膜制成的反光镜使反光镜产生振动，其振动频率与涡流发生的频率相等，而涡流发生器的涡流发生频率与空气流速成正比；反光镜再将发光二极管投射的光反射给光电管(光敏晶体管)，通过光电管检测到涡流发生的频率，并传向ECU，ECU那么根据此信号确定发动机的实际进气量。4/29/2024超声波式卡门旋涡空气流量传感器的工作原理

空气流经涡流发生器时，在涡流发生器后部产生卡门旋涡，引起压力变化，变化的压力空气经过超声波发射探头与超声波接收探头之间时，产生空气密度的改变。超声波发射探头不断地接收超声波信号发生器输送来的超声波信号，并将其转换成机械波。超声波接收探头安装在发射探头正对面，它利用压电效应将接收到的机械波转换成电信号输送给转换电路。因卡门旋涡对空气密度的影响，就会使机械波从发射探头传到接收探头的时间产生相位差。转换电路对此相位信号进行处理，就可得到与涡流发生的频率成正比的脉冲信号，ECU获得此信号，就可计算出进入汽缸内的体积空气量，并进一步换算成相应的空气质量。4/29/20243.卡门旋涡式空气流量传感器的检测静态检测：电阻检测动态检测：电压检测1UZ–FE发动机涡流式空气流量传感器4/29/2024空气流量传感器电阻标准值

4/29/20242.2.3热线式空气流量传感器1.热线式空气流量传感器的类型与结构1-防护网2-取样管3-铂金热线4-温度补偿电阻(冷线)5-控制电路6-连接器4/29/20242.热线式空气流量传感器的工作原理热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，热线式空气流量传感器中是始终保证热线与冷线〔温度补偿电阻〕之间的差值在100℃～200℃之间的某一个数值上。当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，那么减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数。4/29/2024相对于叶片式和卡门旋涡式空气流量计特点结构简单进气阻力小温度响应快无需进行进气温度和压力修正所以应用越来越广泛！

4/29/2024热线式空气流量传感器的检测〔日产VG30E型发动机〕就车检测单件检测4/29/2024就车检测发动机没有起动时，电压应低于0.5V；怠速热机后，电压应为1.0V～1.3V；当发动机的转速到达3000r／min时，输出电压应为1.8V～2.0V。4/29/2024单件检测空气流量传感器输出信号的检查点火开关位于“OFF”位置，拔下空气流量传感器的导线连接器，从发动机上拆下空气流量传感器，观察空气流量传感器内的热线有无断丝或脏污现象，扩网有无堵塞或破裂，如有异常，应更换该空气流量传感器。将蓄电池电压施加于空气流量计的端子D和E之间(注意电源极性应正确，D接负极，E接正极)，然后用万用表电压档测量端子B相D之间的电压，其标准电压值为1.6V±0.5V(1.1V～2.1V)，如其电压值不符，那么须更换空气流量传感器。用小的电风扇给空气流量传感器的进风口吹风，同时用万用表电压档测量端子B和D之间的电压。在吹风的时候其电压值应上升至2V～4V。同时，信号电压应随风量的大小变化而灵敏地变化。

4/29/20242.2.4热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器结构

工作原理同热线式空气流量传感器4/29/2024热膜式空气流量传感器的检测

捷达五气阀电喷发动机轿车热膜式空气流量传感器

ECU(J220)上的端子11为电源线(+5V)；端子12为信号负极线；端子13为信号正极线。4/29/2024〔1〕检查附加熔断器(30A)是否良好。然后用发光二极管试灯连接流量传感器端子2和搭铁点，起动发动机，此时应有蓄电池电压，试灯点亮。〔2〕假设试灯不亮，应检查熔断器至空气流量传感器端子2之间的线路是否良好，假设正常，应检查燃油泵继电器。〔3〕假设试灯亮，那么检查流量传感器端子4在点火开关翻开时有无5V电压。假设没有5V电压，那么检查流量计至ECU之间的线路是否正常，假设线路正常，那么发动机ECU有故障。假设有5V电压，那么空气流量传感器有故障，应予以更换。〔4〕点火开关关闭，将插线连接器拔下，用万用表电阻挡测量，“3”脚与车身搭铁间应为0Ω(搭铁脚)。〔5〕用万用表电压挡测量“5”脚与“3”脚间的电压，发动机怠速时约1.4V，随着转速的升高，电压升高，最高转速对应的电压约为2.5V，否那么该流量传感器应更换。如发动机不能加速，应拆下空气滤清器，从流量传感器的进气口吹风，风速越高，“5”脚与“3”脚间的电压越高，否那么应更换该流量传感器。〔6〕当空气流量传感器处有故障时，使用解码器，可调出故障码00553，故障可能是空气流量传感器G70信号太小或太大、或者G70不可靠，进行相关检测。进行数据流读取时，发动机在怠速运转的情况下，进入到数据组02，检查进气质量参数，标准值应在2.0～4.0g/s。〔7〕输出信号波形的检测。4/29/2024起动发动机，并使其怠速运转，怠速稳定后，检查怠速输出信号电压做加速和减速试验。①将发动机转速从怠速增至节气门全开，持续2s。②减速到怠速状况，持续约2s。③急加速至节气门全开，然后再降到怠速。④定住波形，观察空气流量传感器波形。

4/29/20242.3进气温度传感器的工作原理与检测1.进气温度传感器的结构在传感器内部加装一个负温度系统的半导体热敏电阻，外部那么用环氧树脂材料进行密封。4/29/20242.进气温度传感器的工作原理进气温度传感器内部的负温度系统热敏电阻的阻值会随着外界温度的大小而改变。外界温度越高，电阻值变得越小，也就是负温度系统热敏电阻的阻值的大小与外界温度的上下成反比，且近似成线性变化。在ECU中有一个标准电阻与传感器的热敏电阻串联，并由ECU提供5V的标准电压，E2端子通过ECU中的E1端子搭铁。当热敏电阻随进气温度变化时，ECU通过THA端子测得的分压电位值也随之变化，ECU根据此分压值判断进气的温度。进气温度传感器与ECU之间的连接电路〔见图〕4/29/2024进气温度传感器与ECU之间的连接电路4/29/20243.进气温度传感器的检测进气温度传感器出现故障时的发动机现象：不易起动怠还不稳尾气排放超标出现上述现象时，可进行检测：电阻检测

输出信号电压值检测

波形检测4/29/2024电阻检测：单件检查时，点火开关置于OFF位置，拔下进气温度传感器导线连接器，并将传感器拆下；用电热吹风器、红外线灯或热水加热进气温度传感器；用万用表欧姆档测量在不同温度下两端子间的电阻值，将测得的电阻值与标准数值进行比较。如果与标准值不符，那么应更换传感器。输出信号电压值检测：当点火开关置于0N位置时，丰田皇冠3.02JZ-GE型发动机ECU的THA端子与E2端子间，或进气温度传感器连接器THA与E2端子间的电压值在20℃时应为0.5～3.4V，80℃时应为0.2～1.OV。4/29/2024

起动发动机加速至2500r／min，稳住转速看示波器屏幕上波形从左端开始直到右端结束，示波器上横轴每格5s，一次总共记录传感器工作时间为50s，将屏幕上的波形定住，停止测试。

4/29/20242.4节气门位置传感器的类型、工作原理和检测2.4.1机械式节气门体及其位置传感器1.开关式节气门位置传感器〔1〕开关式节气门位置传感器的结构与工作原理。

4/29/2024〔2〕开关型节气门位置传感器的检测。电源电压检查输出信号电压检查端子电阻检查4/29/2024用万用表电压档测量线束插接器中TL端子的电源电压，应为蓄电池电压12V，否那么应检查线路是否断路。检查时，传感器应正常连接，接通点火开关，输出的信号电压应为高电平或低电平，并且随节气门轴的转动而交替变化(由低电平“0”变为高电平“l”或由高电平“1”变为低电平“0”)。检查怠速端子电阻。拔下传感器接线插头，用万用表的电阻档测量怠速端子(IDL)与可动端子(TL)之间的电阻，其电阻值应为0Ω。转动节气门轴在40°左右，其电阻值应为∞。检查功率端子电阻。拔下传感器接线插头，用万用表的电阻档测量传感器的功率端子(PSW)与可动端子(TL)之间的电阻值，其电阻值应为∞。转动节气门轴约55°以上，电阻值应变为0Ω。4/29/2024开关型节气门传感器标准电阻与电压数值4/29/20242.普通线性节气门位置传感器〔1〕工作原理。控制电路与原理IDL-怠速触点VC-工作电压VTA-节气门位置信号E2-接地4/29/2024〔2〕检测。检查传感器电阻检查传感器线束检查电源电压和信号电压4/29/2024首先拔下传感器线束插头，用万用表检测信号输出端子“VTA”与搭铁端子“E”之间的阻值。当止动螺钉与挡杆之间的间隙为零时，也就是传感器处于初始状态时，阻值应为0.2～6kΩ；当节气门全开时，阻值应为1.5～3kΩ。检测传感器电源端子“Vc”与搭铁端子“E”之间的阻值应为1～10kΩ。当用万用表电阻档检测线束电阻时，断开点火开关，拔下电控单元和传感器线束插头，检测两插头上相应端子之间的导线电阻值应当小于0.5Ω。如阻值偏差过大或为∞，说明线束与端子接触不良或断路，应进行相应的修理。接通点火开关，用万用表直流电压档检测传感器的电源电压应为5.0V。当节气门关闭时，检测传感器的信号电压应为0.5～1.0V；当节气门开度逐渐增大时，信号电压应随之升高；当节气门全开时，信号电压应为4.0～4.8V。如检测结果不符合上述数值，那么为传感器已经损坏或失灵，应更换。4/29/20242.4.2半机械式节气门体及其控制组件1.半机械式节气门体结构1-拉索轮2-节气门控制器电位计3-紧急运行弹簧4-节气门控制怠速电动机5-节气门电位计6-节气门控制组件7-怠速开关也称为直动式节气门4/29/20242.半机械式节气门传感器的工作原理节气门电位计直接与节气门轴相连接，当驾驶员踩下加速踏板时，节气门轴转动，节气门电位计轴也随之转动，使其上电阻发生变化，把这个信号传至ECU，ECU就判断出了节气门当前翻开的具体位置。同时，节气门控制器电位计将怠速范围内节气门控制器的位置信号告知ECU。怠速开关向发动机ECU提供怠速位置信号的。节气门控制器控制怠速的作用，当怠速开关闭合时，由节气门控制器来决定怠速时节气门的开度的大小。节气门控制组件由发动机控制单元ECU控制，控制单元收到怠速开关、节气门电位计和节气门控制器电位计有关目前节气门位置的信号后，控制节气门控制器动作，使发动机转速稳定在规定的怠速转速范围内，一般来说，转速误差不超过±20r/min。4/29/20243.半机械式节气门控制组件的检测1-节气门控制器的正极2-节气门控制器负极3-怠速开关信号4-节气门供电线(+5V)7-负极5、8-节气门电位计信号线4/29/2024供电电压的检测测量节气门控制组件供电电压即是测量节气门控制器电位计和节气门电位计的电源电压。翻开点火开关，用万用表的20V量程档，测量节气门控制组件插头端子4和7间电压应不低于4.5V。线束导通性的检测检查节气门控制组件插头端子至发动机控制单元ECU相应端子(ECU66号端子与传感器1号端子、ECU59号端子与传感器2号端子、ECU69号端子与传感器3号端子、ECU62号端子与传感器4号端子、ECU75号端子与传感器5号端子、ECU67号端子与传感器7号端子、ECU74号端子与传感器8号端子)之间的电阻值，阻值不得超过1.5Ω。静态电阻检测1与2之间的电阻值：3～300Ω；全闭时端子3与端子7之间的电阻应小于1Ω；缓慢踩下加速踏板，端子3与7间阻值应为无穷大。端子4与端子7间的电阻应为无穷大。4/29/20242.4.3电子节气门体及其位置传感器1.电子节气门体的结构4/29/20242.电子节气门位置传感器的结构与工作原理节气门开度传感器节气门开度传感器电机断电时的平安电机驱动方式车辆对加速踏板响应灵敏度海拔高度的补偿发动机最高转速及车速控制加速踏板位置传感器4/29/2024节气门开度传感器

节气门开度传感器是节气门状态的唯一检测元件，加速踏板位置传感器是反映驾驶员操作意愿的检测元件。从控制的角度讲，只需一个位置传感器和一个开度传感器就够了，但采用冗余传感器可大大增加识别硬件故障的可靠性，并保证车辆行驶的平安性，因此ETC系统至少采用2个节气门开度传感器和2个加速踏板传感器。这些传感器都是线性电位器，每2个传感器由同一电源供电，设计成电阻值反向变化，即一个电阻值增加时另一个减小，其输出电压成互补的方式，2个传感器输出电压信号的和始终等于供电电压，这样可保证当其中一个传感器出现故障或电源电压低于规定值时，及时做出识别。4/29/2024电机断电时的平安在节气门体设计中应保证驱动电机断电或控制系统出现不能驱动的故障时，节气门能在回位弹簧的作用下返回到一小开度位置，这一开度可使发动机工作在快怠速工况。这既是平安性的考虑，又是方便性的考虑。快怠速可使行驶过程中发动机不熄火及车辆不失控，使车辆能开到平安地点。4/29/2024电机驱动方式电子节气门使用了有较高的动态响应性的直流力矩电机驱动，并采用2级齿轮减速。而且，电机驱动电路具有双向驱动。可以根据汽车的行驶与负荷状况，灵活开大和关小节气门。其控制原理见图2-46所示。当驾驶员踩下加速踏板时，踏板位置传感器将采到的信号传递到节气门控制单元，同时，发动机控制ECU和传动系统ECU分别将转速等信号与档位信号送输到节气门控制单元，控制单元获得这些信号后，去调控直流电机中的电流大小与方向，去控制节气门的开大与关小，与此同时，节气门位置传感器将节气门的开度信号反响到控制单元，以便其及时修正节气门开度，保证发动机在正常的工况下稳定工作。4/29/2024调节车辆对加速踏板响应灵敏度

对海拔高度的补偿4/29/2024发动机最高转速及车速控制

通过节气门目标位置控制实现，由此消除了输出扭矩的波动。同时，对于自动变速车辆，当变速器处于空挡时，ETC系统采用带前馈补偿的比例积分反响控制节气门，将发动机转速限定在较低转速下，防止误踩加速踏板造成发动机空载转速很高给传动系统带来的危害。4/29/2024加速踏板位置