汽车电子控制装置

PAGEPAGE4汽车电子控制装置课题一传感器的原理技能点技能点

正确识别汽车传感器

汽车传感器的结构知识点

传感器的组成及各部分的功能

传感器的工作原理一、任务引入一、任务引入汽车传感器广泛应用在发动机、底盘和车身各个系统中。例如在发动机电子控制系统中当发动机的水温较低时，水温传感器输入ECU的水温信息使空燃比变浓，从而使发动机工作稳定，如果此时水温传感器不发出冷机状态信息，将会使空燃比变稀，导致发动机运转不正常，同样，如果暖机后发出冷机状态信息，则将使空燃比变浓，发动机工作也不正常。本课题要求学生能够了解传感器结构，并且熟悉传感器的原理。二、任务分析电子控制单元不断地检测各个传感器的信号，一旦检测出某个输入信号不正常，就可将错误的信号存人存储器内，需要时可以通过专用诊断仪或采取人工方法读取故障信息，再根据故障码信息内容，进行维修。汽车计算机控制系统的性能首先取决于获取的与控制过程有关的工作变量和参数的精度，传感器或变换器可以将这些物理变量转换为相应的电信号，传感器可以通过多种方式将被测物理量转换为电信号。汽车计算机控制系统中普遍测量的物理量是温度、压力、速度、位置、流量和氧气浓度等。传感器的性能指标包括测定范围、精度、分辨率、响应特性、可靠性、耐久性、紧凑性、互换性和经济性等。三、相关知识（一）温度传感器温度是汽车计算机控制系统的重要输入变量，特别是在发动机控制系统中，冷却液温度和进气温度直接关系到喷油量和点火正时。温度传感器常用的有热敏电阻型和热电偶型两类。这里只介绍热敏电阻型，热敏电阻温度传感器由镍或钴的氧化物等半导体材料制成，其电阻值随温度变化会产生可以预期的变化。当热敏电阻受热时，半导体中的电子会打破共价键成为自由电子，使热敏电阻的电阻值减小，如图7-1a)所示，电阻值随温度的变化关系如图7-1b)所示，由于电阻值随着温度的提高而减小，故为负温度系数(NTC)型热敏电阻，温度变化1℃电阻值可以变化5％～10％，电阻值为10kΩ的热敏电阻在发动机工作温度范围内的阻值变化范围为500—10000尽管热敏电阻在高温范围内的灵敏度有所降低，但热敏电阻温度传感器仍然具有很高的灵敏度，可以测量到0．05℃的温度变化。图7-1热敏电阻工作原理a）热敏电阻温度传感器；b)热敏电阻温度传感器的温阻特性（二）空气流量传感器叶板式空气流量传感器叶板式空气流量传感器如图7-2所示，它的壳体中有一根转轴，转轴的一端设有螺旋回位弹簧，在转轴上固定着传感叶板，传感叶板由测量叶片和缓冲叶片构成，传感叶板的转轴与一个电位计的滑臂相联，电位计的陶瓷底板上镀有耐磨的滑轨。空气通过叶板式空气流量传感器时，流动的空气将推动测量叶片绕转轴摆动，空气流量越大，叶片的摆角越大，同时，与测量叶片连为一体的缓冲叶片在阻尼室进行同样的摆动，它可以对叶板形成平稳的阻尼力，使叶板摆动变得较为平稳，叶板带动电位计滑臂在滑轨上滑动，电位计的电压输出图7-2叶板式空气流量传感器将与叶板摆角成正比。为使流量传感器具有期望的输出特性，电位计在陶瓷底板的背部有几个薄膜电阻，这些薄膜电阻与滑轨相连，使电位计具有微调能力。由于空气的体积是由进气管中的压力和温度决定的，所以，用间接方法测量进入气缸的空气质量流量不够精确，要减小进入气缸空气质量的测量与实际进气量的偏差，可以采用更直接的测量方法。空气流量直接测量方法更为迅速和精确，有助于提高空燃比的控制精度，改善燃烧过程。（三）压力传感器进气歧管绝对压力传感器应用在D型EFI汽油喷射系统中，它是D型汽油喷射系统的重要部件，相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器。控制发动机燃油喷射和点火时刻确认曲轴位置的信号源。舌簧开关式发动机转速传感器安装在分电器内部，它的结构如图7-7所示。舌簧开关触点由强磁休制成，在装于分电器轴上的磁铁的作用下动作，舌簧开关触点不直接与大气接触，其容器内充有惰性气体。图7-7舌簧开关式转速传感器的结构（六）氧传感器氧传感器安置在发动机排气管或排气尾管中，用于测量发动机排气中的剩余氧气浓度，由于排气中的氧气浓度由发动机进气过量空气系数(A)决定，故也将这类传感器称为A传感器。氧传感器由多孔性材料制成，当发动机排气中的氧离子在传感器的多孔性材料中扩散时，就会在多孔材料的两个侧面之间产生电压。在过量空气系数λ=1时，氧传感器的输出电压将会有急剧的变化，目前，氧传感器有氧化锆(ZrO2)和氧化钛(TiO2)两种类型。现介绍氧化锆(ZrO2)氧传感器。氧化锆传感器的基体是多孔陶瓷，在陶瓷孔的表面附着着氧化锆，传感器有两个传感探头，其中的一个探头用于提供正常大气压力下大气中氧气浓度的参考值，另一个探头则暴露于排气中，用于感测由排气中剩余氧气产生的分压力。发动机燃用浓混合气时，排气中的氧气分压力是大气压力的10-16～10-32，发动机燃用稀混合气时，排气中的氧气分压力约为10-2。如果传感器两个探头处的氧气浓度相同，传感器的输出电压就为零；如果传感器两个探头处的氧气浓度不同，两个探头之间就会有电压产生。氧传感器的工作原理如图7-8所示，当氧气渗入温度较高表面附着氧化铝的陶瓷微孔时，氧气将会发生电离，形成带负电荷的氧离子，如果陶瓷体两侧的氧含量不同，氧离子就会由较浓的一侧向另一侧扩散，使多孔陶瓷体两表面之间产生电压，而电压的高低取决于陶瓷体两表面处的氧气浓度差。图7-8氧化锆式氧传感器的工作原理1.电动势2.大气一侧铂金电极3.固态电解质(氧化锆元素)4.排气一侧的铂金电极5.陶瓷涂层（七）爆震传感器燃料品质差和点火提前角过大等许多因素会引发爆震燃烧，爆震燃烧会导致缸内压力急剧升高，并产生压力振荡。爆震传感器的作用是在发动机爆震燃烧时向发动机ECU反馈电信号，由ECU通过减小点火提前角使爆震得到抑制。汽车发动机采用加速度计作为爆震传感器最为合适，用压电陶瓷作为转换元件测量发动机的缸体振动，它具有很高的自振频率和良好的线性，可以提供用于爆震分析的理想信号由铅、锆和钛组成的压电陶瓷的工作温度可以达到360℃，其典型结构如图7-9所示，这种结构的爆震传感器可以很方便地安置在发动机的两个气缸之间，这是检测爆震的最佳位置。在陶瓷晶体承受机械应力发生变化时将会产生电压，电压方向与机械应力处于两个相对的表面，电压的高低与所受的机械压力成正比，振动质量对压电传感元件产生初始预压力，这使压电晶体相当于一个弹簧，当发动机发生爆震并通过机体传给传感器时，将引起振动质量与压电晶体组成的弹性体系产生共振，使压电晶体