汽车电器与电控技术 课件 05 压力 节气门 氧 温度 爆震传感器与开关信号

1发动机其他传感器

主讲：舒华教授军事交通学院汽车传感器结构原理第三节压力传感器传感器

结构原理检修一、压力传感器类型功用：将气体或液体的压力信号转换为电信号。检测原理：将压力变化转换为电阻值的变化。类型：电阻应变计式--检测较高压力：制动或传动油液半导体压阻效应式-检测较低压力：进气压力大气压力电感式（即波纹管与差动变压器组合式）二、歧管压力传感器MAP功用名称：进气歧管绝对压力传感器

MAP：ManifoldAbsolutelyPressureSensor功用：通过检测进气歧管或稳压箱内空气压力来

反映发动机的负荷状况，并转变为电信号

输入发动机ECU。采用车型桑塔纳GLi、2000GLi型轿车天津夏利2000型轿车丰田佳美（CAMRY）轿车本田雅阁（ACCORD）轿车切诺基（Cherokee）吉普车

三、压阻效应式MAP结构

图3-48歧管压力传感器MAP结构

（一）压阻效应

压阻效应：单晶硅材料受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象，称为压阻效应。应力：物体内力的密集程度（又称为集度）。内力：在外力作用下，物体内部各部分之间相互作用力

的变化量。因为，即使不受外力作用，物体各部分之间也存在着相互作用力，从而保证物体能够连接成为一个完整的整体，所以，内力是物体内部各部分之间因外力作用而引起的附加的相互作用力，又称为附加内力。应变：物体的相对变形量。（三）压阻效应式MAP结构组成硅膜片5：压力转换元件：一面通真空室，另一面导入进气压力。长度×宽度＝3×3mm

厚度＝160微米中央传感膜：直径＝2mm

厚度＝50微米应变电阻7：扩散在硅膜片上真空室4：真空室为基准压力室，基准压力为0硅杯3：减少硅膜片上的热应力，提高传感器测量精度线束插座：三端子；四端子（带进气温度传感器）四、歧管压力传感器MAP工作原理在进气压力作用下，硅膜片会产生机械应变而产生应力，应变电阻的阻值在膜片应力的作用下就会发生变化，惠斯顿电桥上电阻值的平衡被打破。当电桥输入端输入一定电压或电流时，在电桥的输出端就可得到变化的电压或电流信号。（一）硅膜片上应力分布情况图6-19歧管压力传感器原理电路及应力分布（a）传感器原理电路；（b）硅膜片应力分布曲线（二）应变电阻制做位置图3-49歧管压力传感器的结构（a）剖面图；（b）硅膜片结构；（c）等效电路图1-引线端子；2-壳体；3-硅杯；4-真空室；5-硅膜片；6-锡焊封口；7-应变电阻；8-金线电极；9-电极引线；10-底座；11-真空管

（三）MAP输出电压计算公式

（五）歧管压力传感器工作原理当节气门开度↑→空气流通截面A↑→进气流量Q↑→气流速度v↓→进气压力P↑→ΔR↑→Uo↑

节气门开度↓→A↓→Q↓→v↑→P↓→ΔR↓→Uo↓五、大众轿车MAP检修

图2-9大众MAP结构与电路

1-搭铁端子；

2-进气温度信号输出端子；

3-电源（5V）端子；

4-进气压力信号输出端子检测电压：接通点火开关：电源电压U31=3.8V～4.2V怠速时：信号电压U41=0.8V～1.3V节气门开度↑：输出信号电压U41↑检测线束：1-30、2-44、3-12、4-7六、切诺基吉普车MAP检修检测电压：接通点火开关，电源电压UCA=4.5V～5.5V怠速时：信号电压UBA=1.5V～2.1V节气门开度↑时→UBA↑检测线束：A-4、B-1、C-6第四节节气门位置传感器结构原理与检修一、节气门位置传感器TPS功用名称：节气门位置传感器TPS：

ThrottlePositionSensor功用：将节气门（油门）开度大小转变为电信号输入ECU，以便确定发动机负荷大小。二、TPS类型与安装位置类型：

触点开关式：数字量输出型

可变电阻式：线性量输出型（电位计）触点与可变电阻组合式安装位置：安装在节气门轴一端三、触点开关式TPS图3-52触点开关式TPS的结构（a）外形图；（b）内部结构；（c）输出特性1-节气门轴；2-功率触点（PSW）；3-凸轮；4-怠速触点（IDL）；5-接线插座触点开关式TPS工作原理触点闭合时：输出低电平“0”触点断开时：输出高电平“1”ECU判定工况：IDL为“0”、车速VSS为0——判定为怠速工况IDL为“0”、车速VSS不为0—判定为减速工况IDL为“1”、PSW为“1”——判定为部分负荷工况IDL为“1”、PSW为“0”——判定为大负荷工况四、组合式TPS图3-53组合式TPS结构原理（a）内部结构；（b）原理电路1-可变电阻滑动触点；2-电源电压（5V）；3-绝缘部件；4-节气门轴；5-怠速触点

组合式TPS输出特性图3-54组合式TPS输出特性(a)

怠速触点输出信号；（b）滑动触点输出信号五、自动变速器系统用TPS

图3-55

丰田轿车开关量输出型TPS（a）结构图；（b）原理图六、节气门位置传感器TPS检修（a）检测输出信号；（b）检测电源电压

可变电阻式触点开关式检测电源电压：UCE＝5V

UCE＝5V

正常检测输出信号：UVTA-E＝0~5V0~5V正常检测电阻阻值：R等于设定值

触点R≤0.5

正常第五节氧传感器

结构原理检修一、氧传感器EGO功用排气氧传感器EGOExhaustGasOxygenSensor功用：通过监测排气中氧离子的含量，获得混合气的空燃比信号，以便ECU修正喷油时间，实现A/F反馈控制。反馈控制（闭环控制）目的：A/F＝14.7（过量空气系数

＝0.98～1.02），发动机混合气浓度最佳。二、氧传感器EGO类型氧化锆ZrO2式：电压型（丰田车系）

非加热型氧化锆式EGO

加热型氧化锆式EGO氧化钛TiO2式：电阻型

（大众车系）

三、氧化锆式EGO结构图3-58氧化锆式氧传感器结构1-钢质护管；2-排气；3-壳体；4-防水护套；5-电极引线；6-陶瓷加热元件；7-排气管；8-二氧化锆固体电解质陶瓷管（锆管）；9-加热元件电源端子；10-加热元件搭铁端子；11-信号输出端子（二）氧化锆式EGO内部结构锆管：ZrO2陶瓷管。能够均匀扩散与渗透氧离子表面喷涂一层铂金作为电极内表面通大气；外表面通排气保护膜：铂金外表面喷涂ZrO2陶瓷粉末（白色）钢质壳体：防止排气压力冲击造成锆管破碎螺纹：安装与拆卸，固定在排气管上小孔：排气流通接触锆管电极引线：1线、2线--非加热型3线、4线--加热型

（三）氧化锆式EGO工作原理图3-59氧传感器工作原理1-排气；2-排气管；3-大气；4-固体电解质；5-铂电极；6-陶瓷保护层

2CO＋O2

金属铂Pt催化

2CO2

（四）氧化锆式EGO工作特性（a）气体浓度与电压关系；（b）传感元件温度与电压关系1-传感器电动势；2-CO浓度；3-无铂电极时电动势；4-氧离子浓度（五）氧化锆式EGO工作过程

2CO＋O2

金属铂Pt催化

2CO2

（1）当混合气浓（A/F＜14.7）时，排气中氧离子少，锆管内外表面的氧离子浓度差较大，两个铂金电极间的电位差较高，US＝0.9V（2）当混合气稀（A/F＞14.7）时，排气中氧离子多，锆管内外表面之间的氧离子浓度差较小，两个铂金电极间的电位差较低，US＝0.1V（3）当A/F≈14.7（或

≈1）时，排气中的氧离子和CO含量都很少。在催化剂铂的作用下，氧离子与CO的化学反应从缺氧状态（CO过剩、氧离子浓度为0）急剧变化为富氧状态（CO为0、氧离子过剩）。氧离子浓度差急剧变化，铂电极之间的电位差急剧变化，使传感器输出电压从0.9V急剧变化到0.1V。（六）氧化锆式EGO工作条件（a）气体浓度与电压关系；（b）传感元件温度与电压关系1-传感器电动势；2-CO浓度；3-无铂电极时；4-氧离子浓度（1）发动机温度高于60℃；（2）氧传感器温度高于300℃；（3）发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。四、氧化钛式EGO结构图3-61氧化钛式氧传感器结构

1-加热元件；2-二氧化钛元件；3-基片；4-垫圈；5-密封圈；6-壳体；7-滑石粉填料；8-密封釉；9-护套；10-电极引线；11-连接焊点；12-密封衬垫；13-传感器引线（二）氧化钛式EGO传感元件结构图3-62氧化钛式氧传感器传感元件结构（a）芯片式传感元件；（b）厚膜式传感元件1-二氧化钛芯片；2-铂金属线电极；3-氧化铝基片；4-加热元件；5-二氧化钛厚膜；6-分压电阻；7-电阻引线；8-二氧化钛电极引线；9-引线端子

（三）氧化钛式EGO工作原理与特性（四）化钛式EGO工作条件（1）发动机温度高于60℃；（2）氧传感器温度高于600℃；（3）发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。

五、氧传感器EGO使用铅中毒：燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。硅中毒：发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。中毒结果：铂电极的催化性能降低中毒现象：油耗、排放显著增加防止措施：汽车行驶160000km，更换氧传感器。

六、大众氧传感器EGO检修图3-65桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX型轿车EGO插头与插座（a）插头（传感器一侧）；（b）插座（ECU一侧）1-加热元件正极；2-加热元件负极；3-信号电压负极；4-信号电压正极检测加热元件电阻：R12＝1Ω～5Ω（插头1、2）检测加热电源电压：U12≥11V（插座1、2，接通开关）信号变化频率：f≥10次/min第六节温度传感器

结构原理检修一、温度传感器种类热敏电阻式：负温度系数型热敏电阻式（NTC）：

NegativeTemperatureCoefficient

正温度系数型热敏电阻式（PTC）：

PositiveTemperatureCoefficient

临界温度型热敏电阻（CTR）

线性热敏电阻金属膜电阻式：线绕电阻式：半导体晶体管式：二、常用温度传感器类型进气温度传感器IATS或IATIATS：IntakeAirTemperatureSensor冷却液温度（水温）传感器CTSCTS：CoolantTemperatureSensor排气温度传感器EATS

或EAT：

ExhaustAirTemperatureSensor燃油温度传感器FTSFuelTemperatureSensor三、温度传感器的功用进气温度传感器IATS

：检测进气温度信号，并变换为电信号输入ECU。信号中断：导致热启动困难、废气排放量增大。冷却液温度传感器CTS：检测发动机冷却液温度信号，并变换为电信号输入ECU，

修正喷油时间和点火时间。排气温度传感器EGTS：检测发动机排气温度信号，并变换为电信号输入ECU，修正点火时间，防止发动机过热。燃油温度传感器FTS：检测燃油温度信号，并变换为电信号输入ECU，

修正喷油时间。四、温度传感器安装位置进气温度传感器IATS

：

进气道上。空气流量（或歧管压力传感器）一体。冷却液温度传感器CTS：

发动机冷却水套上。水温表传感器一体。排气温度传感器EGTS：排气管上。燃油温度传感器FTS：燃油箱内或燃油管路上。五、热敏电阻式温度传感器结构

图3-66温度传感器结构型式（a）外形；（b）两端子式；（c）单端子式

热敏电阻

电极引线壳体接线插座六、热敏电阻外形结构及材料外形：珍珠形芯片形厚膜形垫圈形圆盘形（药片形）材料：低温：MnO-NiO；MnO-CoO-NiO；（300℃以下）

MnO-CoN系列。中温：SiC、LaCrO3、B4C系列高温：TiO2、Y2O3、CaSiO3、Al2O3、Cr2O3、

ZrO2（熔点2800℃，高温传感器最佳材料）七、负温度系数热敏电阻特性温度升高，阻值降低：T↑→R↓温度降低，阻值升高：

T↓→R↑

八、大众轿车CTS阻值与电路九、温度传感器检修第七节爆震（爆燃）传感器

结构原理检修一、爆震传感器EDS的功用爆震传感器EDSorDS：

EngineDetonationSensor点火时刻闭环控制系统必不可少的重要部件。

功用：

将发动机爆震信号变换为电信号输入ECU，实现点火时刻闭环控制。二、爆震检测方法与传感器种类检测爆震方法：（1）机体震动检测法：常用（2）气缸压力检测法：检测精度最高，耐久性差、安装困难（3）燃烧噪声检测法：非接触式检测，耐久性较好，精度和灵敏度较低

传感器类型：压电式：捷达GTX、桑塔纳等轿车磁致伸缩式：通用、日产三、爆震传感器安装位置缸体侧面：桑塔纳GLi、2000GLi型：1只，缸体右侧(车前视)

2、3缸之间桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX型：2只

1、2缸3、4缸之间（进气道一侧）缸盖上：奥迪V6（垫圈式：火花塞垫圈下面）

四、压电式爆震传感器结构（a）外形（b）内部结构1-套筒底座；2-绝缘垫圈；3-压电元件；4-惯性配重；5-塑料壳体；6-固定螺栓；7-接线插座；8-电极引线

五、爆震传感器结构组成压电元件：压电材料制成。压电单晶体：石英晶体――二氧化硅SiO2

承压能力：20×105

～30×105kPa。压电多晶体：压电陶瓷――钛酸钡BaTiO3、钛酸铅PbTiO3

压电半导体：硫化锌ZnS、ZnO惯性配重：传递振动产生的惯性力壳体：与油压力传感器壳体相似，但实心结构接线插座：3线插座。2根信号线，1根屏蔽线注意事项：压电元件和配重用螺栓固定在壳体上，调整螺栓的拧紧力矩可调输出电压。输出特性出厂时已调好，使用中不得随意调整。

六、压电效应七、爆震传感器工作原理(非共振型)

缸体振动→传感器壳体振动→配重振动→作用于压电元件→压电效应→信号电压与振动频率、强度成比例。试验证明：爆震频率6～9kHz，振动强度较大，信号电压较高。发动机转速越高，信号电压幅值越大。

八、磁致伸缩式(共振型)EDS结构弹性元件：将缸体振动传给伸缩杆伸缩杆：高镍合金，构成导磁回路，振动改变磁通永久磁铁：产生磁场信号线圈：感应产生信号电压线束插座：3线。2根信号线，1根屏蔽线九、磁致伸缩式EDS原理缸体振动→铁心振动→线圈磁通变化→US爆震时：传感器与发动机共振→US＝Usmax

（共振频率：6～9kHz）十、垫圈式传感器(非共振型压力传感器)图3-75垫圈形压力传感器1-火花塞；2-垫圈；3-爆震传感器；4-气缸盖安装：火花塞垫圈与发动

机气缸盖之间原理：燃烧压力→火花塞→火花塞垫圈→传感器→

间接测量燃烧压力。拧紧力矩：25±5N·m最大力矩：40N·m输出电荷：100pC/N静电电容：1000pF十一、大众爆震传感器检修第八节开关信号蓄电池电压信号UBAT点火开关信号IGN起动信号STA空档安全开关信号NSW空调开关信号A/C（一）蓄电池电压信号UBAT（1）修正喷油时间：电压升高时，减少喷油时间；电压降低时，增加喷油时间。（2）修正点