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1、v第二节 传感器的结构原理与检测一、空气流量传感器(MAF)安装位置:安装在空气滤清器和节 气门之间的进气管上 功用:测量进入发动机气缸的 所有空气流量,并转换成电压 信号送给发动机控制单元ECU;空气流量计信号是ECU决 定喷油量喷油量和点火正时点火正时的基本信 号之一。1.安装位置和功用&现代轿车基本采用热式空气流量传感器。2.空气流量传感器的分类(1)结构如右图,空气流量计 主要由测量板、补偿板、 回位弹簧、电位计、旁通 气道组成,此外还包括怠 速调整螺钉、油泵开关及 进气温度传感器等。1)翼(叶)片式空气流量计下一页补偿挡板缓冲室弹簧测量板温 度 传 感 器旁通气道封口 调节 螺钉电位
2、计1、电位计滑臂 2、可变电阻 3、接进气管 4、测量叶片 5、旁通空气道 6、接空气滤清器(2)叶片式空气流量计工作原理如右图,来自空气滤 清器的空气通过空气流量 计时,空气推力使测量板 打开一个角度,当吸入空 气推开测量板的里与弹簧 变形后的回位力相平衡时 ,叶片停止转动。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US送 给ECU。在气流通道中放一个柱体,气体通过时在柱体后产生 许多涡流。按检测分为:超声波检测法和反光镜检测法 2)卡门涡流式空气流量计结构:由超声波信号发生 器、超声波发射探头、涡 流稳定板、涡流发生器、 整流器、超声波接受探头 和转换电路组
3、成。 原理:卡门涡旋造成空气 密度变化,受其影响,信 号发生器发出的超声波到 达接受器的时机或变早或 变晚,测出其相位差,利 用放大器使之形成矩形波 ,矩形的脉冲频率为卡门 涡旋的频率。如右图(见视频) (1)超声波检测法1、超声波信号发生器 2、超声波发 射探头 3、涡流稳定板4、涡流发生 器 5、整流器 6、旁通空气道 7、超 声波接收探头8、转换电路1、反光镜 2、发光二极管 3、钢板弹簧 4、光电管(光 敏晶体) 5、导压孔 6、 涡流发生器(2)反光镜检测法 检测部分结构:如左图,镜 片、发光二级管和光电晶体管 组成。原理:空气流经过发生器时 ,压力发生变化,经压力导向 孔作用在反光
4、镜上,使反光镜 发生振动,从而将发光二极管 投射的的光发射给光电管(光 敏晶体) ,光敏晶体以簧片得 振动频率导通和截止,对反射 光进行检测。3)热式空气流量计下一页热丝式空气流量计的检 测元件是铂金属丝,热膜式 空气流量计的检测元件是铂 金属膜。(1)热线式空气流量计(见视频)铂金属检测元件的优点1.响应速度很快,能在几毫秒内反映出空气流量的变 化,因此测量精度不受进气气流脉动的影响(气流脉 动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显) 2.具有进气阻力小、无磨损部件等优点。 下一页这种流量计的热线和进气温度传感器都安装在主气道中的取 样管内,故称为主通式热线空气流量计。 另一种是将热线绕在陶瓷
5、芯管上,并置于旁通气道内, 称为旁通式热线空气流量计。 (2)热膜式空气流量计控制电路热膜温度传感器防护网3.空气流量计的检测内容v包括空气流量计的电源、信号和信号接地。 检测空气流量计的信号可用万用表、诊断仪和 示波器。v空气流量计信号不正确不一定是空气流量计 本身的故障,空气滤清器堵塞、进气系统漏气 、发动机配气机构故障、三元催化装置堵塞都 会造成空气流量计信号过低。v1)通用别克君威车空气流 量计检测v通用别克车采用热丝型空 气流量计,如下图所示, 由于在空气流量计内部装 置了一个A/D转换器,所以 其输出信号是数字频率信 号。v通用别克君威车空气流量 计电路图如右图所示,用 TECH
6、2检测空气流量计数 据如表所示:2)热膜式空气流量计检测从车上拆下空气流 量计,插接好线束连接器 ,并打开点火开关,测量 传感器信号端子5与搭铁端 子3之间的电压,正常应为 12V;向空气流量计进气 口吹风,同时测量信号端 子5与搭铁端子3之间的电 压,正常应升高到24V。空气流量计电路.swf 空气流量计的测量.swf信 号搭 铁5v12v 099到此v大众车空气流量计的检测v大众车上采用的空气流量计是 热膜式空气流量计。以大众 3000热膜式空气流量计为例, 其电路见图2-11,输出信号是 数字信号。空气流量计连接器 上有5个端子(见图2-12), 由电源继电器给空气流量计端 子2提供12
7、V电源,端子1为进 气温度传感器信号线,3为搭 铁端子、 4为5V电源端子、 5 为信号端子。用K81检测空气 流量计数据如表2-1所示:v3)热式空气流量计的波形检测v热丝式空气流量计的信号是模拟信号,其信号波形如图所示,可用 数字万用表直流电压档测量,也可用解码器检测显示直流信号电 压。v热膜式空气流量计信号是数字频率信号,其信号波 形如图(b)所示,应使用解码器检测显示数字频 率信号,一般显示单位有g/s(克/秒)、hz(赫兹 ),也可用示波器显示信号波形。热式空气流量计反光镜检测法 超声波检测法 叶片式空气流量计卡门旋涡式空气流量计质量流量型 体积流量型 热膜式空气流量计热线式空气流量
8、计v二、曲轴位置传感器(CKP)与凸轮轴位置传感器 (CMP)v曲轴位置传感器又称为发动机转速与曲轴转角传感 器,v大众车称为发动机转速传感器G28,v凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器。v大众车G40 v(1)功用与分类 v曲轴位置传感器安装在曲轴皮带轮后和发动机缸体 上。(安装在曲轴飞轮旁)v凸轮轴位置传感器安装在凸轮轴前或后端,或分电 器内。(分电器内)v在发动机电控单元ECU控制喷油器喷油和控制火花塞 跳火时,首先需要知道究竟是哪一个气缸的活塞即将 到达排气冲程上止点和压缩冲程上止点,然后才能根 据曲轴转角信号控制喷油提前角与点火提前角。 v曲轴位置传感器CKP的功用是:采集发动机曲
9、轴转速 与转角信号并输入ECU,以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。主控信号v凸轮轴位置传感器CMP的功用是:采集配气凸轮轴的 位置信号并输入ECU,以便确定活塞处于压缩(或排气) 冲程上止点的位置。v曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器有v光电式、磁感应式和霍尔式三种类型。v日产公爵王轿车、三菱与猎豹吉普车采用光电 式曲轴位置与凸轮轴位置传感器,v丰田系列轿车通常采用磁感应式曲轴位置与凸 轮轴位置传感器v大众车采用磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式 凸轮轴位置传感器;v别克车有2个曲轴位置传感器,7X传感器采用磁 感应式,24X传感器采用霍尔式。v红旗CA7220E型轿车和切诺基吉普车采用了霍
10、 尔式曲轴与凸轮轴位置传感器,且曲轴位置传感 器为差动霍尔式传感器。 磁感应式曲轴位置与凸轮轴位置传感器磁力线穿过的路径 为: 永久磁铁N极定子与转子间的气隙转子凸齿信号转 子转子凸齿与定子磁头间的气隙磁头导磁板(磁轭 )永久磁铁S极。当信号转子旋转时,磁路中的气隙就 会周期性的发生变化,磁路的磁阻和穿过信号线圈磁头 的磁通量随之发生周期性的变化。根据电磁感应原理, 传感线圈中就会感应产生交变电动势。 2、电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器v信号转子每转过一个凸齿,传感线圈中就会产生一 个周期的交变电动势,即电动势出现一次最大值和一 次最小值,传感线圈也就相应地输出一个交变电压信 号。 v磁感应式传
11、感器不需要外加电源,永久磁铁起着将 机械能变换为电能的作用,其磁能不会损失。当发动 机转速变化时,转子凸齿转动的速度将发生变化,铁 芯中的磁通变化率也将随之发生变化。v转速越高,磁通变化率就越大,传感线圈中的感应 电动势也就越高电磁感应原理信号转子为齿盘式,在其圆周上间 隔均匀地制作有58个凸齿、57个小 齿缺和1个大齿缺。大齿缺输出基 准信号,对应于发动机1缸或4缸压 缩上止点前一定角度。大齿缺所占 的弧度相当于2个凸齿和3个小齿缺 所占的弧度。1)大众电磁式曲轴位置传感器 (视频)信号转子外缘设制有24个凸齿 。传感器轴每转一圈相当于发动 机曲轴旋转两圈,所以一个交变信号(即一个信号周期)
12、 相当于 曲轴旋转30(72024=30)、相当于信号转子旋转 15(302=15) 。 2)丰田汽车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器 vG信号发生器由No.1信号转子、传感线圈G1、G2和磁头等组 成 。G1线圈产生的信号对应于发动机第六缸活塞压缩上止点 前10 ( BTDC 10)、G2线圈产生的信号对应于第一缸活塞 压缩上止点前10 ( BTDC 10)。 检测:检查感应线圈的电阻,冷态下的G1和G2感应线圈电阻 应为125200,Ne感应线圈电阻应为155250。 电磁式凸轮轴曲轴位置传感器电路 上一页v3)磁感应式曲轴位置传感器检测 磁感应式 曲轴位置传感器的检测包括线圈电阻和输出信
13、号检查。v线圈电阻约几百欧姆至1千欧左右,v输出信号采用交流电压档测量,信号电压随 转速升高而升高。v磁感应式曲轴位置传感器若以电压表测量, 只能获得平均电压数值,而用示波器检测则能 得到感应波形。图2-24所示是磁感应冲式曲轴 位置传感器的波形。099 091_3.14v图中显示发动机转速88lrmin时,频率为596Hz,峰值 173V,脉宽158ms。v良好的波形在0V上下的幅值应基本一致,且随发动机转速增 加而增大,幅值、频率和形状在确定的条件(等转速)下是一致 的、可重复的、有规律的和可预测的。v用双踪示波器,可在显示屏上同时显示被检测的曲轴位置传 感器和凸轮轴位置传感器两个波形,从
14、而可检查凸轮轴与曲轴 之间的正时关系。霍尔效应:把一个通有电 流I的长方体形白金导体垂 直于磁力线放入磁感应强 度为B的磁场中时,如图2 - 45所示,在白金导体的 两个横向侧面上就会产生 一个垂直于电流方向和磁 场方向的电压UH,当取消 磁场时电压立即消失。该 电压称为霍尔电压。 3、霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器 霍尔效应.rm凸轮轴位置传感器.swf组成:由转子、永久磁 铁、霍尔晶体管和放大器 组成。永久磁铁霍尔元件触发轮v美国GM公司的霍尔式曲轴v位置传感器安装在曲轴前端,采用触发叶片的结构 型式,在发动机的曲轴皮带轮前端固装着内外两个 带触发叶片的信号轮,与曲轴一起旋转。外信号轮 外缘
15、上均匀分布着18个触发叶片和18个窗口,内信 号轮外缘上设有3个触发叶片和3个窗口,由于内 信号轮外缘上设有3个触发叶片 和3个窗口,由于内信号轮的安 装位置关系,宽度为100弧长 的触发叶片前沿位于第1缸和第4 缸上止点(TDC)前75,90 弧长的触发叶片前沿在第6缸和 第3缸上止点前75,110弧长的 触发叶片前沿在第5缸和第2缸上 止点前75。 v3) 霍尔式曲轴位置传感 器检测v 霍尔式曲轴位置传感器的 检测方法有一个共同的特点 ,v即主要通过测量有无输出脉 冲信号来判断其工作性能是 否良好。v以别克君威的霍尔式曲轴位 置传感器为例。v曲轴位置传感器的控制电路 。v三端子分别为:电源
16、、信号 和搭铁。v当飞轮齿槽通过传感器时, 霍尔传感器输出脉冲信号, 高电位为12V,低电位为 0.3V。v霍尔式曲轴位置传感器检测端子测试条 件测试值A-C点火开 关置 ON”12VB-C发动机 运转O.312V之间变 化A-B A-C拔下传感 器上插头 点火开关 置 “OFF”R=v霍尔式曲轴位置传感器的信号波形 奥迪 v4)快速起动识别功能v有些发动机利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感 器有快速起动识别功能,利用发动机转速传感器的信 号识别发动机转速和各相关缸确切的曲轴位置,利用 来自霍尔传感器的信号识别各缸,下面以宝来柴油轿 车为例。v起动发动机时,发动机控制单元必须知道哪缸处于 压缩冲程,以便激活相应的泵喷嘴。发动机控制单元 计算由霍尔传感器产生的信号,该信号监测凸轮轴传 感器上凸齿并确定凸轮轴位置,从而识别各缸。v因为每一个工作循环凸轮轴旋转360,在传感器轮 上有四个凸齿分别代表四个缸的位置,它们相隔90 。为