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1、汽车电子控制技术1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：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汽车电子控制技术2本章主要内容：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 汽车电子控制技术3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 空气流量传感器汽车电子控制技术4AFM= Air Flow Meter【作用】【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
2、动机的进气量转换成电信号，并将信号输入ECU。【安装位置】【安装位置】空气滤清器与节气门体之间。【分【分类类】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汽车电子控制技术5【组组成成】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。【信号信号类类型型】电压信号二、翼片式空气流量传感器结构汽车电子控制技术6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汽车电子控制技术7内部电路进气量
3、电压信号个别车型也有电压信号降低的。汽车电子控制技术8外部电路及其检测检检修：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凌志凌志ES300空气流量空气流量计电计电路路汽车电子控制技术9三、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
4、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。 汽车电子控制技术10图3-1 量芯式空气流量传感器的结构 a）外形图 b）内部结构 汽车电子控制技术11图3-2 量芯式空气流量传感器原理电路 汽车电子控制技术12四、涡流式空气流量传感器 涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论，利用超声波或光电信号通过检测漩涡频率来测量空气流量的一种传感器。 在气流通道中放一个柱体，气体通过时在柱体后产生许
5、多涡旋。 按其检测方式，分为光电检测涡流式和超声波检测涡流式两种类型。 汽车电子控制技术13光光电检测涡电检测涡流式空气流量流式空气流量传传感器感器 光电检测涡流式空气流量传感器汽车电子控制技术14超声波超声波检测涡检测涡流式空气流量流式空气流量传传感器感器 超声波检测涡流式空气流量传感器汽车电子控制技术15超声波检测式空气流量传感器电路及其检测【信号【信号类类型】型】频率信号进气量输出信号频率，信号的占空比也发生相应的变化。检测检测：用吹风机模拟进气，测量在不同进气量条件下，传感器的输出信号的频率，看传感器的信号输出频率是否满足要求。点火开关转至ON位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与
6、E2间电压应为24V。空气流量计ECU凌志凌志LS400空气流量空气流量计电计电路路汽车电子控制技术16 【分【分类类】按测量元件形式分：热丝热丝式式和热热膜式膜式。 热线式空气流量计按测量位置分：主流主流测测量方式量方式、旁通旁通测测量方式量方式。热丝式：测量元件为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上；热膜式：测量元件镀在陶瓷片上，称为热膜；主流测量式：将热线电阻安装在主进气道中；旁通测量式：将热线安装在旁通气道中。【信号【信号类类型】型】电压信号，也有频率信号进气量信号电压进气量信号频率五、热丝式与热膜式空气流量传感器汽车电子控制技术17主流测量方式热丝式空气流量传感器汽车电子控制技术18旁通测量
7、方式热丝式空气流量传感器汽车电子控制技术19热丝式空气流量计电路及其检测热线式空气流量计都有自自洁洁功功能能：发动机转速超过1500r/min，关闭点火开关使发动机熄火后，控制系统自动将热线加热到1000以上并保持约1s，使附在热线上的粉尘烧掉。检检修修（检查相应端子之间的电压）：点火开关接通时，电源端子与搭铁端子之间电压应为蓄电池电压。信号端子与搭铁端子之间的电压，发动机不工作时为24V，发动机工作时为1.01.5V。空气流量计ECCS汽车电子控制技术20热膜式空气流量传感器汽车电子控制技术21本节主要内容：曲轴位置传感器的功用与类型光电式曲轴与凸轮轴位置传感器磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器
8、霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器差动霍尔式曲轴位置传感器第二节 曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术22【功用】【功用】凸轮轴位置传感器CMPS（=Camshaft Position Sensor）：又称为上止点传感器、霍尔传感器等。用于给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控信号。 曲轴位置传感器CKPS（=Crankshaft Position Sensor ）：又称转速传感器，检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射和点火控制的主控信号。【安装位置】【安装位置】曲轴、凸轮轴、飞轮或分电器处。两传感器有安装在一起的
9、，也有分开安装的【分【分类类】光电式、磁感应式、霍尔式和差动霍尔式。一、曲轴与凸轮轴位置位置传感器的功用与类型汽车电子控制技术23【信号【信号类类型】型】频率信号发动机转速信号频率信号振幅不变二、光电式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术24光电式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测检测检测： 点火开关转至ON位，检测电脑侧1和2端子间电压为12V，给传感器施加12V电压，正在信号输出端子3和4与1之间接上电流表，转动转子一圈，两个电流表应分别摆动1次和4次，电流应约为1mA。光光电电式曲式曲轴轴和凸和凸轮轴轮轴位置位置传传感器感器电电路路 曲曲轴轴位置位置传传感感器器ECUECU汽车电子控制
10、技术25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【信号类类型】型】频率信号发动机转速信号频率信号振幅三、磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术26磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：丰田车Ne信号信号：检测曲轴转角位置及发动机转速的信号。G信号信号：用于辨别气缸及检测活塞上止点位置。汽车电子控制技术27磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测检测检测： 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。电电磁式凸磁式凸轮轴轮轴/ /曲曲轴轴位置位置传传感器感器电电路
11、路 传感器ECU汽车电子控制技术28G1,G2转子Ne转子磁铁720360基准信号HZ/转角度信号24HZ/转第四缸BTDC7第一缸BTDC73030磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：大众车汽车电子控制技术29磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器：本田车信号轮汽车电子控制技术30四、霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器汽车电子控制技术31霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器电路及其检测【信号【信号类类型】型】频率信号发动机转速信号频率信号振幅不变检测检测点火开关转至ON位。检测A、C之间的电压应为8V。B、C间输出的信号电压应为5V到0V交替变化。霍霍尔尔式式传传感器感器电电路路 同步信号电源搭铁传传感感器器ECUE
12、CU汽车电子控制技术32五、差动霍尔式曲轴位置传感器 差差动动霍霍尔尔式式传传感器又称感器又称为为双霍双霍尔尔式式传传感器，如感器，如图图3-3a)所示，有所示，有带带凸凸轮轴轮轴的信号的信号转转子和霍子和霍尔尔式信号式信号发发生器生器组组成。成。 根据霍根据霍尔尔式式传传感器的工作原理，当感器的工作原理，当发动发动机机飞轮飞轮上的上的齿齿缺与凸缺与凸齿转过齿转过差差动动霍霍尔尔两个探两个探头时头时，齿齿缺或凸缺或凸齿齿与霍与霍尔尔探探头头之之间间的气隙就会的气隙就会发发生生变变化，磁通量随之化，磁通量随之变变化，在化，在传传感器感器的霍的霍尔尔元件中就会元件中就会发发生交生交变电压变电压信号
13、，如信号，如图图3-3b）所示，其）所示，其输输出出电压电压由两个霍由两个霍尔尔信号信号电压电压叠加而成。其突出叠加而成。其突出优优点是信点是信号号转转子便于安装。在汽子便于安装。在汽车车上，一般将凸上，一般将凸齿转齿转子子设设装在装在发动发动机曲机曲轴轴上或将上或将发动发动机机飞轮飞轮作作为传为传感器的信号感器的信号转转子。子。汽车电子控制技术33图3-3 差动霍尔式传感器结构原理 a）基本结构 b）输出波形 汽车电子控制技术34【作用】【作用】在D型电控燃油喷射系统中，由进气管绝对压力传感器测量进气管压力，并将信号输入ECU，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。【安装位置】【安装位置】靠近
14、进气歧管的发动机室内。【分【分类类】按其检测原理分压敏电阻式、电容式等。【信号【信号类类型】型】压敏电阻式为电压信号，电容式的为频率信号。第三节 压力传感器汽车电子控制技术35进气管绝对压力传感器：压敏电阻式构造进气歧管压力输出电压怠速运转时约1.25V，节气门全开时约5V。汽车电子控制技术36进气管绝对压力传感器电路及其检测ECU通过VCC端子给传感器提供标准5V电压，传感器信号经端子PIM输送给ECU，E2为搭铁端子。 检测检测：点火开关转至ON位，测量VCC与E2之间电压应为5V。拆下传感器连接真空软管，用手动真空枪给传感器施加真空度，PIM与与E2之之间电压应间电压应随真随真空度增加而
15、下降空度增加而下降。皇冠皇冠3.0轿车轿车IMAPS电电路路ECU进气管绝对压力传感器进气压力（MPa）PIM输出电压（V）0.020.1013汽车电子控制技术37TPS=Throttle Position Sensor【作用】【作用】检测节气门的开度及开度变化，此信号输入ECU，控制燃油喷射及其他辅助控制。【安装位置】【安装位置】在节气门轴上。【分【分类类】开关式、线性式【信号【信号类类型】型】电压节气门开度增大，信号电压升高。第四节 节气门位置传感器汽车电子控制技术38线性式节气门位置传感器检检修：修：检查输出信号电压，节气门全关时应约为0.5V，随节气门开度增大输出信号电压增加，节气门全
16、开时应约为5V。汽车电子控制技术39 氧传感器是排气氧传感器EGO（Exhaust Gas Oxygen Sensor）的简称，其功用是通过监测排气中氧离子的含量获得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制），从而将过量空气系数（）控制在0.98-1.02之间的范围内（空燃比A/F约为14.7），使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油之目的。 第五节 氧传感器一、氧传感器的功用汽车电子控制技术40 汽车发动机燃油喷射系统采用的氧传感器分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式
17、两种类型，氧化锆式氧又分为加热型与非加热型氧传感器两种，氧化钛式一般都为加热型传感器。二、氧传感器的类型三、氧化锆式氧传感器 氧化锆式氧传感器的结构如图3-4所示，主要又钢质护管、钢质壳体、锆管、加热元件、电极引线、防水护套和线束插头等组成。汽车电子控制技术41图3-4 氧化锆式氧传感器结构 1-钢制护管 2-排气 3-客体 4-防水护套 5-电极引线 6-陶瓷加热元件 7-排气管 8-氧化锆固体电解质陶瓷管 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 汽车电子控制技术42 氧传感器的工作特性如图3-4所示。当供给发动机的可燃混合气较浓（即空燃比A/F小于14.7或过量空
18、气系数小于1）时，排气中氧离子含量较少、一氧化碳（CO）浓度较大。在锆管外表面催化剂铂的催化作用下，氧离子几乎全部都与CO发生氧化反应生成二氧化碳（CO2）气体，使外表上氧离子浓度为零。由于锆管内表面与大气相通，氧离子浓度很大，因此锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约0.9V。 当供给发动机的可燃混合气较稀（即空燃比A/F大于14.7或过量空气系数大于1）时，排气中氧离子含量较多、CO浓度较小，即使CO全部都与氧离子产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约0.1V。汽车电子控制技
19、术43图3-5 氧传感器工作特性a）气体浓度与电压的关系 b）传感元件温度与电压的关系1-传感器的电动势 2-一氧化碳浓度 3-无铂电极时的电动势 4-氧离子浓度 汽车电子控制技术44 二氧化钛（TiO2）属于N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度以及周围环境中氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。 当发动机混合气稀（过量空气系数大于1）时，排气中氧离子含量较多，传感元件周围的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现低阻状态。当发动机的可燃混合气浓（过量空气系数小于1）时，由于燃烧不完全，排气中会剩余一定的氧气，传感元件周围的氧离子很少，在催化剂铂的催化作用下，使剩余氧离子与排气中的一氧化碳
20、CO产生化学反应，产生二氧化碳CO2，将排气中的氧离子进一步消耗掉，二氧化碳呈现高阻状态，从而大大提高了传感器的灵敏度。四、氧化钛式氧传感器汽车电子控制技术45 氧传感器失效的主要原因是传感元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。氧传感器主要中毒是指铅（Pb）、硅（Si）中毒和磷（P）中毒。五、氧传感器的使用六、氧传感器的检修 检修氧传感器主要是检查加热元件和信号电压变化频率是否正常。检测氧传感器信号电压变化的频率时，高、低电平之间变化应不低于10次/min 。汽车电子控制技术46【功用】【功用】给ECU提供进气温度信号
21、，作为燃油喷射和点火正时控制的修正信号。【安装位置】【安装位置】D型：空气滤清器内或进气管内； L型：空气流量计内【工作原理】【工作原理】常采用负温度系数的热敏电阻。 负温度系数：温度升高，电阻下降。进气温度传感器电阻值信号电压THA 进气温度传感器电阻值信号电压THA 第六节 温度传感器汽车电子控制技术47 进气温度传感器构造、电路及其检测在ECU中有一标准电阻与传感器的热敏电阻串联，并由ECU提供标准电压，E2端子通过E1端子搭铁。检测检测：拆下传感器放入热水中，检查其特性。如丰田车：20时电阻47k，20 时电阻23k，40 时电阻9001300，60 时电阻400700，80 时电阻2
22、00400。传感器ECU热敏电阻汽车电子控制技术48 冷却液温度传感器【功用】【功用】给ECU提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火正时控制修正信号。【安装位置】【安装位置】汽缸体水道上或冷却液出口处。【工作原理】【工作原理】与进气温度传感器相同。【信号【信号类类型】型】电压信号THW发动机温度传感器电阻值信号电压THW 发动机温度传感器电阻值信号电压THW 汽车电子控制技术49冷却液温度传感器构造、电路及其检测测量不同温度条件下发动机冷却液温度传感器的输出电压，观察电压是否满足其特性曲线。传感器热敏电阻ECU传传感器感器电电阻特性曲阻特性曲线线电阻（k）水温（）汽车电子控制技术50 在
23、发动机电子控制系统中，当点火时刻采用闭环控制时，就能有效地抑制发动机产生爆震。爆震传感器DS（Detonation Sensor）是点火时刻闭环控制必不可少的重要部件，其功用是将发动机爆震信号转换为电信号传递给ECU，ECU根据爆震信号对点火提前角进行修正，从而使点火提前角保持最佳。 按检测缸体振动频率的检测方式不同，爆震传感器分为共振型与非共振型两种，传感器安装在发动机缸体侧面。 按结构分为压电式和磁致伸缩是两种。 第七节 爆震传感器一、爆震传感器的功用与类型汽车电子控制技术51 压电元件制成垫圈形状，在其两个侧面上制作有金属垫圈作为电极，并用导线引到接线插座上。惯性配重与压电元件以及压电元
24、件与传感器套筒之间安放有绝缘垫圈，套筒中心制作有螺孔，传感器用螺栓安装固定在发动机缸体上，调整螺栓的拧紧力矩便可调整传感器的输出电压二、压电式爆震传感器三、磁致伸缩式爆震传感器四、压力检测式爆震传感器五、爆震传感器检修汽车电子控制技术52 蓄电池既是整车电器设备的电源，也是各种控制ECU的电源。蓄电池电压信号输入ECU的主要目的是：当蓄电池电压变化时，ECU将对喷油持续时间进行修正。电压升高时，减少喷油时间；电压降低时，增加喷油时间。当蓄电池电压变化时，ECU将对点火线圈初级电路接通时间进行修正。电压升高时，减少接通时间；电压降低时，增加接通时间。 发动机停止工作时，蓄电池直接向ECU的存储器
25、供电，消耗电流很小，约为520mA。第八节 开关控制信号一、蓄电池电压信号汽车电子控制技术53二、点火开关信号 点火钥匙转到“ON”（接通）位置时，点火开关接通信（12V）输入ECU，此时ECU将控制以下动作： （1）怠速步进电机进入预先设定位置； （2）根据歧管压力、大气压力和进气温度传感器信号，确定基本喷油时间； （3）根据冷却液温度传感器信号，修正喷油时间和点火时刻； （4）检测节气门位置传感器信号； （5）接通燃油泵继电器电路。如发动机不启动（即ECU未接收到启动信号STA），燃油泵工作约1秒后电路即被切断； （6）ECU控制按油泵继电器触点接通，向氧传感器加热元件通电加热； （7）控
26、制升档灯发亮显示（自动变速器汽车）。汽车电子控制技术54【作用】【作用】判断发动机是否处在起动状态。以便发动机控制模块能确定合适的空燃比和点火提前角，使发动机能顺利启动。三、启动信号汽车电子控制技术55【作用】【作用】在装有自动变速器的汽车上，ECU根据空档起动开关信号判别变速是处于P或N（停车或空档），还是处于L、2、D或R状态（行驶状态）。NSW信号主要用于怠速系统的控制。四、空挡起动开关信号（NSW）汽车电子控制技术56五、动力转向信号PSWP/S信号用于检测动力转向机的工作状态，ECU根据此信号控制进入发动机的混合气量。六、空调开关信号A/C空调开关信号用来检测空调压缩机是否工作，空调信号与空调压缩机电磁离合器的电源在一起，ECU根据A/C信号控制发动机怠速时点火提前角、怠速转速和断油转速等。（一）空调A/C选择信号 空调选择信号是通知ECU空调被选用而预告发动机负荷增加的信号。（二）空调A/C请求信号空调请求信号表示空调接通时，蒸发器温度在允许范围内。
