2012天利车业技术培训讲义－汽车发动机传感器

,汽车传感器是将有关汽车运行的变化量传递到有关的仪表或者控制器，在汽车上起到了“耳目”的作用。1970年以前，一般汽车上只有油压，水温，油量等三种传感器，分别监测发动机的润滑压力，冷却水温度和燃油箱的储量。,从70年代开始，伴随着汽车电子化的发展，汽车性能的提高和人们对环境保护意识的加强，传感器在现代汽车上的应用范围和使用数目也不断增加，目前轿车上的传感器已经广布全车，从发动机到变速器，从转向到安全气囊，从制动到悬架,从照明到空调都已经有了传感器的踪影。据统计，现在中级的轿车已有传感器20个左右，高级的轿车已达80个以上，而且趋势还在不断增加。,目前汽车传感器有两大类，一类是使驾驶者直接了解汽车各部分状态的仪表传感器，另一类是用于控制汽车运行状态的控制传感器。前一种早就有了，后一种是现代汽车电子技术的发展产物。控制传感器也是一种转换器，它将物理量，电量或者化学量等信号转换成一种计算机能够理解的电信号，传感器是控制系统的关键部件，如果没有各种传感器，计算机根本无法工作，汽车电子化也就无从谈起。,例如现代轿车的电子燃油喷射发动机上，都安装有进气温度传感器，真空传感器等多种传感器，它们各得其位，分别安置在进气管道，节流阀，分电器轴等位置上，监测进气温度，压力，流量以及发动机转速，将这些信号变成电信号传递给计算机，又称中央控制器(ECU)，它根据信号和储存在固定存储器中的信号进行比较，计算出当前工况下最佳的点火时刻及最佳的喷油量，从而输出脉冲电流去控制操纵有关元件。,汽车的工作环境是十分恶劣的，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受住从40c到150c的温度变化，而且要求精度高，可靠性好，反应快，抗干扰和抗震能力强，才能准确地将汽车运行上的有关量值进行实时检测，将它们转换成电信号供给中央控制器。,目前汽车传感器已从一般的电磁式发展成为用磁敏，气敏，力敏，热敏，光电，激光等多种形式的传感器，传感器的材料也从金属发展成为用半导体，陶瓷，光学纤维等材料。尤其是以光学纤维做成的光纤传感器，由于具有容量大，体积小，绝缘好，稳定性高，不怕电磁干扰等优点，已在一些轿车上应用。,目前轿车上的传感器所监测信号的范围越来越大，已从过去单纯监测车内物理变化到现在监测车内外的物理变化和化学变化，包括环境温度的变化，驾驶者的身体及精神变化，车辆的位置变化等等。传感器是电子控制系统的“探头”，传感器用得越多，车上的电子化越全面，轿车的自动控制程度也就越高。,现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。例如电控喷油喷射、废气排放、刹车防抱死系统、自动空调、大灯亮度控制、驾驶座位自动调整、转向控制、电控悬挂，等等。电子自动控制的工作要依赖传感器的信息反缋。,根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度、光亮度、干湿度、距离等功能的传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常甚至不工作。因此，传感器在汽车上的作用是很重要的。,汽车传感器过去单纯用于发动机上，现在巳扩展到底盘、车身和灯光电气系统上了。这些系统采用的传感器有100多种。在种类繁多的传感器中，常见的有以下种类,一：用在电控喷油喷射发动机上的传感器,进气压力传感器：,反映进气歧管内的绝对压力大小的变化，是向ECU（发动机电控单元）提供计算喷油持续时间的基准信号；,作用：根据进气歧管压力来间接地测量发动机吸入的空气量。,电路及结构原理分析结构原理：进气压力传感器主要由硅片、真空室和电路组成，硅片由于受到进气压力作用而变形，引起电阻值的变化，从而导致其输出的电压发生变化。Px、Px、电压、喷油量；Px、Px、电压、喷油量；,运行状态,线路状态,静态：4.0V怠速时:1.01.5V,0V,5.0V,0V,进气压力信号,C,0V,传感器搭铁,B,5.0V,5V传感器参考电源,A,传感器接口外形,工作原理在一定测量范围内，传感器受到的压力作用和测量信号（电压信号）成线性关系，此即压力传感器特性曲线。根据此特性曲线，ECU将接收到的电压信号换算成进气压力。传感器正常工作时，其管脚A75输出电压应在0.195V4.883V（对应进气压力为15kpa120kpa）之间。在故障诊断测试中，ECU将进气压力传感器输出电压信号处理成以曲轴每转180度为周期的平均输出电压，作为诊断模块的输入来判断故障。,进气温度传感器(IAT),1）作用：测定进气温度，使ECM能够计算出真实的进气量，进而修正基本喷油量。2）安装位置：进气总管上3）原理分析：其感温元件为负温度系数热敏电阻，温度越高，电阻值越小；反之，温度越低，电阻值越高。ECM根据进气温度信号，对基本喷油进行修正，修正量与温度成反比。,4）进气温度传感器电路,接线端子：1-信号地、2-温度信号；2030的常温下，其阻值为25001700,常见故障：供油失准，油耗增加。诊断与维修方法1、诊断仪：A）读取故障代码，检查有无进气温度传感器故障记录。B）读取数据流，变化进气温度观察仪器显示的进气温度是否变化正常，若不正常则说明传感器可能有故障。2、电阻法：用万用表检测进气温度传感器在不同温度下的阻值，其温度与阻值的关系应符合规定。3、电压法：用万用表直流电压档测量传感器的输出电压，此电压应随温度的升高而降低。,工作原理:当IAT正常工作时,系统所用的进气温度等于IAT信号电压指示进气温度。若IAT信号端对地短路,相应的指示进气温度则会过高，将设置DTCP0112。,节气门位置传感器,1）、作用：用于检测节气门的开度，并将其转换成电信号输给电控单元，作为电控单元判定发动机运行工况的依据。2）、安装位置：节气门体上。,电路及结构原理分析结构原理：节气门位置传感器主要由滑片电阻和滑片组成，滑片与节气门轴同转。实际为一个滑动电位计，电位计输出与节气门开度成比例的电压信号。节气门开度小时输出电压低，节气门开度大时输出电压高。常见故障常见故障：无怠速，怠速游车，加速不良,常见故障镀膜失效，阻值变化造成输出电压失准，起步发闯，加速不良；初始位置失准，输出电压偏高或偏低，造成怠速偏高或偏低。节气门处积炭过多，关闭不严，影响输出电压值和流量值，造成空燃比失准，怠速不稳。接头锈蚀，接触不良，造成电压偏低或不导通。诊断与维修方法当怀疑节气门位置传感器有故障时，应首先检查传感器与ECM的连接情况1、诊断仪：A）读取故障代码，检查有无节气门位置传感器故障记录。,水温传感器,作用：测定冷却液温度，并向ECU输送对应的电信号。ECU据此判别发动机处于什么工况，（冷车、暖机、热机）进而修正基本喷油量。安装位置：安装在冷却水道上（出水口）,水温传感器与ECU连接,常见故障（1）水垢、油垢是绝热失准的大害，造成空燃比失准。引起冷起动困难，怠速不稳、加速不良或冒黑烟费油。（2）传感器失效。指断路或短路，断路时，喷油量增大，怠速过高，短路时，喷油量减小，冷起动困难。（3）他生故障影响自身性能的好坏：节温器的失效或失准，影响机体的温度的高低，特别是电动风扇受CTS（冷排）控制的冷却系统尤为严重：,诊断与维修方法1、诊断仪：A）读取故障代码，检查有无水温度传感器故障记录。B）读取数据流，起动发动机观察仪器显示的水温度是否变化正常，若不正常则说明传感器可能有故障。2、电阻法：用万用表检测冷却液温度传感器在不同温度下的阻值，其温度与阻值的关系应符合规定。3、电压法：用万用表直流电压档测量传感器的输出电压，此电压应随温度的升高而降低。,位置与角度传感器检测,应用在汽车上的位置传感器有曲轴位置传感器、节气门位置传感器、液位传感器和车辆高度传感器。（还有凸轮轴位置传感器和方向盘位置传感器）其中曲轴位置传感器是发动机电子控制系统的主要部件，它是控制发动机点火正时、曲轴位置的的信号源。用于检测活塞上止点信号和曲轴转角信号，它也是测量发动机转速的信号。,曲轴位置传感器,曲轴位置传感器有三种型式：电磁脉冲式曲轴位置传感器、霍尔效应式曲轴位置传感器、光电效应式曲轴位置传感器。曲轴位置传感器型式不同，其控制方式和控制精度也不同。曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前端，也有的安装于分电器。,日产磁脉冲式曲轴位置传感器,该曲轴位置传感器安装在曲轴前端的皮带轮之后。在皮带轮后端设置一个带有细齿的薄圆齿盘（用以产生信号，称为信号盘），它和曲轴皮带轮一起装在曲轴上，随曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿着圆盘每隔4度有个齿，共有90个齿，并且每隔120度布置1个凸缘，共3个。,安装在信号盘边缘的传感器盒是产生电信号的信号发生器。信号发生器内有3个在永久磁铁上绕有感应线圈的磁头，其中磁头（2）产生120度信号，磁（1）和磁头（3）共同产生曲轴1度转角信号。磁头（2）对着信号盘的120度凸缘，磁头（1）和磁头（3）对着信号盘的圈，彼此相隔3度曲轴转角安装。,电磁脉冲式曲轴位置传感器大多数将两种位置传感器做成一体，其工作原理相同。磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器，它主要由信号发生器和转子组成。如图：信号转子每转过一个齿，传感线圈中便产生一个周期的交变电动势，线圈相应输出一个交变电压信号。如此，则可测出该轴的转速。,恒定磁通式：工作气隙中磁通不变，线圈中的感应电势由线圈相对永久磁铁运动并切割磁力线产生。变磁通式：磁铁、线圈均不动，感应电势由变化的磁通产生。如图示转速测量：,1一永久磁铁2一软磁铁，3一感应线圈4一测量齿轮,磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁扼组成，工作原理如图所示。,图5-1磁感应式传感器工作原理（a）接近；（b）对正；（c）离开1-信号转子；2-传感器线圈；3-永久磁铁；4-磁轭,磁感应式传感器的突出优点是不需要外加电源，永久磁铁起着将机械能转换为电能的作用，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，铁心中的磁通变化率也将随之发生变化。转速越高，磁通变化率也就越大，传感线圈中的感应电动势也就越高。,光电式曲轴位置传感器,光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号转变成为电信号的器件。一、光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量，从而产生的电效应。光电传感器的工作原理基于光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应两大类。1、外光电效应在光线的作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。向外发射的电子叫做光电子。基于外光电效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。,2、内光电效应当光照射在物体上，使物体的电阻率发生变化，或产生光生电动势的现象叫做内光电效应，它多发生于半导体内。根据工作原理的不同，内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：（1）光电导效应在光线作用下，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。（2）光生伏特效应在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极管。,主要由信号发生器、信号盘（即信号转子）、配电器、传感器壳体和线束插头等组成。信号盘是传感器的信号转子，安装在传感器轴上，结构如图所示,光电式曲轴位置传感器结构,光电式原理图：通过叶片对发光二极管照射到光敏三级管的光线地遮挡和通过，来控制光敏三级管的开关，从而使输出电压变化，以测得曲轴与凸轮轴位置转速。,霍尔式曲轴位置传感器,霍尔元件的结构和工作原理半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流I流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势UH，这种现象称为霍尔效应。霍尔效应是美国约翰.霍普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的,图5-7霍尔式传感器结构原理图,主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。,当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动，霍尔式集成电路中的磁场就会发生变化，霍尔元件中就会产生霍尔电压，经过信号处理电路处理后，就可输出方波信号。当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。当叶片进人气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，如图5-7(a）所示，霍而电压UH为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平。当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，如图5-7(b）所示，此时霍尔元件产生电压（UH二1.9v一2.0V)，霍尔集成电路输出级的三极管导通，传感器输出的信号电压U0为低电平。,主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）与永久磁铁组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片。霍尔式集成电路有霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。,霍尔式曲轴与凸轮轴传感器工作原理,霍尔式曲轴与凸轮轴传感器工作原理,当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动，霍尔式集成电路中的磁场就会发生变化，霍尔元件中就会产生霍尔电压，经过信号处理电路处理后，就可输出方波信号。当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气隙中转过。当叶片进人气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，如图5-7(a）所示，霍而电压UH为零，集成电路输出级的三极管截止，传感器输出的信号电压U0为高电平。当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构成回路，如图5-7(b）所示，此时霍尔元件产生电压（UH二1.9v一2.0V)，霍尔集成电路输出级的三极管导通，传感器输出的信号电压U0为低电平。,电磁感应式传感器具有结构简单，坚固耐用、能适应较高温度环境、能利用齿轮轮齿产生脉冲等优点，因而被广泛采用。其缺点是：输出电压的峰值随转速的大小而变化，在发动机启动时的低速状态下，感应电压很低，影响了控制精度。光电式传感器属于非接触式测量越来越多地用于生产的各个领域，输出的是数字信号，有利于电脑处理。其缺点是：它们对油或赃物在光通过转盘传递的干涉十分敏感，所以光电传感器的功能元件通常被设计成密封得十分好，但损坏的分电器或密封垫容器在使用中会使油或赃物进入敏感区域，这会引起行驶性能问题并产生故障码。霍尔效应式传感器输出的信号是矩形脉冲，很适合用于电脑数字系统，而且它的信号电压的大小与发动机转速无关，在发动机启动的低速状态下仍可获得很高的检测精度。,各种类型曲轴位置传感器的特点,曲轴位置传感器,1）作用：检测曲轴转速及曲轴转角信号，将此信号输入ECU，以决定点火和喷油时刻。2）安装位置：安装变速壳上，拆卸及安装时应注意不损坏传感器表面，并保证安装牢固。,3）、工作原理：利用磁场强弱来控制霍尔电压的有无，从而输出相应的频率信号，信号的有无取决于磁场的通断。,曲轴位置传感器与ECU连接,转速传感器（霍尔式）特性参数,常见故障：发动机抖动，加速不良，启动困难。诊断与维修方法1、诊断仪：A）读取故障代码，检查有无曲轴位置传感器故障记录。B）读取数据流，起动发动机观察仪器显示的发动机转速变化情况，若不正常则说明传感器可能有故障。2、电压法：用万用表直流电压档测量传感器的输出电压，起动发动机，此时应有电压产生。3、示波器法：可用示波器检测脉冲波形，每个齿对应一个电脉冲（方波信号），飞轮上为60-2齿飞轮。,凸轮轴位置传感器,常见故障：排放超标，油耗增加，加速不良诊断与维修方法1、诊断仪：读取故障代码，检查有凸轮轴位置传感器故障记录。2、电压法：A、传感器12V基准电压的检测若检查传感器端不正常则应进一步检查主继电器的输出端至传感器线路是否有断路或接触不良。B、检测信号输出电压是否正常；3、示波器法：可用示波器检测脉冲波形，每一转只产生一个高低电信号。,氧传感器与ECU连接图,结构原理分析：此传感器为带孔隙的陶瓷管，管壁外侧被发动机机排气包围，内侧通大气。并带有电加热器。当内外侧的氧浓度较大时，就会在两极之间产生电动势，浓度差越大，电动势越大。0.45V以上为1（浓信号），0.45V以下为0（稀薄信号），,氧传感器特性参数,氧传感器检测参数,常见故障：碳化物和铅化物的覆盖，气体不能渗透，氧离子不能扩散，产生失效报警。故障现象：怠速不良，加速不良，尾气超标，油耗增加同时氧传感器还是多路元件故障报警器，对系统油压的高低、滤清器的脏堵、三元催化器的脏堵等都很敏感。诊断与维修方法1、诊断仪：A）读取故障代码，检查有无氧传感器故障记录。B）读取数据流，运行发动机至正常怠速，用诊断仪观测传感器电压变化情况，一般为（0.10