发动机电控技术电子课件第三章

汽车发动机电控技术图解教程电子课件第三章黄费智、黄理经编著机械工业出版社2013年2月,第三章燃油喷射电控系统元件结构原理与检测技术学习目标：1.熟悉并理解燃油喷射电控系统各类传感器、执行器和开关信号的结构原理和安装位置；2.掌握各类传感器、执行器和开关信号的使用和检测方法；3.具有初步分析解决各类传感器、执行器故障的基本技能。第一节燃油喷射电控系统传感器的结构原理发动机电控燃油喷射系统所采用的传感器主要包括空气流量传感器（或歧管压力传感器）、曲轴位置传感器、凸轮位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、氧传感器和车速传感器等。主要开关信号包括点火开关信号、起动开关信号、电源电压信号等。兹将其结构原理分述如下:,一、空气流量传感器AFS(又称空气流量计AFM)空气流量传感器的功能是检测发动机的进气量，并将其转换成电信号输入ECU,作为其计算喷油时间和点火时间的主要依据。空气流量计按照检测进气量的方式分为压力型（D型）和空气流量型（L型）两种。L型空气流量计又分为体积流量型（包括叶片式、量芯式和涡流式）传感器与质量流量型（包括热丝式和热膜式）传感器。空气流量计在汽车中的安装位置如图3-1所示。图3-1空气流量计在车上的安装位置,1.叶片式(或翼片式)空气流量传感器AFS它是一种利用力矩平衡原理和电位器原理的机电结合式的传感器，具有可靠性高、结构简单和价格便宜的优点。丰田佳美、皇冠2.8的5M-E发动机、子弹头以及马自达等轿车都采用过叶片式空气流量传感器。（1）叶片式空气流量传感器的结构叶片式空气流量传感器主要由检测部件、电位计、调整部件、进气温度传感器和接线插座等组成。电位计由带平衡重的滑臂和印刷电路板上的镀膜电阻组成，安装在空气流量传感器壳体的上部。滑臂固定在转轴上，并随转轴一起转动。,图3-2叶片式空气流量传感器的结构,叶片式空气流量传感器结构见图3-2。1）电位“计”及其调整部件：,2）检测部件：检测部件由测量叶片和缓冲叶片组成，两者铸为一体，固定在电位计转轴上，如图3-3所示：图3-3叶片式空气流量计检测部件的结构,图3-4叶片式空气流量传感器（AFS）原理电路a)有限流电阻R；b)无限流电阻R1-油泵触点；2-电位计；3-限流电阻；4-进气温度传感器；UB=12V，UC=5V,3）检测部件工作电路与接线插座：叶片式空气流量传感器原理电路见图3-4。空气流量计的内部电路分为两种：图3-4a为模拟控制系统传感器电路，其电源电压12V；图3-4b为数字控制系统传感器电路,其电源电压为5V,并取消了限流电阻R。接线插座为7端子插座，分别与传感器内部的电位计、进气温度传感器和油泵触点相连接。端子代号标示在插座护套的相应位置上。4）进气温度传感器：（2）叶片式空气流量传感器的工作原理叶片式空气流量传感器的工作原理如图3-5与图3-6所示，当吸入的空气流过传感器主进气道时，传感器叶片就会受到气流压力产生的推力力矩和复位弹簧的弹力力矩的双重作用。,图3-5叶片式（AFS）工作原理简图图3-6叶片式（AFS）输出特性1-滑动触点臂；2-限流电阻；3-镀膜电阻；4-转轴；5-复位弹簧；6-叶片；7-CO调整螺钉,1）模拟电路的计算公式：对于图3-4a所示的模拟电路，在计算进气量时，为了避免电源电压UB波动对测量精度的影响，因此采用信号电压与电源电压之比值来计算进气量QA,即：（2-1）式中：QA体积流量，；C常数；-电压比。2）数字电路的计算公式：对于图3-4b所示的数字电路，为了保证测量精度，必须采用稳压电源来提供UC(5V)所需之电源电压。这样，根据端子VS输出的电压，便可精确计算出进气量QA,即：（2-2）3）两项修正:为了避免环境温度和大气压力变化对于检测空气流量带来的误差，必须采用进气温度传感器和大气压力传感器来进行两项修正。进气温度传感器一般与空气流量传感器制成一体，大气压力传感器一般都安装在电控单元内部。（3）叶片式空气流量传感器的常见故障与检测方法1）叶片式空气流量传感器常见故障：电位计的电阻值不准确；电位计的滑动臂与碳膜电阻接触不良；回位弹簧的弹力减弱；油泵开关触点检查不良等。以上故障会造成发动机起动困难、功率下降、运转不平稳和油耗增加等问题。,（4）叶片式空气流量传感器的检测方法：3VZ-FE发动机的叶片式空气流量传感器的电路及其检测见图3-7。图3-7叶片式空气流量传感器的电路及其检测图,1）就车检测方法表3-1叶片式空气流量传感器各种温度下的标准电阻2）离车检测方法将点火开关置于“OFF”位置，拔下空气流量传感器导线连接器，拆下空滤器，拆开空气流量传感器出口处空气软管“卡箍”和固定螺栓，取下空气流量传感器。先检查电动汽油泵开关，用万用表档测量E1FC端子，在叶片全关闭时，E1FC间不应导通，其电阻为；而叶片开启后，E1FC间应导通，其电阻为0。然后慢慢推动旋转叶片，同时用万用表档测量VSE1端子间电阻，当叶片由全闭到全开的过程中电阻值应逐渐变小，并与表3-2相符，否则应更换传感器。,表3-2叶片式空气流量传感器各种温度下的标准电阻（1）3）输出信号的波形检测：通常，叶片式空气流量传感器的输出电压均是随空气流量的增加而升高的，且其波形的幅值当气流速度不变时，应保持稳定。否则，应更换空气流量计。叶片式空气流量传感器输出信号的波形见图3-8：,图3-8叶片式空气流量传感器输出信号波形,2.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。（1）涡流式空气流量传感器的测量原理在流体中放置一个柱形物体（称为涡流发生器）后，在其下游的流体中，便会形成两列平行的漩涡，且左右交替出现。卡尔曼涡流产生原理如图3-9所示。图3-9“卡尔曼”涡流产生原理,（2）涡流式空气流量传感器的分类及其优缺点1）涡流式空气流量传感器的分类与应用：根据检测漩涡频率的方式不同，可分为“光电检测式”和“超声波检测式”两种。采用光电检测式的如凌志LS400、皇冠3.0轿车等；采用超声波检测式的有现代Hyundai、三菱Mitsubishi吉普车和长风猎豹Cheetah吉普车等。2）涡流式空气流量传感器的优缺点：涡流式空气流量传感器的优点:其输出信号是与漩涡频率相对应的脉冲数字信号，其响应是所有空气流量传感器中最快的一种，几乎能同步反映空气流速的变化，因此检测精度高；无运动部件，进气阻力小，且无磨损、使用寿命长，；涡流式空气流量传感器的缺点:检测的流量为体积流量，需要对空气温度和大气压力进行修正；制造成本高，因此，只适用于少数中高档轿车采用。,（3）光电检测涡流式空气流量传感器的结构原理1）传感器的检测原理：当发动机的进气空气流流过涡流发生器时，发生器两侧便会交替的产生涡流，且进气量越大，漩涡的数量就越多，因此涡流压力变化的频率就越高。光电检测涡流式流量传感器检测原理见图3-10。图3-10光电涡流流量传感器检测原理1-张紧带；2-光电管；3-反光镜；4-板簧；5-卡尔曼漩涡；6-导压孔；7-漩涡发生器,2）检测试验数据：利用发动机故障诊断测试系统在皇冠3.0轿车上实测光电检测涡流式流量传感器的输出信号见表3-3。表3-3皇冠3.0轿车光电检测涡流式流量传感器输出信号表3-3中数据表明：当发动机的转速越高，则汽缸吸入的进气量越大，进气涡流中漩涡的数量就越多，因此涡流所产生的信号频率也就越高。ECU根据涡流的频率，即可计算出发动机进气气流的流速和流量。3）传感器的结构特点：光电检测涡流式流量传感器由涡流发生器8、发光二极管LED1、光敏三极管6、反光镜2、张紧带3、集成电路和进气温度传感器4等组成。,3）传感器的结构特点：光电检测涡流式流量传感器由涡流发生器8、发光二极管LED1、光敏三极管6、反光镜2、张紧带3、集成控制电路和进气温度传感器4等组成。光电检测涡流式流量传感器的结构见图3-11。图3-11光电检测涡流式流量传感器的结构a)外形结构；b)内部结构；1-发光二极管；2-反光镜；3-张紧带；4-进气温度传感器；5-涡流；6-光敏三极管；7-导压孔；8-涡流发生器；9-整流网栅,涡流发生器1用合成树脂与厚膜集成电路5封装成一体，集成电路IC的作用是将频率的模拟信号转换成数字信号后输给ECU，为了避免环境温度变化带来检测误差，故采用进气温度传感器进行修正。光电检测涡流式流量传感器的内部结构见图3-12。,图3-12光电检测涡流式流量传感器剖视图a)进气流量方向剖视图；b)垂直进气流量方向剖视图；1-涡流发生器；2-导压孔；3-板簧片；4-进气温度传感器；5-厚膜IC；6-光敏三极管；7-发光二极管LED；8-线束插座；9-导压腔,图3-13空气流量传感器的电路及其插座的端子,4）光电检测涡流式空气流量传感器的检测：图3-13为丰田雷克萨斯LS400空气流量传感器的电路及其插座的端子。电阻和电压检测：电阻和电压检测如图3-13所示：表3-4光电检测涡流式空气流量传感器各端子间的电阻和电压,输出信号波形检测：输出信号的波形如图3-14所示：图3-14光电检测涡流式空气流量传感器输出波形,（4）超声波检测涡流式空气流量传感器的结构原理1）超声波检测涡流式空气流量传感器的结构特点：超声波检测涡流式流量传感器如图3-15所示。它由涡流发生器3、超声波发生器6、超声波接收器10、集成控制电路2、进气温度传感器9和大气压力传感器1等组成。主空气道7下面的旁通空气道8的功能是调节主空气道的空气流量，使同一种流量计可用于不同排量发动机。图3-15超声波检测涡流式流量传感器的结构1-大气压力传感器；2-集成控制电路；3-涡流发生器；4-涡流稳定板；5-涡流；6-超声波接收器；7-主空气道；8-旁通空气道；9-进气温度传感器；10-超声波发生器,2）传感器的检测原理流量传感器AFS由中间纵向的涡流发生器2与“整流”网栅1，和横向的超声波发生器3、4与超声波接收器5，以及信号处理电路6组成。信号处理电路6的功能是对信号进行整形处理，形成ECU可以接受的二进制方波信号。ECU根据漩涡的频率就可以计算出发动机进气气流的流速和进气量。超声波检测涡流式流量传感器原理电路见图3-16和图3-17。,图3-16超声波检测涡流式流量传感器原理电路1-整流网栅；2-涡流发生器；3-超声波；4-超声波发生器；5-超声波接收器；6-信号处理电路,图3-17为超声波检测涡流式流量传感器输出波形及其形成原理。图3-17超声波检测涡流式流量传感器输出波形,3.热丝式与热膜式空气流量传感器（1）热丝式与热膜式空气流量传感器的结构特点1）“热丝”式空气流量传感器结构特点：图3-18热丝式空气流量传感器的结构,“热丝”式空气流量传感器的主要元件包括感知空气流量的铂金热丝电阻RH（热丝）、根据进气温度进行修正的补偿电阻RK（冷丝）、控制热丝电流并产生输出信号的控制电路板和空气流量计壳体等。其结构如图3-18所示。热丝支承环后端的塑料护套上，粘结着一只精密电阻RS，该电阻上的电压降即为空气流量计的输出信号US。它构成单臂电桥的一个臂（见图3-21中的RS和US）。单臂电桥中还有两个电阻R1和R2安装在控制电路板上。控制电路板在空气流量计的下方，通过接线插座将空气流量计的信号传给ECU。2）热膜式空气流量传感器的结构特点：热丝式流量计缺点是热丝容易吸附灰尘，影响测量精度，需要增加自洁功能，使用寿命较短。“热模式”流量计是热丝式的改进产品。其制作方法是在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺淀积“铂”金属薄膜，然后通过光刻工艺做成梳状电阻，将电阻值调整好后，在表面再覆盖一层绝缘保护膜，并引出电极引线制成。见图3-20：,图3-19热膜式AFS的外形图3-20热膜式AFS内部元件示意图,（2）热丝式与热膜式空气流量传感器的测量原理热丝式与热膜式空气流量传感器是利用空气流过热丝或热膜时的冷却效应原理而工作的。铂金属热丝或热膜与其他几个电阻组成单臂电桥电路，如图3-21b所示。当传感器工作时，热丝或热膜被控制电路提供的电流加热到高于进气温度100，此时电桥处于平衡状态。当发动机工作时，进气气流流过热膜时，便带走了热膜的热量，热膜变冷，其电阻值下降，于是打破了电桥的平衡状态。控制电路的功能是始终要维持电桥的平衡状态不变。于是控制电路会自动加大通过热膜的电流，以使得热膜电阻又恢复到原有值，使电桥重新达到平衡。热丝式与热膜式AFS工作原理和输出特性如图3-21、图3-22、图3-23和图3-24所示：,图3-21热丝式与热膜式AFS原理电路a）电路连接；b)电桥电路；-温度补偿电阻（进气温度传感器）；-发热元件（热丝或热膜）-信号取样电阻；、-信号精密电阻；-信号电源电压；-信号电压；A-信号控制电路),图3-22热膜式AFS工作原理图3-23热丝式与热膜式AFS输出特性曲线图3-24热丝式与热膜式AFS测量原理示意图a)怠速或热空气时；b)负荷增大或冷空气时,（3）热丝式与热膜式空气流量传感器的温度补偿原理当进气温度发生变化时，热膜的温度也会受其影响而跟随变化，因此进气量的测量精度就会受到影响。为消除此影响而设置温度补偿电阻（即温度传感器）。从电桥电路中可以看出：当进气温度降低而使热膜上的电流增大时，为了保持电桥平衡，补偿电阻上的电流也相应增大，以保证热膜与补偿电阻之差值保持恒定（100）。因此，便消除了进气温度变化当进气量测量精度的影响。（4）热膜式空气流量传感器的检测热膜式空气流量计较常见故障有热膜脏污、热膜损坏和热敏电阻工作不良等，会造成发动机运转不平稳、不工作、加速不良或油耗过高等现象。桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机热膜式空气流量计插头端子与连接电路如图3-25所示。1）外观检查与线路连接情况：检查防护网、热膜有无异常，如发现异常应予更换。检查流量计与ECU的连接导线是否正常以及插接是否可靠。相关端子间的线路，其电阻值应小于1。,图3-25桑塔纳2000GSi轿车AJR发动机热膜式空气流量计插头端子与连接电路1-空端子；2-正12V电源；3-负信号线；4-正5V电源；5-正信号线,2）就车检测拔下流量计的导线连接器，起动发动机，用万用表直流电压挡测量端子2与搭铁间电压，其值应大于11.5V。否则，应检查熔丝、油泵继电器及其连接线路。打开点火开关，用万用表直流电压挡测量端子4与“搭铁”间电压，其值约为5V。否则，应检查连接线路。如连接正常，则应更换ECU。3）车下检测拆下流量计，在端子4与搭铁在间加5V电压、端子2与“搭铁”之间加12V电压，用电吹风向流量计内吹风，同时用万用表直流电压挡测量端子5与3间的电压。再改变吹风距离，此时电压表读数应能平稳缓慢变化，且当距离远离时电压下降，而接近时电压升高。否则，流量计应予更换。,4）输出信号波形检测：关闭所有附属电器设备，起动发动机，经怠速稳定运转后检测输出信号电压，并做加速和减速试验。图3-26热膜式空气流量计输出信号波形,表3-5空气流量传感器AFS性能比较,表3-5（续）空气流量传感器AFS性能比较4.空气流量传感器的性能比较空气流量传感器的性能比较如表3-5所示。1）叶片式流量计：性能可靠、结构简单、价格便宜，因此，在20世纪70年代被广泛采用。但其体积大、安装不便、进气阻力大，急加速时响应特性差，且需要进行温度修正。2）热膜式和热丝式流量计：为克服叶片式流量计的缺点，从20世纪80年代开始，相继开发了“卡尔曼”涡流式、热丝式和热膜式流量计。特别是热丝式和热膜式流量计能够直接测量空气质量流量，可避免海拔变化而引起的测量误差，其空气阻力小、测量精度高、反应速度快，所以成为现代倍受青睐的产品得到广泛运用。,二、进气歧管绝对压力传感器1.歧管压力传感器的功能与类型歧管压力传感器全称是进气歧管绝对压力传感器MAP，其功能与空气流量计相似，是一种间接测量发动机进气量的传感器。它可以测量出发动机在各种负荷状况下的进气歧管的进气绝对压力值，并将其转换成为电压信号输送给ECU,与发动机转速信号一起，作为燃油喷射和点火控制的主控信号。进气歧管绝对压力传感器的安装位置比较灵活，一般位于节气门体的后方的进气总管上，也有的车型通过真空软管与进气总管连接。只要能将进气歧管内的进气压力引入传感器的真空管内，传感器就可安放在任何位置。按工作原理，进气歧管绝对压力传感器分为压阻效应式、电容式和电感式三类。其中利用半导体硅的压阻效应和微电子技术制成的“压阻式”传感器，具有灵敏度高、动态效应好、易于微型化和集成化等优点，而得广泛应用。2.压阻效应式进气歧管绝对压力传感器（1）压阻效应：单晶硅材料受到外界压力作用后，其内部电阻率发生明显变化的现象称为压阻效应。,（2）压阻效应式歧管压力传感器的结构桑塔纳轿车所用MAP的外形和结构如图3-27所示。它主要由硅膜片、真空室、混合集成电路、真空管接头、线束插头和壳体等组成，如图3-28所示。图3-27歧管压力传感器的外形与结构a)桑塔纳轿车用MAP的外形b)MAP的结构简图,图3-28压阻效应式歧管压力传感器的内部结构,（3）压阻效应式歧管压力传感器的工作原理进气歧管压力传感器的等效电路如图3-29所示。当接通点火开关时，单臂桥形电路便加上电源电压UCC。当发动机不工作时单臂桥形电路中4个应变电阻片电阻相等，电桥平衡输出电压U0为0。图3-29进气歧管压力传感器等效电路,（4）压阻效应式歧管压力传感器的输出特性压阻效应式歧管压力传感器的输出特性如图3-30所示。图3-30压阻效应式进气歧管压力传感器的输出特性,图3-31压阻效应式进气歧管压力传感器与ECU的连接电路,（5）压阻效应式歧管压力传感器的检测1）电源电压检测：压阻效应式歧管压力传感器电源电压检测方法如图3-31所示。,2）输出信号电压检测：将点火开关置于“ON”位置但不起动发动机，拆下连接传感器与进气歧管的真空软管。在ECU导线连接器侧，用万用表电压挡测量传感器PIM端子与E2端子在大气压力下的输出电压，并记下此电压值；然后用真空泵向歧管压力传感器内施加真空，从13.3KPa(100mmHg)起，每次递增13.3KPa(100mmHg)，一直增加到66.7KPa(500mmHg)为止；接着测量在上述各种真空度下，传感器PIM端子与E2端子的输出电压，并记下各个输出电压值；该电压值应随着真空度的增加而不断下降。将实测结果与标准值比较，如不符，应查明原因，进行检修或更换传感器。表3-6所示为皇冠轿车2JZ-GE发动机歧管压力传感器输出电压与歧管压力的关系，可供检测中参考。表3-6歧管压力传感器输出电压与歧管压力的关系,三、曲轴与凸轮轴位置传感器在多点燃油顺序喷射系统发动机工作时，ECU在控制喷油器过程中，首先必须知道哪一缸活塞即将到达排气上止点。同理，ECU在控制火花塞跳火时，首先也必须知道哪一缸活塞即将到达压缩上止点。然后ECU再根据曲轴转角信号控制喷油器喷油或火花塞跳火的具体时刻。可见，曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器是必不可少的最主要的传感器。1.曲轴与凸轮轴位置传感器的功能与分类（1）曲轴与凸轮轴位置传感器的功能1）曲轴位置传感器CPS，也称发动机转速或曲轴转角传感器。其功能是采集发动机曲轴的转动角度和发动机转速信号，以便ECU确定和准确控制发动机的喷油时刻和点火时刻。2）凸轮轴位置传感器CIS,又称“判缸”传感器和相位传感器。其功能是采集配气凸轮轴的位置信号，以便ECU识别“第一缸”活塞的压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火控制和爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机启动时识别出第一次点火的时刻,（2）曲轴与凸轮轴位置传感器的分类电控发动机常用的曲轴与凸轮轴传感器分为光电式、磁感应式和霍尔式三种。例如“日产公爵王（Cedric）、三菱、猎豹吉普”采用光电式曲轴与凸轮轴传感器；丰田系列轿车采用磁感应式曲轴与凸轮轴传感器；捷达AT、GTX、桑塔纳2000GSi、3000型、奥迪200型轿车采用磁感应式曲轴位置传感器和霍尔式凸轮位置传感器；“红旗CA7220E、切诺基吉普车”采用霍尔式曲轴和凸轮轴位置传感器，且曲轴位置传感器为差动霍尔式传感器。2.光电式曲轴与凸轮轴位置传感器（1）光电式曲轴与凸轮轴位置传感器的工作原理,光电式曲轴与凸轮轴位置传感器利用光电感应原理制成。如图3-32所示。图3-32光电式凸轮轴/曲轴位置传感器原理,（2）光电式曲轴与凸轮轴位置传感器的结构特点日产汽车的光电式凸轮轴/曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器以及带光孔和缝隙的信号盘组成，如图3-33所示。,图3-33日产光电式凸轮轴/曲轴位置传感器的布置,光电式凸轮轴/曲轴位置传感器输出波形如图3-34所示：图3-34光电式凸轮轴/曲轴位置传感器输出波形（3）光电式曲轴位置传感器的检测1）曲轴位置传感器线束检测：图3-35示为光电式曲轴位置传感器连接器（插头）端子位置。检查时脱开曲轴位置传感器导线连接器，点火开关置“ON”：图3-35曲轴位置传感器插头图3-36曲轴转角传感器线束测量,2）传感器输出信号检测用万用表电压挡接在传感器侧3号端子和2号端子上，在起动发动机时，电压应为0.21.2V。在起动发动机后的“怠速”运转期间，用万用表电压挡检测2号端子和1号电阻之间的电压应为1.82.5V。否则，应更换曲轴位置传感器。3）光电曲轴位置传感器输出信号波形检测：起动发动机，用示波器观察光电曲轴位置传感器输出信号波形应符合图3-37要求，否则应更换曲轴位置传感器。,图3-37光电传感器输出信号的波形,3.磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器（1）磁感应式传感器的基本结构与工作原理磁感应式传感器的基本结构如图3-38所示。磁感应式传感器主要由信号转子、感应线圈、永久磁铁和磁轭组成。磁力线穿过的路径为：永久磁铁N极定子与转子间气隙转子凸齿转子凸齿与定子磁头间气隙磁头导磁板永久磁铁S极。当信号转子旋转时，磁路中的气隙会周期性发生变化，磁路的磁阻和穿过感应线圈磁头的磁通量随之发生周期性变化。根据电磁感应原理，感应线圈中就会感应产生交变电动势。图3-38磁感应式传感器的基本结构与工作原理示意图a)凸齿接近磁头；b)凸齿正对磁头；c)凸齿离开磁头1-信号转子；2-传感线圈；3-永久磁铁；4-磁轭,磁感应式传感器电路组成包括信号发生器、滤波电路、放大电路、整形电路、以及线束插头等，如图3-39所示。图3-39磁感应式传感器及其电路,图3-40传感器中的磁通和电动势E的波形a)低速时输出波形；b)高速时输出波形,图3-40传感器中的磁通和电动势E的波形a)低速时输出波形；b)高速时输出波形,（2）桑塔纳与捷达轿车用磁感应式曲轴位置传感器1）曲轴位置传感器的结构特点：桑塔纳和捷达系列轿车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器安装在曲轴箱内靠近离合器一侧的箱体上其外形与结构如图3-41示。由信号发生器和信号转子组成，信号发生器由永久磁铁、信号线圈和线束插头组成，永久磁铁正对曲轴上的齿盘式信号转子安装，磁铁与磁轭连接构成导磁回路。图3-41捷达与桑塔纳车CPS外形与结构1-缸体；2-传感器磁头；3-信号转子；4-大齿缺,2）曲轴位置传感器的工作情况由以上信号转子的结构原理可知，当曲轴位置传感器信号转子随曲轴旋转时，信号转子每转过一个凸齿，在感应线圈中便会产生一个周期的交变的电动势，传感器相应输出一个交变的电压信号。经过整形和放大处理后输出的波形如图3-42（1）所示。由于信号转子上设置有一个产生发动机基准信号的大齿缺，当其转过磁头时，便会产生一个宽的脉冲信号，该信号对应于发动机1缸或4缸活塞压缩上止点前一定角度。当ECU接收到宽脉冲信号时，便可知道发动机的1缸或4缸活塞即将到达上止点TDC位置。然后ECU再根据凸轮轴位置传感器的信号来区分是1缸或是4缸。所以，大齿缺信号属于发动机的基准信号。曲轴位置传感器还为ECU提供发动机的转速信号，可见以下图注分析。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变为电能的作用，其磁能不会损失。由于转子“凸齿”与磁头间的气隙直接影响磁路的磁阻和传感线圈输出电压的高低，故在使用中，气隙不能随意变动。若发现气隙变化，必须按照规定调整。一般气隙设计在2mm左右。桑塔纳2000系列、3000系列和捷达系列轿车所用磁感应式曲轴位置传感器的标准气隙值为(1.80.01)mm。,图3-42（1）捷达与桑塔纳轿车曲轴和凸轮轴位置传感器输出信号,（3）丰田轿车用磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器丰田微机控制系统所采用的磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器由分电器改进而成，其结构如图3-43所示：图3-43丰田微机控制系统TCCS系统用CPS与CIS的结构a)主视图；b)俯视图,1）Ne信号发生器结构特点：Ne信号发生器安装在传感器壳体内，结构如图3-44a所示。主要由No.2信号转子、Ne感应线圈和磁铁组成。信号转子固定在传感器轴上，传感器轴由配气凸轮轴驱动，轴的顶端套装有分火头，转子外缘设置24齿。传感器线圈和磁头固定在传感器壳体内。2）曲轴转速与转角信号的产生原理与控制过程：当发动机曲轴旋转时，配气凸轮轴便驱动传感器信号转子旋转，转子“凸齿”与磁头间的气隙交替发生变化，感应线圈的磁通量随之交替地发生变化，在感应线圈中就会产生交变电动势，信号电压的波形图如图3-44b所示。3）G信号发生器的结构特点：G信号发生器是用来检测活塞上止点位置与判别哪一缸即将到达上止点位置的基准信号。故G信号发生器又称为“判缸”信号发生器，或上止点信号发生器或基准信号发生器。,G信号发生器由No.1信号转子、感应线圈G1、G2和磁头等组成，如图3-45所示。信号转子固定在传感器轴上，其径向尺寸设计成两个半径不同、弧度各为180的圆弧，从而形成两个凸缘和一个弧度为180的“园弧”。感应线圈G1、G2相隔180安装。G1线圈产生的信号对应于发动机“第六缸”压缩上止点前10（BTDC10）,G2线圈产生的信号对应于发动机“第一缸”压缩上止点前10（BTDC10）。4）判缸信号与上止点信号的产生原理与控制过程：G信号发生器的工作原理与Ne信号发生器产生信号的原理相同。当发动机曲轴旋转时，配气凸轮轴便驱动传感器G信号转子旋转，G信号转子(No.1信号转子)的凸缘便交替经过感应线圈的磁头，转子凸缘与磁头之间的气隙交替发生变化，于是，在感应线圈G1、G2中就会产生交变电动势信号。,图3-45TCCS系统G信号发生器的结构与输出波形a)结构图；b)波形图,传感器转子每转一圈（360），相当于曲轴旋转两圈（720）。由于感应线圈G1、G2相隔180安装，所以G1、G2中各产生一个脉冲信号。其中，信号G1对应于第六缸，用来检测第六缸上止点前位置；信号G2对应于第一缸，用来检测第一缸上止点前位置；信号波形及其相位的位置如图3-45b所示。由图可知，ECU检测的对应位置实际上是G转子凸缘前端接近并与线圈G1、G2的磁头对齐的时刻（此时磁通量最大，信号电压为0）的位置。该位置对应于活塞压缩上止点前10当ECU接收到G1信号发生器输入的正向脉冲下降沿时，便可判定第六缸活塞处于压缩行程，当ECU接收到G2信号发生器输入的正向脉冲下降沿时，便可判定第一缸活塞处于压缩行程。再根据Ne信号发生器产生的曲轴转角信号和点火顺序，即可将点火提前角和喷油提前角精确控制在计算确定的角度值。,表3-7磁感应式传感器的电阻值,5）检测：曲轴位置传感器常见故障是集成电路失效或断裂，引起无法起动或起动困难、加速不良、“怠速”不稳和容易熄火等现象。电阻检测：用万用表检测各传感器端子之间的电阻，应符合表3-7的要求，否则应更换传感器。,输出信号检测：起动发动机并“怠速”运转，然后用示波器或万用表检测传感器输出信号的波形，应如图3-46所示。传感器波形的幅值应随转速升高而升高，而且其幅值、频率和形状在一定的条件下应相似，相邻两脉冲的时间间隔（频率）相等，否则应更换传感器。图3-46磁感应式传感器输出信号的波形,4.霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器（1）霍尔式传感器的工作原理霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器以及其他形式的霍尔式传感器，都是依据霍尔效应制成的传感器。1）霍尔效应原理：霍尔效应原理如图3-47所示。图3-47霍尔效应原理图,2）霍尔式传感器工作原理和基本结构：霍尔式传感器工作原理和基本结构如图3-48所示。它主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片（磁轭）和永久磁铁等组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片（在霍尔式点火系统中，叶片数与汽缸数相等）。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。,霍尔效应原理可用公式表示为：上式中：RH-霍尔系数；d半导体基片的厚度，单位m；I电流；单位A；B磁感应强度，单位T。由上式可知，当通过的电流为某一定值时，霍尔电压UH随磁感应强度的大小而变化。,图3-48霍尔信号发生器基本结构a)叶片进入气隙，磁场被旁路；b)叶片离开气隙，磁场饱和。1-永久磁铁；2-触发叶轮；3-磁轭；4-霍尔集成电路,3）霍尔式集成电路组成：霍尔式集成电路组成如图3-49所示。图3-49霍尔集成电路组成框图,图3-50霍尔式凸轮轴位置传感器的结构和电路连接a)传感器结构图b)传感器连接线路,（2）桑塔纳与捷达轿车霍尔式凸轮轴位置传感器1）传感器的结构特点：捷达AT、GTX、桑塔纳2000GSi、3000型轿车采用的霍尔式凸轮位置传感器主要由霍尔信号发生器和信号转子（又称触发叶轮）组成，安装在发动机配气凸轮轴的一端，其结构与电路连接如图3-50所示。2）传感器的工作情况：表由霍尔传感器工作原理可知，当隔板进入气隙时，霍尔元件不产生电压，传感器输出5V高电平信号；当隔板离开气隙时，霍尔元件产生电压，传感器输出0.1V低电平信号；凸轮轴位置传感器输出信号与曲轴位置传感器输出信号之间的关系如图3-42（2）所示。,图3-42（2）捷达与桑塔纳轿车曲轴和凸轮轴位置传感器输出信号,（3）切诺基吉普车霍尔式凸轮轴位置传感器1）传感器的结构特点：切诺基吉普车“判缸”信号，由霍尔凸轮轴位置传感器（又称同步信号传感器）提供，它与配电器安装在一起，由脉冲环和霍尔信号发生器组成，其结构如图3-51所示。脉冲环由一块凸起叶片和一个窗口组成，各占180弧度。“脉冲环”安装在传感器轴上，由配气凸轮轴驱动旋转。霍尔信号发生器安装在传感器底板上。图3-51切诺基吉普车凸轮轴位置传感器的结构,2）传感器的工作情况：如图3-52所示：,图3-52切诺基吉普车CPS信号与正时关系,图3-52切诺基吉普车CPS信号与正时关系,5.差动霍尔式曲轴位置传感器切诺基吉普车和红旗CA7220E轿车采用差动霍尔式曲轴位置传感器和普通霍尔式凸轮轴位置传感器。（1）差动霍尔式传感器的结构特点差动霍尔式传感器又称双霍尔式传感器，其结构与磁感应式传感器相似，主要由带“凸齿”的信号转子和霍尔信号发生器组成，如图3-53所示。图3-53差动霍尔式传感器结构原理a)基本结构；b)输出波形,（2）切诺基吉普车的差动霍尔式曲轴位置传感器1）差动霍尔式传感器的结构特点：切诺基吉普车采用差动霍尔式曲轴位置传感器，安装在变速箱壳体上，如图3-54所示。其功能是向ECU提供发动机转速与曲轴位置（转角）信号。图3-54切诺基吉普车曲轴位置传感器的安装位置a)2.5L发动机b)4.0L发动机,图3-55切诺基吉普车曲轴位置传感器的结构a)2.5L发动机b)4.0L发动机,2）传感器的工作情况：传感器的工作情况详见以下注解：,3）霍尔式传感器的检测：霍尔式传感器的电路如图3-56所示。图3-56霍尔式传感器的电路传感器电源电压检测：拔下传感器的插接器，点火开关置于“ON”用万用表电压挡测量A、C端子间电压，应为电源电压（或规定电压），否则为电源线接触不良或断路。输出信号电压检测：起动发动机“怠速”运转，用万用表电压挡测量B、C端子间电压，应呈脉冲性变化，否则应更换传感器。电阻检测：点火开关置于“OFF”位置，拔下曲轴位置传感器导线插接器，用万用表挡跨接在传感器侧的端子A-B或A-C，万用表显示读数应为（开路），否则应更换传感器。,输出信号波形检测：起动发动机“怠速”运转，检测波形应如图3-57所示，否则应更换传感器。图3-57霍尔式传感器的输出信号波形,四、节气门位置传感器1.节气门位置传感器（TPS）的功能与分类（1）TPS的功能节气门位置传感器的功能是把汽油机运转过程中节气门的位置及其表征发动机负荷大小的开启角度的变化转变成为电信号输入ECU,用于判别发动机的工况并根据工况控制喷油量。此外，TPS信号还可作为变速器控制单元ECTECU确定变速器换挡时机和变速器“锁止”时机的主要信号之一。图3-58桑塔纳系列轿车节气门位置传感器TPS外形,节气门位置传感器安装在节气门体上节气门轴的一端，通过节气门轴带动其内部的电刷和触点转动，从而把节气门开度转换为电信号输出，如图3-59所示。图3-59节气门体和节气门位置传感器的安装位置,（2）TPS的分类节气门位置传感器按照结构不同可分为三类，即：触点开关式、线型电位计式和组合式。如桑塔纳2000GLi轿车采用的既有触点开关式，也有可变电阻式；夏利2000、“威乐”Vela、威驰VIOS、捷达AT、GTX、桑塔纳2000GSi、3000、红旗CA7220E、切诺基吉普车采用可变电阻式；丰田轿车既有组合式式，也有可变电阻式。节气门位置传感器按照输出信号类型不同可分为线型量输出型和开关量输出型两种。2.触点开关式节气门位置传感器（1）触点开关式节气门位置传感器的输出特性ECU首先根据触点的闭合情况来确认发动机的工况类型，然后根据不同的工况类型的需求来控制喷油量大小和点火提前时刻。触点开关式节气门位置传感器的输出特性如图3-60所示。,图3-60触点开关式节气门位置传感器输出特性,图3-60触点开关式节气门位置传感器输出特性,（2）触点开关式节气门位置传感器的结构和工作原理触点开关式节气门位置传感器的结构如图3-61所示，由一个与节气门轴联动的凸轮、一个活动触点和两个固定触点（怠速触点IDL与全负荷触点PSW）组成，由凸轮控制触点开启与闭合。触点开关式节气门位置传感器原理见图3-61图注。,图3-61触点开关式节气门位置传感器,（3）触点开关式节气门位置传感器的检测触点开关式节气门位置传感器与ECU的连接线路如图3-62所示。其检测步骤为：图3-62触点开关式节气门位置传感器与ECU的连接电路1）检测搭铁电路：断开点火开关，拆开传感器插接器，用万用表挡测量线束插接器E1端子与车身之间的电阻应为0。否则应检查ECU的E1端子与搭铁是否导通。2）检测工作电压：接通点火开关，用万用表电压挡分别检测线束插接器另外两个端子与车身之间的电压应为12V左右。若无电压，则表明电源线路有故障。此时应检测传感器的电源线、微处理器电源线、主继电器以及熔丝等。,3）检查传感器：在节气门“限位”螺钉与限位杆之间插入规定厚度的塞尺，用万用表挡检查各端子的导通情况，应符合表3-8的要求，否则应更换传感器。表3-8触点开关式节气门位置传感器各端子间导通情况触点开关式节气门位置传感器只能检测发动机的“怠速”和全负荷两种工况，而对于部分负荷工况无法输出准确的位置信号，故其性能存在局限性。,3.线性电位计式节气门位置传感器（1）线性电位计式节气门位置传感器的结构和工作原理线性电位计式节气门位置传感器的结构如图3-63所示。传感器内部装有滑动电阻，其滑臂与节气门轴一同转动。图3-63线性电位计式节气门位置传感器,（2）线性电位计式节气门位置传感器的输出特性线性电位计式节气门位置传感器的输出电压随节气门开度的增大而成直线上升，其输出特性如图3-64所示，其与ECU的连接电路如图3-65所示。图3-64电位计式节气门位置传感器图3-65电位计式节气门位置传感器输出特性与ECU的连接电路,4.组合式节气门位置传感器（1）组合式节气门位置传感器的结构原理组合式节气门位置传感器是在线性电位计式节气门位置传感器的基础上，加装一个怠速触点而形成的，如图3-66所示。怠速时，怠速触点闭合，输出怠速工况信号；而在其他工况时，电位计的电阻随节气门开度的变化而线性变化，从而将节气门的开度变为电压信号输送给ECU。（2）组合式节气门位置传感器的输出特性,组合式节气门位置传感器的输出特性如图3-67所示。图3-66组合式节气门位置传感器结构图3-67组合式节气门位置传感器输出特性,（3）组合式节气门位置传感器的检测组合式节气门位置传感器与ECU的连接电路如图3-68所示。图3-68组合式节气门位置传感器与ECU的连接电路其检测步骤为：1）检测搭铁电路：断开点火开关，拆开传感器插接器，用万用表挡测量线束插接器E2端子与ECU的E2端子之间的导线、ECU的E1端子与车身搭铁部位之间的连接情况，电阻应为0，即导线应导通。2）检测工作电压：接通点火开关，但不起动发动机，转动节气门，用万用表直流电压挡分别检测线束插接器上的三个端子IDL、VC和VTA与车身之间的电压，其大小应符合表3-9的要求。,表3-9组合式节气门位置传感器各端子电压3）检查传感器：检查线性电位计电阻：点火开关置于OFF位置，拔去节气门位置传感器的导线连接器，用万用表挡测量线性电位计的电阻（VTA与E2之间的电阻），该电阻值应随节气门开度的增大而呈线性增大。在节气门限位螺钉与限位杆之间插入规定适当厚度的塞尺，用万用表挡检查传感器导线连接器上各端子的导通情况和电阻值，应符合表3-10的要求，否则应更换传感器。表3-10组合式节气门位置传感器各端子电阻,图3-70节气门位置传感器的调整,（4）节气门位置传感器的调整节气门位置传感器的调整如图3-70所示。首先拧松节气门位置传感器的两个固定螺钉，然后在节气门限位杆与限位螺钉之间插入0.5mm塞尺，同时用万用表挡测量IDL与E2的导通情况。5.编码式节气门位置传感器编码式节气门位置传感器安装在节气门上，与节气门轴联动，可检测发动机的怠速状态、负荷状态和加、减速状态。（1）结构与工作原理：编码式节气门位置传感器有IDL触点、PWS触点、ACC1和ACC2触点。功率触点是滑动型，从70%开度到全开为滑动式，其与IDL触点和PWS触点接通的触点为搭铁电位E2，如图3-71所示。滑动的动触点同时有一个加速触点接通锯齿形的电路ACC1和ACC2，以指示加速信号，并在减速时不会使ACC1和ACC2接通。IDL触点用以检测怠速状态，PWS触点检测各负荷状态，ACC1和ACC2用以检测加速状态。,图3-71编码式节气门位置传感器,图3-71编码式节气门位置传感器,（2）编码式节气门位置传感器的检测用万用表挡检查各端子间的导通性，应如表3-11所示。表3-11各工况下触点间导通性测试1）电压检测：节气门全关，点火开关处于“ON”IDL与E2之间电压应为0.5V；PES与E2之间电压应为4.55V。节气门全开，IDL与E2之间电压应为4.55V,PES与E2之间电压应为0.5V。2）电阻检测：节气门全关，IDL与E2之间电阻应为10，PES与E2之间电阻大于1M；节气门全开，IDL与E2之间电阻应大于1M，PES与E2之间电阻为10。,6.发动机进气量调节系统上述各种节气门位置传感器存在一个共同问题，即都有机械传动（或移动）部件，长期使用后就会出现磨损，以致影响传感器和控制系统的工作性能。为解决这一问题，一汽大众近年来在捷达GIX型和宝来BORA等轿车上采用了发动机进气量调节系统：即发动机不同工况所需要的进气量由加速踏板传感器、节气门控制模块和电子式节气门体组成的进气调节系统进行调节。踏板传感器安装在加速踏板上，电子式节气门体由节气门位置传感器、执行机构和节气门组成。,发动机进气量调节系统的工作原理如图3-72所示。图3-72发动机进气量调节系统的组成与调节原理,五、温度传感器1.温度传感器的功能温度是反映发动机热负荷状态的主要参数。温度传感器的功能是将被测对象的温度信号转变为电信号输入ECU，以便其修正控制参数或判断被测对象的热负荷状态。传感器的功能一般随被测对象的不同而变化。如冷却液温度传感器CTS的功能是将发动机冷却液温度信号转变为电信号输入ECU，以便其修正喷油时间和点火时间。进气温度传感器IATS的功能是将发动机进气温度信号转变为电信号输入ECU，以便其修正喷油量。2.温度传感器的分类（1）按检测对象分类通常按检测对象将温度传感器分为冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、燃油温度传感器、空调温度传感器（也称空调温控开关）等。（2）结构与物理性能分类按照结构和性能分为热敏电阻式传感器、热敏铁氧体式传感器、双金属片式传感器和石蜡式传感器等。前两种属于物理型传感器，后两种属于结构型传感器。,3.热敏电阻式温度传感器（1）热敏电阻式温度传感器的结构组成热敏电阻是传感器的核心部件，它是在陶瓷半导体材料中，掺入适量金属氧化物，在1000以上高温下烧结而成。通过控制掺入金属氧化物的比例和烧结温度即可得到不同特性的热膜电阻。如测量排气温度的热敏电阻的工作温度高达6001000；而测量冷却液温度的热敏电阻的工作温度为-30+130。热敏电阻分为正温度系数型PTC、负温度系数型NTC、临界温度型CTR和线性热敏电阻。汽车普遍采用负温度系数型NTC热敏电阻温度传感器，如冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、燃油温度传感器等。其优点是灵敏度高、响应特性好、结构简单、成本低廉。,热敏电阻式温度传感器由热敏电阻、金属引线、接线插座和壳体等组成，见图3-73。图3-73热敏电阻式温度传感器的结构a)外形；b)两端子式；c)单端子式,（2）热敏电阻式温度传感器的特性与电路连接负温度系数NTC型热敏电阻温度传感器特性如图3-74所示。具有温度升高电阻减小，且呈明显的非线性特性。图3-75是温度传感器与ECU连接的工作电路。图3-74NTC型温度传感器特性图3-75温度传感器工作电路,图3-76热敏铁氧体式温度传感器工作原理a)低温时触点闭合；b)高温时触点断开,4.热敏铁氧体式温度传感器热敏铁氧体式温度传感器是利用热敏铁氧体材料的物理性能制成的传感器。热敏铁氧体材料是一种磁性随温度变化而变化的磁性材料。当环境温度低于某一温度（称为临界温度）时，热敏铁氧体将被磁化而形成一个强磁体；当环境温度高于临界温度时，热敏铁氧体将变成导磁性能较弱的物体。（1）传感器的结构组成热敏铁氧体式温度传感器的结构原理如图3-76所示。传感器由热敏铁氧体、永久磁铁和笛簧开关组成。热敏铁氧体夹在两个磁体之间，笛簧开关的触点和触点臂在热敏铁氧旁边。（2）传感器的工作原理在ECU内部串联一只分压电阻，传感器从ECU输入的信号电压等于热敏电阻上的分压值。当被测对象温度升高时，传感器阻值减小，热敏电阻上的分压值降低，ECU根据接收到的信号电压值，便可计算出对应的温度，从而进行实时控制。,（3）热敏铁氧体式温度传感器在汽车上的应用利用热敏铁氧体元件，可以制作成各种形式的温控开关，以满足温敏控制装置或自动控制系统电路对于自动接通与断开的要求。例如可将温控开关安装在散热器冷却液循环通道上，以根据冷却液温度的变化控