《传感器的结》PPT课件.ppt

1、第二章 传感器的结构原理与检测,学习目标： 熟悉电控发动机传感器的安装位置、作用、结构、标准数值与工作原理； 能用解码器读取传感器的数据并进行分析； 能用示波器检测传感器的波形并进行分析； 能用万用表检测传感器并进行分析； 能分析判断传感器信号不正常的故障原因。,第一节 概述,一、传感器的作用 传感器的作用是进行信号变换，把被测的非电量信号转换成电信号输入到电控单元，电控单元按照设定的程序对这些信号进行分析计算，用于在发动机整个工作范围内控制最优燃油喷射量、喷射时间，以减少废气排放并提高发动机功率和燃油经济性。 二、传感器的种类(需记忆) 用于汽车发动机电子控制系统的传感器有：空气流量传感器、

2、曲轴/凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、压力传感器、温度传感器、爆震传感器、氧浓度传感器、加速踏板位置传感器、供油量传感器、供油正时传感器、速度传感器和开关信号等。,第二节 传感器的结构原理与检测,一、空气流量传感器（MAF） 空气流量传感器简称空气流量计，安装在空气滤清器和节气门之间的进气管上，以便测量进入发动机气缸的空气流量，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决定喷油量和点火正时的基本信号之一。,分类 体积流量型需同时检测进气温度 质量流量型无需同时检测进气温度 叶片式 卡门涡旋式 热式 热膜 热线,1）结构 如右图，空气流量计主要由测量板、补偿板、回位弹簧

3、、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、叶片式空气流量计,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）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VS送给ECU。,在气流通道中放一个涡流发生器，气体通过后产生许多涡旋。 按检测分为：超声波检测法和反光镜检测法,2、卡门旋涡式空气流量计,1、反光镜 2、发光二极管 3、钢板弹簧

4、4、光电管 5、导压孔 6、涡流发生器,1）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镜上，使反光镜发生振动，从而使发光二极管投射的光发生偏离，光电管接收的光线发生变化。对光电管接收的光线进行检测，从而计算进气量。,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,2）超声波检

5、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,3、热式空气流量计,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。 特点：铂金属检测元件的响应速度很快，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)。此外还具有进气阻力小、无磨损部件等优点。,1）热线式空气流量传感器结构,温度补偿电阻的温度起到一个参考基准的作用。 热线电阻以铂丝制成，控制电路提供给它电流。 控制电路提供的电流将使温度补偿电阻的温度始终低于发

6、热元件的温度100，使进气温度的变化不至于影响发热元件(热丝)测量进气量的精度。,原理：如右图所示热线电阻RH以铂丝制成，RH和温度补偿电阻RK均置于空气通道中的取气管内，与RA、RB共同构成桥式电路。 RH 、RK阻值均随温度变化。当空气流经RH时，使热线温度发生变化，电阻减小或增大，使电桥失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度高于温度补偿电阻100。电流增量的大小，取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。,A：集成电路；RH：热线电阻 RK：温度补偿电阻 RA：精密电阻 RB：电桥电阻,举例：,（a）怠速、热空气 (b)非怠速、冷空气 进气量、进气温度与信号

7、电压关系,2）热膜式空气流量计 热膜式流量传感器与热丝式相比，因为热膜电阻的阻值较大，所以消耗电流较小，使用寿命较长。但是，由于其发热元件表面制作有一层绝缘保护膜，存在辐射热传导作用，因此响应特性略低于热丝式流量传感器。,3）热式空气流量计的检测 空气流量计的检测内容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、解码仪和示波器。 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。,热丝式空气流量计的信号是模拟信号，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

8、。,热膜式空气流量计信号是数字频率信号，应使用解码器检测显示数字频率信号 。,举例：（1）大众车空气流量计的检测 热膜式空气流量计 端子2为12V电源，端子3搭铁、端子4为5V电源、端子5为信号端。 端子1为进气温度传感器信号线,（2）通用别克君威车空气流量计检测 通用别克君威车采用的热丝型空气流量计，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。,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,热线式空气流量计,总结：,二、进气管绝对压力传感器（MAP）,作用： 在D型电控燃油喷射系统中

9、，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。 气压计,安装位置： 通过真空软管和进气歧管连接 直接安装在进气歧管上,压敏电阻式进气管绝对压力传感器,1绝对真空室 2硅片 3IC放大电路,工作原理,3.检修 (1)检查真空软管的连接情况。 仔细检查MAP的真空软管与节气门体的连接情况，如连接不良或漏气，就会影响传感器性能并直接影响发动机工作，可视情修理或更换真空软管。 (2)传感器参考电压的检测 1)万用表检测 进气压力传感器都是3线的，电源线、信号线和 接地线。 用万用表检测时应选用直流电压档，拔开进气压力传感器的端头，接通点火开关，电源线的

10、开路电压约+5伏。 信号电压通常怠速时约1.25V，节气门全开时略低于5V，全减速时接近0V。,2）诊断仪检测 用诊断仪检测可读取电压值或进气歧管绝对压力值。 3）示波器检测 关闭所有附属电气设备，起动发动机，并使其怠速运转，怠速稳定后，检查怠速时的输出信号。将发动机转速从怠速加到节气门全开，并持续2秒钟，再减速回到怠速工况，持续2秒钟，再急加速至节气门全开，然后再回到怠速，将波形定位在屏幕上，应有类似下图的波形出现。,三、节气门位置传感器（TPS） 功用 检测节气门开度信号： 修正空燃比。 自动变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号. 当空气流量计无信号时，替代进气信号。,1、触点式节气门

11、位置传感器 由滑动触点和两个固定触点（功率触点和怠速触点）组成。 节气门全关闭时，可动触点与怠速触点接触，当节气门开度达50以上时，可动触点与功率触点接触，检测节气门大开度状态。,2、电位计式节气门位置传感器 利用触点在电阻体上的滑动来改变电阻值，测得节气门开度的线形输出电压，可知节气门开度。全关时电压信号应约为0.5V，随节气门增大，信号电压增强，全开时约为4.5V。 三线,综合式 4线,检修： 1）万用表检测 拔去节气门位置传感器的插头，接通点火开关，测量线束处A端子电压应是5V。 缓慢打开节气门，测量节气门位置传感器B、C脚的电阻值，应该连续变化，不能有突变、断路或短路。 接上插头，接通

12、点火开关，测量B、C脚的信号电压，当节气门关闭时信号电压为0.5V，当节气门全开（WOT）时电压为4.5V，随着节气门缓慢打开，信号电压应从0.5V逐渐升高至4.5V，信号电压应该连续变化，不能有突变、断路或短路。,2）用诊断仪检测 用诊断仪检测节气门电位计信号电压，直接显示信号电压和节气门开度。 3）示波器检测,四、温度传感器 电控发动机上的温度传感器有冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器和排气温度传感器。 功用：是将被测对象的温度信号转变为电信号输入电控单元ECU，以便ECU修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。,1. 冷却液温度传感器（ECT，CTS） 水温传感器，是双线的

13、传感器，安装在发动机冷却水道上。 其功用是将发动机冷却液温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油时间和点火时间，使发动机处于最佳工作状态。,其内部是一个负温度系数的热敏电阻，温度高时电阻值小，温度降低时电阻值增大。 在不同的车型上其特性略有差异，一般温度为20时，电阻值约为2400左右，温度为80时，电阻值约为320左右。,检测： (1)诊断仪检测 直接读取温度数值 (2) 万用表检测 用万用表检测冷却液温度传感器开路时的5V工作电压，传感器的电阻值和信号电压。 当冷却液温度低时,热敏电阻值及其分压值大，ECU探测到电压高；反之，当冷却液温度高时，热敏电阻值及其分压值小

14、，ECU探测到信号电压低。ECU得到的信号电压值随发动机温度由低到高，呈非线性降低。,水温传感器本身或线路短路，ECU一般设定80 依次计算喷油量和点火时刻。 阻值一直过大，向ECU表示一直是冷车，会造成热车难起动、混合气过浓油耗增加、排气管冒黑烟等故障； 阻值一直过小，向ECU表示一直是热车，会造成冷车难起动、混合气过稀等故障。,2.进气温度传感器（ACT,IAT） 进气温度传感器有的安装在进气管路中，有的装空气流量计内，有的装在进气歧管压力传感器内。 功用：是将进气温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油量。,进气温度传感器是双线的传感器，内部是一个负温度系数的热敏

15、电阻。 在热车时进气温度传感器的信号电压大约是水温传感器的（23）倍。,油温度传感器安装在燃油箱中，其功用是检测燃油温度，ECU根据此信号对供(喷)油量进行修正。 排气温度传感器安装在排气管中，其功用是检测排气温度，主要用于排放控制。,五、爆震传感器（KS） 1.功用 检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机ECU, 发动机ECU根据爆震传感器信号修正点火提前角。 爆震传感器安装在缸体上。,工作原理：,2.检测 (1)万用表检测 别克君威的爆震传感器电路如图所示。,当点火开关ON时，33号端子与搭铁点间电压应为2.5V，当用金属物轻击爆震传感器附近缸体时，电压应在 2.5V上下摆动，如无电压

16、或轻击缸体时电压不变动，那应检查线路及爆震传感器本身。,(2)诊断仪检测 爆震传感器在发动机所有工况下都产生交流信号，ECU计算爆震传感器的平均信号电压。如果爆震传感器信号正常，爆震信号在平均计算电压上下变化。 用诊断仪可读取故障码，还可读取各缸检测爆震控制点火滞后角，各缸爆震传感器信号之间的偏差不得大于50，猛踩油门爆震传感信号最大可达到5.1V。,（3）示波器检测,六、曲轴位置传感器（CKP，CPS）与凸轮轴位置传感器(CMP，CIS) 曲轴位置传感器的功用是：采集发动机曲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。 凸轮轴位置传感器的功用是：采集配气凸轮轴的位

17、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。,曲轴位置传感器与凸轮轴位置传感器有 光电式 磁感应式 霍尔式,1光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器 (1) 结构特点 日产公司产生的光电式曲轴位置与凸轮轴位置传感器安装在分电器内。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。外圈制作有360个长方形透光孔(缝隙) ，间隔弧度为1 ，用于产生曲轴转角与转速信号；6缸发动机信号盘内圈制作有6个透光孔(长方形孔) ，间隔弧度为60 ，用于产生6缸各个气缸的上止点位置信号，其中有1个长方形宽边稍长的透光孔，用于产生第一缸上止点

18、位置信号。,信号发生器固定在传感器壳体上，由Ne信号(曲轴位置信号)发生器、G信号(凸轮轴位置信号)发生器以及信号处理电路组成。Ne与G信号发生器均由一只发光二极管LED和一只光敏晶体管(三极管)组成，两只LED分别正对着两只光敏三极管。,(2) 工作原理 当信号盘上的透光孔旋转到LED与光敏晶体管之间时，LED发出的光线就会照射到光敏晶体管上，此时光敏晶体管导通，其集电极输出低电平(0.10.3V)；反之电极输出高电平(4.8 5.2 V)。 如果信号盘连续旋转，光敏晶体管集电极就会交替地输出高电平和低电平。,(3) 光电感应式曲轴位置传感器检测 用万用表直流电压档检测传感器信号电压，起动发

19、动机时的电压应为0.21.2V。起动后怠速运转期间，信号电压应为1.82.5V。否则应更换曲轴位置传感器。 光电感应式曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器信号波形如图所示。,2. 磁感应式曲轴位置与凸轮轴位置传感器 (1) 工作原理 磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久 磁铁和导磁磁轭组成.,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。 磁感应式传感器不需要外加电源. 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。,(2) 大众车磁感应式曲轴位置与转速传感器 大众车的磁感应式曲轴位

20、置传感器安装在曲轴箱内 靠近离合器一侧的缸体上.,信号发生器用螺钉固定在发动机缸体上，由永久磁 铁、传感线圈和线束插头组成。,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.每个凸齿和小齿缺所占的曲轴转角均为3，大齿缺所占的曲轴转角为15,ECU内部计数电路每接收到58个信号，即可判定发动机曲轴旋转了一转。ECU根据接收曲轴位置传感器脉冲信号的数量，便能计算出发动机曲轴旋转的转速。,(3) 丰田车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器 安装在分电器内.上部分为凸轮轴位置传感器，又称为基准信号或G信号发生器，其功用是产生气缸识别信号。下部分为曲轴位置传感器，又称为Ne信

21、号发生器，其功用是产生曲轴转速与转角信号。,Ne信号发生器安装在传感器壳体下部，主要由No.2 信号转子、Ne传感线圈和磁头组成。,G信号发生器由No.1信号转子、传感线圈G1、G2和磁头等组成.,(4) 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内容包括线圈电阻和输出信号检查。 线圈电阻约几百欧姆至1千欧左右，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。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.,用示波器检测则能得到信号波形 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

22、规律的和可预测的。,3. 霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器 (1) 大众车霍尔式凸轮轴位置传感器 大众车采用的霍尔式凸轮轴位置传感器安装在发动机配气凸轮轴的一端，主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。,霍尔式凸轮轴位置传感器,信号转子又称为触发叶轮安装在配气凸轮轴的一端。当隔板(叶片)进入气隙时，霍尔元件不产生电压，传感器输出高电平(5V)信号；当隔板(叶片)离开气隙时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号(0.1V)。 发动机曲轴每转两转，霍尔传感器信号转子就转一圈，对应产生一个低电平信号和一个高电平信号，其中低电平信号对应于1缸压缩上止点前一定角度。,(2)别克君威3.0L车的霍尔式曲轴位置传

23、感器和磁感应曲轴位置传感器 别克君威3.0L车的霍尔式曲轴位置传感器，通常称作24X传感器，起动时及转速在1600转/分以下时起作用。24X传感器安装在曲轴前端。信号轮外缘上均匀分布着24个窗口。,别克君威3.0L车的缸体上还有一个磁感应曲轴位置传感器，通常称作7X传感器，转速在1600转/分以上时起作用。7X传感器安装在曲轴的中央，信号轮外缘上分布着7个齿缺，其中有2个齿缺很近，用于产生1、6缸上止点信号。,(3) 霍尔式曲轴位置传感器检测 霍尔式曲轴位置传感器的检测方法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。 曲轴位置传感器三端子分别为：电源、信号和搭铁。 当飞轮齿槽通过传感

24、器时，霍尔传感器输出脉冲信号，高电位为12V，低电位为0.3V。,(4)电控柴油发动机上的快速起动识别功能 有些发动机利用曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器设置快速起动识别功能。 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,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。为了能识别出各缸，传感器轮上另外3个相距角度不同的凸齿来代表1、2和3缸。,发动机转速传感器轮，在其圆周上有56（60-2-2）个齿和两个齿的齿缺，齿缺相

25、距180，并作为确定曲轴位置的参考标记。,霍尔传感器和发动机转速传感器波形,七、氧传感器（02S，）,氧传感器装在排气管上，其作用是探测排气中氧的含量多少。 闭环控制中十分重要的反馈信息，使混合气的空燃比保持在理论值附近的一个狭小范围内，保持三元催化器净化率的能力 。,氧化锆(Zr02),氧化钛( Ti02),加热型,非加热型,一般都为加热型传感器,1.氧化锆式氧传感器,加热型 非加热型,结构： 1)非加热型氧传感器 LS 特点：价格适中；结构紧凑、结实；耐高温性能好,最高工作温度可达1000(选择以铬镍铁合金作为保护套管时)；耐冲击性好；耐腐蚀性强；可选择带电缆接地形式的产品；能抵御污物覆盖

26、和中毒；工作性能稳定可靠；服务寿命80,000km。,2)加热型氧传感器 LSH 特点：在较低的排气温度下(如怠速)仍能保持工作；从而有效地实现闭环控制；更加灵活的安装位置；更快地进入工作状态；更灵敏的动态响应能力；更强的抗污染能力；更长的使用寿命，160,000km。,氧化锆式氧传感器的工作原理 氧传感器是按固态电解质的氧浓差原电池原理制成的。 发动机工作时，陶瓷锆管的内表面与大气(外界空气)相通，外表面被排气管中排出的废气包围。 两边的氧浓度相差悬殊。,当1(混合气稀)时，氧传感器输出信号电压几乎为零(小于100 mV)；当1(混合气浓)时，氧传感器输出信号电压接近1V(8001 000

27、mV)。 氧传感器产生的信号电压在过量空气系数=1时产生突变。,在ECU输入电路中，氧传感器信号电压与基准电压(一般为450 mV)进行比较。 当信号电压比基准电压高时，判定为混合气过浓； 当信号电压比基准电压低时，判定为混合气过稀。,氧化锆式氧传感器的工作条件 氧化锆式氧传感器必须满足： 1）发动机温度高于60； 2）氧传感器自身温度高于300； 3）发动机工作在怠速工况和部分负荷工况 三个条件，才能正常调节混合气浓度。,连接电路,前后双氧传感器 1)后氧传感器的作用： （1）监测三元催化转换器的转化效率 （2）通过测试三元催化转换器出口的含氧量，修改前氧传感器的电压目标值，微调发动机的空燃

28、比。,2、氧化钛式氧传感器,氧化钛式氧传感器的优点是结构简单，造价便宜，抗腐蚀抗污染能力强，经久耐用，可靠性高。 二氧化钛( Ti02)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。,结构：主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。,工作原理：由于二氧化钛半导体材料的电阻具有随排气中氧离子浓度的变化而变化的特性，因此氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。 可燃混合气浓度较浓 ，二氧化钛呈现低阻状态 可燃混合气浓度较稀 ，二氧化钛呈现高阻状态,工作条件： 1） 发动机温度高于60； 2） 氧传感器温度高于300

29、； 3） 发动机工作在怠速工况和部分负荷工况。,工作电路： 计算机ECU中的恒压源向氧传感器供给一个恒定电压。 当混合气浓度偏浓时，氧传感器电阻小，经氧传感器与ECU内部电阻分压后，ECU将接收到一个高电平(约0.9V)； 当混合气浓度偏稀时，ECU将接收到一个低电平(约0.1V)。 当氧传感器工作正常时，输出电压在高电平(0.9V)与低电平(O.1V)之间变动的频率，每分钟至少10次。,3.宽量程氧传感器 特点:能在=0.72.2空气成分的宽范围内精确地给出连续的特征变化曲线； 160,000km。宽频带型传感器外形尺寸比跳跃型 传感器仅大几毫米。,宽量程氧传感器主要由氧化锆参考电池、氧化锆

30、泵电池、扩散孔、扩散室、控制器A和B等组成,氧化锆参考电池，其功用是感知通过扩散小孔进入扩散室的废气中的氧浓度，并在内、外两电极之间产生电动势Us。 氧化锆泵电池则相当于一个氧气泵，通过给其输入泵电流，将废气中的氧“泵入”扩散室，或将扩散室中的氧“泵出”。 控制器的功用则是力图使扩散室内的氧浓度保持不变，即保持氧化锆参考电池产生的电动势Us为0.45V。,当混合气较浓，废气中的氧浓度较小时，氧化锆参考电池将产生高于0.45V的电动势。 单元泵以原来的工作电流工作，泵入测试室的氧量少。此时控制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度，单元泵泵入测试室中的氧量增加，使电压值恢复到450mv。,当混合气较稀，废气中的氧浓度较大时，泵在原来的转速下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量较多，电压值下降。为能使电压值尽快恢复到450mv的电压值，减小单元泵的工作电流，使泵入测试室的氧量减少。,单元泵的工作电流传递给控制单元，控制单元将其折算成电压值信号。,4、普通氧传感器的检修 氧传感器加热器电阻的检测。电阻值应符合标准值 。,氧传感器信号电压的检测 用诊断仪或用万用表读取氧传感器的信号电压。 氧传感器的信号电压将在0.45V上下不断变化，10S内