汽车电工电子课件：压电爆震传感器

汽车电工电子基础

压电爆震传感器任务导入学习任务知识准备边学边做考核与评价12345知识拓展6压电爆震传感器爆震对于发动机来说是非常有害的现象，压电爆震传感器主要是检测发动机抖动度。本任务主要通过实例讲解，理论与实操相结合，对压电爆震传感器原理、作用、应用进行学习。任务导入压电爆震传感器１.理解压电陶瓷的特性；２.掌握压电陶瓷的检测；３.掌握压电陶瓷简单的应用电路。任务点１压电陶瓷的作用及测量学习任务知识准备压电效应就是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。压电效应产生的根本原因是在缺少对称中心的晶态物质中由电极化强度产生与电场强度呈线性关系的机械变形和反之由机械变形产生电极化强度的一种现象。一、压电效应１.压电陶瓷压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。这是一种具有压电效应的材料，压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效而制作，具有敏感的特性，像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。知识准备二、产生压电效用的材料２.石英晶体石英是矿物质硅石的一种，化学成分SiO2，形状为结晶的六角锥体，是一种物理特性和化学特性都十分稳定的物质。当石英晶体在某个方向受到外力的作用而变形时，其内部就会产生极化现象，同时在其表面产生极性相反的电荷，当外力消失时有回复不带电状态；当外力改变方向时，电荷极性也随之改变，即产生压电效应。知识准备二、产生压电效用的材料压电爆震传感器边学边做１.通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木、器材，见表4-13。压电爆震传感器２.实训步骤:压电陶瓷的测量(表4-14)。边学边做压电爆震传感器２.实训步骤:压电陶瓷的测量(表4-14)。边学边做压电爆震传感器３.实训步骤:有源蜂鸣器发声实训(表4-15）。边学边做压电爆震传感器４.实训步骤:音乐IC驱动压电陶瓷片（表4-16）。边学边做压电爆震传感器４.实训步骤:音乐IC驱动压电陶瓷片（表4-16）。边学边做续上表压电爆震传感器１.了解爆震传感器结构与分类；２.理解爆震传感器原理特性；３.掌握爆震传感器的应用。任务点２爆震传感器特性及应用学习任务爆震传感器用于检测发动机的振动，通过调整点火提前角控制和避免发动机发生爆震。在一般情况下随着点火提前角的增大，汽油机发生爆震的可能性增大，对已发生爆震的汽油机需减小点火提前角，即可消除爆震，爆震传感器通过检测会减小点火提前角，即可消除爆震，但汽车中只有在发生爆震的时候功率才是最大的，而爆震温度会融化气缸及火花塞，故不能发生爆震，不爆震功率达不到，此时爆震传感器会不断增大点火提前角到爆震点又开始减小，然后又开始增大，这就使汽车不发生爆震而且功率又最大。知识准备一、汽车爆震传感器的用途爆震传感器是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件，它的功用是检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机ECU。常见的爆震传感器有两种：一种是压电式爆震传感器；另一种是磁致伸缩式爆震传感器。压电式爆震传感器利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作，也有利用掺杂硅的压电电阻效应的。如图4-17所示。该传感器的外壳内装有压电元件、配重块及导线等。其工作原理是:当发动机的气缸体出现振动且振动传递到传感器外壳上时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件所受的压力发生变化。从而产生电压，ECU检测出该电压，并根据其值的大小判断爆震强度。知识准备二、汽车爆震传感器的类型、组成、原理图4-17压电式爆震传感器的结构1-引线2-配重块3-压电元件知识准备二、汽车爆震传感器的类型、组成、原理如图4-18所示，磁致伸缩式爆震传感器的内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。其工作原理是:当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7Hz左右处与发动机产生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。图4-18

磁致伸缩式爆震传感器的外形与结构知识准备三、爆震传感器在汽车上的应用和原理爆震传感器作用于点火系统中，爆震传感器是指燃烧室内的终燃混合气产生自燃的不正常现象。由于爆震会产生高强度的压力波冲击燃烧室，所以不仅能听到尖锐的金属声，还会对发动机的部件产生较大的影响。点火时间过早是产生爆震的主要原因。为了使发动机以最大功率运行，最好能把点火时间提前到发动机刚好不至于发生爆震的极限范围，所以必须在点火系统中增设爆震传感器。

知识准备三、爆震传感器在汽车上的应用和原理

传感器的外壳内装有压电元件、配重块及导线等。其原理是:当发动机的汽缸体出现振动传递到传感器外壳时，外壳与配重块之间产生相对运动，夹在两都之间的压电元件上的挤压力发生变化，使其输出的电压信号发生变化，而控制组件仅能检测出7KHz振动而形成的电压。根据此电压的大小来判断爆震强度，进而相应地把点火时间推迟以避免爆震。知识准备三、爆震传感器在汽车上的应用和原理爆震传感器失灵引发的故障分析如下。１)故障现象一辆田佳美轿车，在行驶中发动机状态恶化，检查灯突然闪亮。２)故障分析在行驶时发动机检查灯亮，那就是说自诊断记忆装置中一定会保存有某种故障信息。通过检查灯的亮、灭次数，判断其表示的故障代码应该是“52”，与维修说明书进行核对，这个代码表示爆震信号系统异常。知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析爆震传感器安装在发动机的外形，如图４-19所示，其内部构造，如图４-20所示。传感器内部有一个振动板，在发动机发生爆震时(约7-8KHZ)，这个振动板产生共振，其振动作用于压电元件，压电元件产生电压，当加速或者大负荷状态发动机产生轻微爆震时，传感器向ECU输入爆震信号，爆震传感器电路，如图４-21所示，ECU接收到爆震传感器送来的爆震信号后，指示减小点火提前角，一直到爆震停止，但是，若爆震传感器自身或者配线产生故障，上述爆震控制过程都不能正常进行。此时为了保护发动机，提高发动机的运转性能，计算机把点火提前角固定在某个不能产生爆震的数值上，这就是所谓的“安全失效”设计，不过ECU要把发动机控制系统产生的故障码显示给驾驶员，因此，就点亮了发动机检查灯。知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析图4-19爆震传感器外形知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析图4-20爆震传感器的构造图4-21爆震传感器的电路图知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析３)故障诊断与排除按照维修说明书的操作顺序检查，拨下ECU连接器，测量屏蔽网与地之间的电阻值，实测阻值几乎无穷大(基准值为1MΩ).真此对配线进行检查，既没有短路也没有断线，均属于正常，接下来就只有对爆震传感器进行检查(必须用示波器观察)，把示波器的探头接在爆震传感器的连接端子上，用小锤子轻轻敲击发动机缸壁,操作后输出的信号波形，如图４-22所示。信号波形的峰值电压只有不过350mV左右，而正常的爆震传感器输出的信号波形峰值电压大约在800mV左右，至此，可判断为爆震传感器有故障，通过更换新的爆震传感器，经检查实验，一切故障现象消失。知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析图4-22

用小锤子轻轻叩击发动机缸壁，爆震传感器输出的信号波形知识准备四、汽车爆炸传感器的案例分析压电爆震传感器１.通过以上学习，具备了一定的理论知识，下面将进行实训。首先，准备实训需要使用的积木、器材，见表4-17。边学边做压电爆震传感器２.实训步骤:汽车爆炸传感器特性实训(表4-18)。边学边做压电爆震传感器(１)