车用传感器

发动机电控技术主讲人：罗新平传感器定义：能够感受规定的物理量，并按一定规律转化成可用输出信号的器件或装置。简单地说，传感器就是把非电量信号转化为电信号的装置。一、空气流量计（MAF）第二章车用传感器MAF=MassAirFlow【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动机的进气量转换成电信号，并将信号输入ECU。【安装位置】空气滤清器与节气门体之间。【分类】按测量原理分叶片式空气流量计热式空气流量计卡门旋涡式空气流量计空气流量计安装位置(一)翼板式空气流量传感器（MAF）翼板式空气流量传感器的安装位置1．翼板式空气流量传感器结构翼板式空气流量传感器（MAF）由翼板部分、电位计部分和接线插头三部分组成。补偿挡板缓冲室弹簧测量板温度传感器旁通气道封口调节螺钉电位计•翼板式空气流量计的内部构造（1）翼板部分翼片部分的构造如下图所示。其由两者铸成一体的测量翼片和缓冲翼片，安装在空气流量计壳体上的翼片转轴，安装在转轴一端的螺旋复位弹簧（安装在电位计部分内），空气旁通通道等构成。(2)电位计部分电位计部分布置在空气流量计壳体上方，由平衡配重、滑臂、螺旋复位弹簧、调整齿圈和印刷电路板组成，如下图所示。(3)翼板式空气流量传感器内部电路图解叶片式空气流量计：内部电路进气量↑→电压信号↑个别车型也有电压信号降低的。(4)接线插头2．工作原理随着进气量的增加，翼板的开启角度也增大，传感器的输出电压US则随之减小。发动机控制模块是利用US/UB的数值来准确计算进气量的，因为蓄电池电压UB的变化会带来传感器输出电压US的变化，从而造成信号的失准。通常情况下，传感器的输出电压应从怠速时的大约4.5V到最大负荷时的0.5V，并且在翼板开度增大的过程中，传感器的信号输出电压应连续变化。动画演示：3、检修(1)检测部位信号、传感器外部线路、内部线路、机械部分(2)常见故障叶片总成卡滞、电位计滑动触点磨损且与镀膜电阻接触不良、燃油泵触电烧蚀且接触不良(3)万用表检测信号线：插好连接器，点火开关ON，测量各接脚间的电压。搭铁线：拔下连接器，点火开关OFF，测量插头E2、E1与搭铁间的电阻，应为0Ω。电源线：拔下连接器，点火开关ON，测量插头VＣ与搭铁间的电压，应为5V，插头FＣ与搭铁间的电压，应为12V。传感器静态电阻：拔下连接器，点火开关OFF，测量插座各接脚间的电阻。电阻测量点火开关置于“OFF”位置，拔下传感器导线连接器，用万用表测电阻：油泵开关的检查：叶片关闭时FC-E1无穷大叶片开启一定角度FC-E10Ω测量叶片全闭VS-E2200—600Ω测量叶片从全闭到全开VS-E2200—1200Ω示波器检测:模拟信号：输出信号电压随进气流量的增大而增大怠速时输出电压约为lV，节气门全开时应超过4V，急减速时输出电压并不是非常快地回到怠速电压。在急加速时波形中的小尖峰是由于叶片过量摆动造成的(二)卡门涡旋式空气流量传感器（MAF）卡门斡旋式空气流量传感器的安装位置1、测量原理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。卡尔曼涡流理论：在流动气体中放置一个柱状物（称涡流发生器）后，在其下游流体中就会形成两列平行状涡旋，并且左右交替出现，因此根据漩涡出现的频率，就可以测量出流体的流量。根据卡尔曼涡流理论单侧涡流产生的频率f与流体速度v之间具有如下关系：f=0.2v/d。当卡门式空气流量计外型结构确定，经过其气体的体积流量:Q=C*f2、优缺点优点：响应速度快、测量精度高、进气阻力小、无摩擦、性能好。缺点：制造成本高（只在少数中、高档车上用）3、卡门涡旋式空气流量传感器的外型4、分类根据传感器输出信号的形成原理，卡门涡旋式空气流量传感器分为：反光镜式和超声波式两种。(1)卡门涡旋式空气流量传感器（反光镜）动画演示：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，从而将反光二极管投射的的光发射给光电管，对反射光进行检测。(2)卡门涡旋式空气流量传感器(超声波式)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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检测：点火开关转至“ON”位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与E2间电压应为2～4V。检测：点火开关转至“ON”位置，检测VC与E2间电压应为5V，KS与E2间电压应为2～4V。其数据参数如下表所示。示波器检测:数字信号：输出信号频率随进气流量增大而增大，占空比、脉冲宽度也改变。(三)热线式空气流量传感器（MAF）1、热线式空气流量传感器正面图2.分类按测量元件形式分：热线式和热膜式。热线式空气流量计按测量位置分：主流测量方式、旁通测量方式。热线式：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。3、热线式空气流量传感器的工作原理热线式空气流量计的工作原理如上图所示，在进气管道中放置热线电阻RH，当空气流过热线时，热线的热量被空气吸收，使其变冷。热线周围通过的空气质量流量越大，被带走的热量将增加。热线式空气流量计是利用热线与空气之间的这种热传递现象进行空气质量流量测量的。其工作原理是将热线温度与吸入空气温度差保持在100℃，热线温度由混合集成电路控制，当空气质量流量增大时，由于空气带走的热量增多，为保持热线温度，混合集成电路使热线电阻通过的电流增大，反之，则减小。这样，使得通过热线电阻的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流随着空气质量流量的增大而增大，随空气质量流量减小而减小。动画演示原理：空气流量增大，铂丝热线电阻ＲH温度降低，ＲH电阻减小，加热电流ＩＨ增大，以维持热线温度一定（比气流温度高100℃），信号电压US增大。该传感器是利用测量热线来测量单位时间内的进气量，并根据进气温度的变化进行补偿，随着发动机进气量的增加，传感器输出的电压也随之增加（4）使用优点：进气阻力小；响应速度快，测量准确。缺点：热丝易坏，易污染。自动“烧净”作用：起动，怠速，提速至3000r/min，再怠速，关闭点火开关；控制电路发出控制电流，使热线升至1000℃，加热1s。(热机、一定转速，熄火后自动“烧净”）5.热膜式空气流量传感器（1）.原理：同热丝式（2）.结构：热膜式空气流量计的结构如图所示，其发热体不是热线而是热膜，它是由发热金属铂固定在薄的树脂膜上构成的。这种结构可使发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了空气流量计的可靠性。铂膜镀在陶瓷基片上（3）.使用优点：热膜不易损坏，可靠性高，不易污染，无需自洁，成本低。应用：国产桑塔纳2000GSi、捷达GT、GTX、帕萨特B52.8L4.检测：同热丝式6.热线、热膜式空气流量传感器检测检测（热膜式）：发动机怠速运转，读测量数据块显示组02，检查进气流量。标准值应为2.0～5.0g/s。如果不在标准范围内或者查询到空气质量计有故障，应检查空气质量计及其电路。流量信号线：插好连接器，起动，测量插头5与搭铁间的电压，怠速时，为1.5V，并随进气流量的增大而增大。搭铁线：拔下连接器，点火开关OFF，测量插头3与搭铁间的电阻，应小于1Ω。电源线：拔下连接器，起动，测量插头2与搭铁间的电压，应为12V；插头4与搭铁间的电压，应为5V二、进气歧管绝对压力传感器（MAP）IMAPS＝IntakeManifoldAbsolutePressureSensor1.作用：间接测量空气流量的传感器。检测进气歧管的真空度，并将压力信号转变成电子信号输送给发动机控制电脑，作为控制喷油脉冲宽度和点火正时的主要参考信号。2.安装位置：（1）用一根真空管从节气门后边引到传感器上（2）直接装在节气门后方的进气歧管上（3）装与ECU内：电脑外部连接真空管3.信号类型：压敏电阻式为电压信号，电容式的为频率信号半导体压敏电阻式结构:A.结构压力转换元件是利用半导体压阻效应制成的硅膜片。硅膜片为约3mm的正方形，其中部经光刻腐蚀形成直径约2mm、厚约50μm的薄膜。在膜片表面规定位置有四个应变电阻，以惠斯顿电桥方式连接，如下图所示。B.工作原理(动画演示）压力转换元件是利用半导体的压电效应制成的硅膜片，一侧是真空室，另一侧是进气管负压，因此进气歧管内的压力越高，硅膜片的变形越大，其应变与压力成正比。附着在薄膜片上的应变电阻的阻值与压力成正比变化，这样，利用惠斯顿电桥将硅膜片的变形变成电信号。由于输出的电信号很微弱，还需要混合集成电路进行放大后输出。这种进气压力传感器输出的电信号具有随进气歧管绝对压力的增大呈线性增大的特性。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。信号特点：随着进气歧管压力的上升，传感器的输出电压也越来越高。基本上是成线形增长的关系。在通常情况下，传感器信号电压范围应该从怠速运转时的大约1.25V，平稳上升到节气门全开时的大约5V。进气压力膜片变形应变电阻输出信号电压4.进气歧管压力传感器线路连接5、使用优点：体积小，精度高，响应性好，成本低。缺点：急加速是响应慢。注意：安装在压力波动小的部位。应用：广泛，丰田、通用、克莱斯勒公司生产的很多款汽车，国内上海大众桑塔纳2000GLi型轿车，切诺基，广州本田，别克6、进气压力传感器的检测万用表检测信号线：接脚PIM与E2间的动态信号电压，随进气压力增大而增大,大气压3.3V~3.9V.搭铁线：插头E2与搭铁间的搭铁电阻电阻，应为0Ω。电源线：插头VCC与搭铁间的供电电压，应为4.5-5.5V。搭铁信号电源拔下插头：VC5vPIM小于5V插上插头：VC5vPIM不发车时3.3-3.9V发车怠速时为1.5V示波器检测:模拟信号：通常信号电压在怠速时为1.25V，当节气门全开时略低于5V，全减速时接近OV。有些进气歧管压力传感器设计成相反方式，即当真空度增高时输出电压增高。7、总结进气压力传感器一般为三线端子元件（VC.PIM.E）,同时还存在其他类型(大众车有THA）并不是所有的进气压力传感器的信号电压与节气门开度成正比。在信号线上存在检测电压。三、节气门位置传感器TPSTPS=ThrottlePositionSensor1.作用：检测节气门的开度和开关的速率，并把该信号转变为电压信号送给发动机的控制电脑，作为控制喷油脉冲宽度、点火正时、怠速转速、尾气排放的主要修正信号，同时也是空气流量传感器或进气歧管压力传感器的辅助信号。反映节气门开度（负荷）的大小，判定发动机怠速、部分负荷、全负荷工况，实现不同的控制模式；反映节气门变化快慢（加速、减速），实现加速加浓和减速减油或断油控制。2.安装位置：在节气门轴上，和节气门一体运动。。3、节气门开度传感器的分类（动画演示）（1）触点式节气门位置传感器（2）电位计式节气门位置传感器（3）综合式节气门位置传感器（一）触点式节气门位置传感器1、节气门位置传感器2、怠速触点3、全开触点4、滑动触点5、节气门轴1.结构:由滑动触点和两个固定触点（功率触点和怠速触点）组成。2.工作原理节气门全关闭时，可动触点与怠速触点接触，可检测节气门的全关状态。当节气门开度达50°以上时，可动触点与负荷触点接触，检测节气门大开度状态。在中间位置时，可动触点同任何一个触点都不接触。怠速触点全开公用端大负荷怠速50%断开1闭合0013.开关量输出型节气门开度传感器与发动机控制模块之间的连接1.结构:（二）电位计式节气门位置传感器2