汽车传感器

汽车传感器汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一辆普通家用轿车上大约安装几十到近百只传感器，而豪华轿车上的传感器数量可多达二百余只。汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中。发动机控制系统用传感器发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。由于发动机工作在高温(发动机表面温度可达150℃、排气歧管可达650℃)、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100%RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境中，因此发动机控制系统用传感器耐恶劣环境的技术指标要比一般工业用传感器高1-2个数量级，其中最关键的是测量精度和可靠性。否则，由传感器带来的测量误差将最终导致发动机控制系统难以正常工作或产生故障。1.温度传感器温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温度以及催化温度等。温度用传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三种主要类型。三种类型传感器各有特点，其应用场合也略有区别。线绕电阻式温度传感器的精度高，但响应特性差；热敏电阻式温度传感器灵敏度高，响应特性较好，但线性差，适应温度较低；热偶电阻式温度传感器的精度高，测量温度范围宽，但需要配合放大器和冷端处理一起使用。已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型-50℃～130℃，精度1.5%，响应时间10ms；高温型600℃～1000℃，精度5%，响应时间10ms)、铁氧体式温度传感器(ON/OFF型，-40℃～120℃，精度2.0%)、金属或半导体膜空气温度传感器(-40℃～150℃，精度2.0%、5%，响应时间20ms)等。冷却水温度传感器的检测1、结构和电路冷却水温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却水接触，用来检测发动机的冷却水温度。冷却水温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻（图1（a）），它具有负的温度电阻系数。水温越低，电阻越大;反之，水温越高，电阻越小（图1（b））。水温传感器的两根导线都和电控单元相连接。其中一根为地线，另一根的对地电压随热敏电阻阻值的变化而变化。电控单元根据这一电压的变化测得发动机冷却水的温度，和其他传感器产生的信号一起，用来确定喷油脉冲宽度、点火时刻等。冷却水温度传感器与电控单元的连接如图2所示。2、冷却水温度传感器的检测（1）冷却水温度传感器的电阻检测A、就车检查点火开关置于OFF位置，拆卸冷却水温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表Ω档，按图3所示测试传感器两端子（丰田皇冠3.0为THW和E2北京切诺基为B和A）间的电阻值。其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1kΩ。B、单件检查拔下冷却水温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器;将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表Ω档测量在不同水温条件下水温传感器两接线端子间的电阻值，如图4所示。将测得的值与标准值相比较。如果不符合标准，则应更换水温传感器。（2）冷却水温度传感器输出信号电压的检测装好冷却水温度传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于“ON”位置时，从水温传感器导线连接器“THW”端子（丰田车）或从ECU连接器“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号（对北京切诺基是从传感器导线连接器“B”端子或从ECU导线连接器“2”端子上测量与接地端子间电压）。丰田车THW与E2端子间电压在80℃时应为0.25-1.OV。所测得的电压值应随冷却水温成反比变化。当冷却水温度传感器线束断开时，如从ECU导线连接器端子“2”（北京切诺基）上测试电压值，当点火开关打开时，应为5V左右。进气温度传感器的检测1、结构和电路进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管上或空气流量计上，还有的在空气流量计和谐振腔上各装一个，以提高喷油量的控制精度。如图1所示，进气温度传感器内部也是一个具有负温度电阻系数的热敏电阻，外部用环氧树脂密封。它和ECU的连接方式与水温传感器相同。2、进气温度传感器的检测（1）进气温度传感器的电阻检测进气温度传感器的电阻检测方法和要求与冷却水温度传感器基本相同。单件检查时，点火开关置于“OFF”，拔下进气温度传感器导线连接器，并将传感器拆下;用电热吹风器、红外线灯或热水加热进气温度传感器;用万用表Ω档测量在不同温度下两端子间的电阻值，将测得的电阻值与标准数值进行比较。如果与标准值不符，则应更换。（2）进气温度传感器的输出信号电压值检测当点火开关置于“ON”位置时，ECU的THA端子与E2端子,进气温度传感器连接器THA与E2端子间的电压值在20℃时应为0.5-3.4V。3.流量传感器流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。空气流量的测量用于发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、起动、点火等。空气流量传感器有旋转翼片式（叶片式）、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。旋转翼片式（叶片式）空气流量计结构简单，测量精度较低，测得的空气流量需要进行温度补偿；卡门涡旋式空气流量计无可动部件，反映灵敏，精度较高，也需要进行温度补偿；热线式空气流量计测量精度高，无需温度补偿，但易受气体脉动的影响，易断丝；热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样，但体积少，适合大批量生产，成本低。空气流量传感器的主要技术指标为：工作范围0.11～103立方米/min，工作温度-40℃～120℃，精度≤1%。燃料流量传感器用于检测燃料流量，主要有水轮式和循环球式，其动态范围0～60kg/h，工作温度-40℃～120℃，精度±1%，响应时间小于10ms。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。一、叶片式空气流量传感器的结构、工作原理及检测1、叶片式空气流量传感器结构及工作原理传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构如图1所示，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片)，如图2所示，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计，如图3所示。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量，如图4所示。在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关，如图5所示。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。流量传感器内还有一个进气温度传感器，用于测量进气温度，为进气量作温度补偿。叶片式空气流量传感器导线连接器一般有7个端子，如图5中的39、36、6、9、8、7、27。但也有将电位计内部的电动汽油泵控制触点开关取消后，变为5个端子的。图6示出了日产和丰田车用叶片式空气流量传感器导线连接器端子的“标记”。其端子“标记”一般标注在连接器的护套上。2、叶片式空气流量传感器的检测（1）丰田车叶片式空气流量传感器的检测图7所示为丰田PREVIA(大霸王)车2TZ-FE发动机用叶片式空气流量传感器电路原理图。其检测方法有就车检测和单件检测两种。A、就车检测点火开关置“OFF”，拔下该流量传感器导线连接器，用万用表Ω档测量连接器内各端子间的电阻。其电阻值应符合表1所示；如不符，则应更换空气流量传感器。表1叶片式空气流量传感器各端子间的电阻（丰田PREVIA车）端子标准电阻(kΩ)温度(℃)VS-E20.2-0.60-VC-E20.20-0.60-10.00-20.00-204.00-7.000THA-E22.00-3.00200.90-1.30200.40-0.7060FC-E1不定-B、单件检测点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，拆下与空气流量传感器进气口连接的空气滤清器，拆开空气流量传感器出口处空气软管卡箍，拆除固定螺栓，取下空气流量传感器。首先检查电动汽油泵开关，用万用表Ω档测量E1-FC端子:在测量片全关闭时，E1-FC间不应导通，电阻为∞；在测量片开启后的任一开度上，E1-FC端子间均应导通，电阻为0。然后用起子推动测量片，同时用万用表Ω档测量电位计滑动触点Vs与E2端子间的电阻(如图8):在测量片由全闭至全开的过程中，电阻值应逐渐变小，且符合表2所示；如不符，则须更换空气流量传感器。丰田CROWN2.8小轿车5M-E发动机的叶片式空气流量传感器各端子间电阻标准值如表3所示。表2叶片式空气流量传感器各端子间的电阻（丰田PREVIA车）端子标准电阻(Ω)测量片位置FC-E1∞测量片全关闭0测量片开启VS-E220-600全关闭20-1200从全关到全开表3叶片式空气流量传感器各端子间的电阻(丰田CROWN2.8小轿车5M-E发动机)端子温度(℃)测量片位置标准电阻(kΩ)E2-VS-完全关闭0.02-从关闭到全开0.02-1.00E1-FC-完全关闭∞-任何开度0E2-THA0-4.00-7.0020-2.00-3.0040-0.90-1.3060-0.40-0.70E2-VC--0.10-0.30E2-VB--0.20-0.40E2-FC--∞（2）日产车叶片式空气流量传感器的检测图9所示为日产车叶片式空气流量传感器电路的检测(端子“标记”有新旧两种)。用万用表Ω档测量各端子之间的电阻时，旧“标记”端子之间应符合表4所示的标准值，新“标记”端子之间应符合表5所示的标准值。否则，应更换空气流量传感器。表4空气流量传感器旧“标记”各端子间电阻值（日产车）触点端子标准电阻值(Ω)测量片位置电动汽油泵开关∞测量片关闭(触点打开)36-390测量片打开(触点关闭)电位计6-9250-350-6-8150-250-8-950-150-7-80-∞测量片由全闭到全开表5叶片式空气流量传感器新“标记”各端子间电阻值（日产车）端子电阻值(Ω)测量片位置33-35约100-33-34约200-32-330-∞测量片滑动时32-340-∞测量片滑动时25-34阻值随外界温度而定（3）五十铃车叶片式空气流量传感器的检测电位计与空气流量计的内部接线如图10所示。工作时，滑动臂在电位计的电阻片上滑动，端子7与8之间的电压U和端子6与9之间的电压UB作为输入信号输入电控单元中。在检查时，取下空气流量传感器的导线连接器，将万用表(电阻档)接在6、7端子上，使测量片平稳地张开，其间的电阻值是逐渐变化的；6与9端子之间的阻值为350-400Ω，空气温度传感器27与6之间的电阻值为0.30-1OKΩ。电动汽油泵触点39和36端子之间在测量片全闭时不导通(断开)；测量片只要稍一转动，39和36端子之间便导通。二、卡门涡旋式空气流量传感器的检查1、卡门涡旋式空气流量传感器结构和工作原理卡门涡旋式空气流量传感器的结构和工作原理如图11所示。在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论