第七章_爆燃与碰撞传感器

第七章爆燃与碰撞传感器第一节概述第二节爆燃传感器第三节碰撞传感器第一节概述一、爆燃传感器（一）爆燃及其与点火时刻的关系爆燃定义：电火花点燃混合气，火焰在混合气中不断传播，在传播过程中，压力和温度异常升高，一些部位的混合气不等火焰传到，就自行着火燃烧，产生瞬时爆发燃烧，产生高温和强大的压力波。危害：引起气缸体、气缸盖和进气歧管等薄壁构件的高频振动，以及运动机构的冲击载荷，产生很大噪声最终导致机件损坏，火花塞电极或活塞产生过热、熔损等现象。产生爆燃的主要原因：（1）压缩比过大（2）使用低辛烷值的汽油（3）点火时间过早（4）发动机过热爆燃与点火时刻及发动机转矩的关系：如图7-1•点火时间提前，燃烧的最大压力大，易发生爆燃•发动机发出最大转矩的点火时刻（MBT）是在开始产生爆燃的点火时刻（爆燃界限）的附近•设定点火时刻时，应留有安全余量•无爆燃控制时，余量应大，点火时刻比发出最大转矩的点火时刻滞后较多，转矩低•安装有爆燃传感器，可把点火时刻控制在接近爆燃极限的位置，以充分发挥发动机的潜力（二）爆燃控制系统1.系统的组成及其种类爆燃控制是现代集中电控系统中的一个子系统，在电控电子点火系统的基础上，增添一个爆燃传感器，爆燃信号作为点火提前角的反馈信号输入，由点火提前角控制算法进行处理，从而使点火时刻推迟或提前，实现点火提前角的闭环控制。爆燃传感器大多安装在气缸体上爆燃控制系统分类：1）压力传感器型•原理：在每缸火花塞的垫圈部位各装上一个压电元件，根据燃烧压力直接检测爆燃信息，转换成电压信号输入ECU•特点：灵敏度高、准确性好，成本高•目前市场上使用的这类传感器一般是火花塞座金属垫型爆燃传感器。如图7-3c。2）振动传感器型•原理：将一个或两个爆燃传感器安装在发动机气缸体或进气歧管上，检测爆燃引起的振动。•位置：直列4缸，1个，安装在2，3缸之间气缸体壁面或进气歧管紧靠气缸盖部位；直列6缸，2个，分别安装在2、4缸的相应部位；V型6缸，2个，分别安装在左右两侧中间一缸的气缸体壁面或V型夹角内的相应部位。•特点：鉴别能力弱，成本低，易维修•传感器类型：共振型（如图7-3a），非共振型（如图7-3b）2.爆燃的控制方法：传感器压电元件感应出不同频率的振动，爆燃。电压信号→带通滤波器（分离信号）→比较信号的最大值与爆燃强度基准值→若大于，则将此信号输入微机发动机振动频繁，只识别发动机点火后爆燃可能发生的一段曲轴转角范围内的振动，防止发生错判。爆燃强度以超过基准值的次数计算：ECU根据负荷传感器送来的信号，决定何时采用闭环控制。负荷低于一定值时，不会出现爆燃，这时不宜采用控制爆燃的方法来调整点火提前角，可采用开环控制。闭环控制时，实际点火提前角的控制如图7-8。当爆燃控制系统的ECU受到爆燃信号后，调节点火时刻的方法有三种，如图1所示：1）每当断电发生爆燃时，慢慢地推迟点火，一步步减少修正量；2）一收到爆燃的断定信号，迅速大幅度推迟点火，再慢慢的恢复到原来的点火时刻；3）每当断定发生爆燃时，大幅度推迟点火，而且快速复原。爆燃控制实例图2所示为日本尼桑汽车爆燃控制系统，爆燃传感器安装在气缸体上，传感器输出信号送给爆燃控制组件又与点火系紧密相连，以便对点火时刻进行闭环控制，从而实现对发动机爆燃的控制。有些汽车为了提高发动机爆燃的检测精度，更好地实现在大转矩、低油耗的前提下有效的控制点火时间，通常在爆燃控制系统中装用了两个爆燃传感器，如图3所示。为了防止电缆断裂、传感器失灵、检测电路发生故障等意外情况时发生爆燃而无法控制时，系统装有安全电路。一旦出现，安全电路将点火提前角推迟到某一定值，足以抑制爆燃，以保护发动机，同时接通报警灯。二、碰撞传感器（一）碰撞传感器的种类SRS防护碰撞传感器碰撞烈度传感器按功能分前碰撞传感器中央碰撞传感器左前右前防护碰撞传感器又叫安全碰撞传感器或侦测传感器，两种传感器串联，用于防止SRS产生误爆。•机电结合式：利用机械运动控制电气触点动作，再由触点的断开与结合控制安全气囊电路的通断•电子式：电阻应变式和压电效应式，应变电阻变形→电阻值变化→信号电压变化→电压值超过预定值时，触发•水银开关式：利用水银导电的特性电子式机电结合式水银开关式按结构分滚球式滚轴式偏心锤式（二）碰撞传感器的作用和安装作用：检测碰撞时的减速度或惯性力，将信号输入SRSECU。1）前碰撞传感器：检测碰撞程度，信号供ECU判断是否引爆点火剂给SRS充气，40km/h,撞到静止或同样大小的汽车时，会动作。2）防护传感器（安全传感器）：防止前碰撞传感器短路使SRS误打开，所需惯性力或减速度值要小。碰撞，安装：3-4个，车身两侧的前翼子板内侧（丰田汽车如图7-9）、前照灯支架下面、发动机散热器支架左右两侧1）前碰撞传感器有2-3个，前左和前右（马自达称之为D碰撞传感器）、中央2）防护碰撞传感器也称之为防护传感器，丰田：侦测传感器；本田：触发传感器或触发开关；马自达：S碰撞传感器或第二碰撞传感器，它一般与SRSECU安装在一起，在驾驶室中央变速杆前、后的装饰板下面。Back第二节爆燃传感器一、爆燃传感器的结构、原理（一）结构与工作原理1.共振型磁致伸缩式爆燃传感器2.共振型压电式爆燃传感器3.非共振型压电式爆燃传感器4.火花塞座金属垫型爆燃传感器1.共振型磁致伸缩式爆燃传感器•组成：磁芯、永久磁铁、电磁线圈（绕组）。图7-11•工作原理：爆燃发生→磁芯受振偏移→感应线圈内磁感线发生变化→磁通量发生变化→产生感应电动势→ECU，电动势与频率有关，在7㎑左右振动频率处产生共振。如图7-12•安装位置：机体上•结构复杂、成本高、应用少。2.共振型压电式爆燃传感器•结构：压电元件、振荡片、基座，如图7-13•工作原理：该传感器由振子和压电元件构成，振子与发动机几乎具有相同的共振频率，发动机爆燃时，振子共振，振动压力由压电元件转变成电信号送给ECU，如图7-14•特点：该传感器在发动机发生爆燃时输出的电压比较高，无需滤波器即可判断有无爆燃产生。3.非共振型压电式爆燃传感器组成：压电元件、配重块及引线等。如图7-15工作原理：压电效应，当发生爆燃，即当发动机气缸体出现振振动时，此振动很快就传递到传感器的外壳上，该外壳与配重块之间便会产生相对运动，而夹在这两者之间的压电元件受到的挤压力发生变化，产生拉、压作用，产生交变电压信号。设计时将压电元件的固有频率调节到发动机爆燃时引起的机体振动的频带之内。安装在发动机气缸体上。4.火花塞座金属垫型爆燃传感器该类型传感器是在火花塞的垫圈部位装上压电元件，根据燃烧压力直接检测爆燃信息，并将振动转换成电压信号输出。（二）爆燃传感器的检测•以共振型磁致伸缩式爆燃传感器为例，接线图如图7-18•1.万用表检测法检查信号输出端子a与ECU输入端子是否导通；检查b端子与搭铁之间是否导通；单独测量a,b两端子电阻应接近0Ω。•2.示波器检测法（三）具体车型检测示例•凌志LS400轿车爆燃传感器•左右缸体外侧各安装一只压电式爆燃传感器•传感器与ECU连接图，如图7-19•1600-5200r/min，1号出现短路或断路时，显示52故障码，ECU中爆燃控制程序电路出现故障时，显示53；2号，55故障码•1）爆燃传感器电阻检测：接线端子与外壳间电阻，若导通，则说明传感器损坏；•2）输出信号的检测：怠速时，用示波器检测接线端子与搭铁，应有脉冲波型输出。第三节碰撞传感器一、碰撞传感器的结构、原理SRS传感器分类：碰撞、安全（防护）碰撞传感器作用：检测碰撞信号，ECU由此信号判断是否引爆气体发生器使气囊充气。安全传感器作用：防止SRS在非碰撞的情况下发生误引爆，安装在ECU内部，通常有两个。（一）碰撞传感器1.滚球式传感器结构、原理结构：铁质滚球、永久磁铁、导缸、固定触点、壳体。如图7-22工作原理：如图7-232.偏心锤式传感器的结构、原理丰田轿车偏心锤式传感器外形，如图7-24结构：如图7-25工作原理：如图7-263.滚轴式碰撞传感器的结构、原理丰田、本田和三菱汽车安全气囊采用此传感器，结构：止动销、滚轴、滚动触点、固定触点、底座和片状弹簧如图7-274.电子式传感器的结构、原理广泛应用于安全气囊ECU内的中央碰撞传感器结构与原理：如图7-285.电阻应变式碰撞传感器的结构、原理由德国博世公司研制生产结构与原理：如图7-296.压电效应式碰撞传感器的结构、原理压电效应：指压电晶体（石英或陶瓷）在压力作用下，晶体外形发生变化而使其输出电压发生变化的效应。（二）安全传感器•用来防止在非碰撞的情况下引起安全气囊的误动作•常用的是水银开关式安全传感器，结构如图7-30二、碰撞传感器的检测•安全气囊由于厂家不同、年代不同，形式也不尽相同，但基本结构、原理、检修方法、注意事项等大同小异•丰田车的SRS（1）注意事项自检，检测ECU与传感器之间导线短路、断路稳压与温度补偿电路信号处理与放大