第三章發(fā)動機控制系統(tǒng)傳感器的結構原理與檢修

第三章發(fā)動機控制系統(tǒng)傳感器的結構原理與檢修,本章主要內容：第一節(jié)空氣流量傳感器第二節(jié)曲軸與凸輪軸位置傳感器第三節(jié)壓力傳感器第四節(jié)節(jié)氣門位置傳感器,本章主要內容：第五節(jié)氧傳感器第六節(jié)溫度傳感器第七節(jié)爆震傳感器第八節(jié)開關控制信號,本節(jié)主要內容：空氣流量傳感器的功用與類型翼片式空氣流量傳感器量芯式空氣流量傳感器渦流式空氣流量傳感器熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器,第一節(jié)空氣流量傳感器,AFM=AirFlowMeter【作用】在L型電控燃油噴射系統(tǒng)中，空氣流量計用于將單位之間內進入發(fā)動機的進氣量轉換成電信號，并將信號輸入ECU。【安裝位置】空氣濾清器與節(jié)氣門體之間?！痉诸悺堪礈y量原理分翼片式空氣流量傳感器量芯式空氣流量傳感器渦流式空氣流量傳感器熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器,一、空氣流量傳感器的功用與類型,【組成】測量板、補償板、回位彈簧、電位計、旁通氣道。此外還包括怠速調整螺釘、油泵開關及進氣溫度傳感器等?！拘盘栴愋汀侩妷盒盘?二、翼片式空氣流量傳感器,結構,工作原理,空氣通過空氣流量計測量板打開一個角度與測量板同軸轉動的電位計檢測出葉片轉動的角度將進氣量轉換成電壓信號VS送給ECU,內部電路,進氣量電壓信號個別車型也有電壓信號降低的。,外部電路及其檢測,檢修：拆開線束連接器，在空氣流量計一側測量相應端子之間（VC與E2、VS與E2、THA與E2）的電阻應符合原車標準，否則應更換空氣流量計。檢查電源電壓和信號電壓，以確定空氣流量計是否正常。,空氣流量計,發(fā)動機ECU,凌志ES300空氣流量計電路,三、量芯式空氣流量傳感器,量芯式空氣流量傳感器的結構與翼片式流量傳感器相似，如圖3-1所示，主要由量芯、電位計、進氣溫度傳感器和線束插座等組成。檢測部件是一個橢圓球體型量芯，按裝在進氣道內并可沿進氣道移動，即用量芯代替了翼片總成。電位計滑壁的一端與量芯連接，另一端設有滑動觸電，量芯移動時，觸點可在印刷電路板的鍍膜電阻上滑動。量芯式傳感器沒有設制旁通進氣道和怠速混合氣調整螺釘，怠速時的混合氣濃度由ECU根據(jù)氧傳感器輸入的信號進行調節(jié)。量芯式空氣流量傳感器的測量原理與翼片式傳感器相似，如圖3-2所示。,圖3-1量芯式空氣流量傳感器的結構a）外形圖b）內部結構,圖3-2量芯式空氣流量傳感器原理電路,四、渦流式空氣流量傳感器,渦流式空氣流量傳感器是根據(jù)卡爾曼渦流理論，利用超聲波或光電信號通過檢測漩渦頻率來測量空氣流量的一種傳感器。,在氣流通道中放一個柱體，氣體通過時在柱體后產生許多渦旋。按其檢測方式，分為光電檢測渦流式和超聲波檢測渦流式兩種類型。,光電檢測渦流式空氣流量傳感器,光電檢測渦流式空氣流量傳感器,超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器,超聲波檢測渦流式空氣流量傳感器,超聲波檢測式空氣流量傳感器電路及其檢測,【信號類型】頻率信號進氣量輸出信號頻率，信號的占空比也發(fā)生相應的變化。檢測：用吹風機模擬進氣，測量在不同進氣量條件下，傳感器的輸出信號的頻率，看傳感器的信號輸出頻率是否滿足要求。點火開關轉至ON位置，檢測VC與E2間電壓應為5V，KS與E2間電壓應為24V。,空氣流量計,ECU,凌志LS400空氣流量計電路,【分類】按測量元件形式分：熱絲式和熱膜式。熱線式空氣流量計按測量位置分：主流測量方式、旁通測量方式。熱絲式：測量元件為鉑絲熱線，熱線纏繞在陶瓷管上；熱膜式：測量元件鍍在陶瓷片上，稱為熱膜；主流測量式：將熱線電阻安裝在主進氣道中；旁通測量式：將熱線安裝在旁通氣道中?！拘盘栴愋汀侩妷盒盘?，也有頻率信號進氣量信號電壓進氣量信號頻率,五、熱絲式與熱膜式空氣流量傳感器,主流測量方式熱絲式空氣流量傳感器,旁通測量方式熱絲式空氣流量傳感器,熱絲式空氣流量計電路及其檢測,熱線式空氣流量計都有自潔功能：發(fā)動機轉速超過1500r/min，關閉點火開關使發(fā)動機熄火后，控制系統(tǒng)自動將熱線加熱到1000以上并保持約1s，使附在熱線上的粉塵燒掉。檢修（檢查相應端子之間的電壓）：點火開關接通時，電源端子與搭鐵端子之間電壓應為蓄電池電壓。信號端子與搭鐵端子之間的電壓，發(fā)動機不工作時為24V，發(fā)動機工作時為1.01.5V。,空氣流量計,ECCS,熱膜式空氣流量傳感器,本節(jié)主要內容：曲軸位置傳感器的功用與類型光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器差動霍爾式曲軸位置傳感器,第二節(jié)曲軸與凸輪軸位置傳感器,【功用】凸輪軸位置傳感器CMPS（=CamshaftPositionSensor）：又稱為上止點傳感器、霍爾傳感器等。用于給ECU提供曲軸轉角基準位置（第一缸壓縮上止點）信號，作為燃油噴射控制和點火控制的主控信號。曲軸位置傳感器CKPS（=CrankshaftPositionSensor）：又稱轉速傳感器，檢測曲軸轉角位移，給ECU提供發(fā)動機轉速信號和曲軸轉角信號，作為燃油噴射和點火控制的主控信號。【安裝位置】曲軸、凸輪軸、飛輪或分電器處。兩傳感器有安裝在一起的，也有分開安裝的【分類】光電式、磁感應式、霍爾式和差動霍爾式。,一、曲軸與凸輪軸位置位置傳感器的功用與類型,【信號類型】頻率信號發(fā)動機轉速信號頻率信號振幅不變,二、光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器,光電式曲軸與凸輪軸位置傳感器電路及其檢測,檢測：點火開關轉至ON位，檢測電腦側1和2端子間電壓為12V，給傳感器施加12V電壓，正在信號輸出端子3和4與1之間接上電流表，轉動轉子一圈，兩個電流表應分別擺動1次和4次，電流應約為1mA。,光電式曲軸和凸輪軸位置傳感器電路,【信號類型】頻率信號發(fā)動機轉速信號頻率信號振幅,三、磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器,磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器：豐田車,Ne信號：檢測曲軸轉角位置及發(fā)動機轉速的信號。G信號：用于辨別氣缸及檢測活塞上止點位置。,磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器電路及其檢測,檢測：檢查感應線圈的電阻，冷態(tài)下的G1和G2感應線圈電阻應為125200，Ne感應線圈電阻應為155250。,電磁式凸輪軸/曲軸位置傳感器電路,傳感器,ECU,磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器：大眾車,磁感應式曲軸與凸輪軸位置傳感器：本田車,信號輪,四、霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器,霍爾式曲軸與凸輪軸位置傳感器電路及其檢測,【信號類型】頻率信號發(fā)動機轉速信號頻率信號振幅不變檢測點火開關轉至ON位。檢測A、C之間的電壓應為8V。B、C間輸出的信號電壓應為5V到0V交替變化。,霍爾式傳感器電路,五、差動霍爾式曲軸位置傳感器,差動霍爾式傳感器又稱為雙霍爾式傳感器，如圖3-3a)所示，有帶凸輪軸的信號轉子和霍爾式信號發(fā)生器組成。根據(jù)霍爾式傳感器的工作原理，當發(fā)動機飛輪上的齒缺與凸齒轉過差動霍爾兩個探頭時，齒缺或凸齒與霍爾探頭之間的氣隙就會發(fā)生變化，磁通量隨之變化，在傳感器的霍爾元件中就會發(fā)生交變電壓信號，如圖3-3b）所示，其輸出電壓由兩個霍爾信號電壓疊加而成。其突出優(yōu)點是信號轉子便于安裝。在汽車上，一般將凸齒轉子設裝在發(fā)動機曲軸上或將發(fā)動機飛輪作為傳感器的信號轉子。,圖3-3差動霍爾式傳感器結構原理a）基本結構b）輸出波形,【作用】在D型電控燃油噴射系統(tǒng)中，由進氣管絕對壓力傳感器測量進氣管壓力，并將信號輸入ECU，作為燃油噴射和點火控制的主控制信號。【安裝位置】靠近進氣歧管的發(fā)動機室內。【分類】按其檢測原理分壓敏電阻式、電容式等?！拘盘栴愋汀繅好綦娮枋綖殡妷盒盘?，電容式的為頻率信號。,第三節(jié)壓力傳感器,進氣管絕對壓力傳感器：壓敏電阻式構造,進氣歧管壓力輸出電壓怠速運轉時約1.25V，節(jié)氣門全開時約5V。,進氣管絕對壓力傳感器電路及其檢測,ECU通過VCC端子給傳感器提供標準5V電壓，傳感器信號經端子PIM輸送給ECU，E2為搭鐵端子。檢測：點火開關轉至ON位，測量VCC與E2之間電壓應為5V。拆下傳感器連接真空軟管，用手動真空槍給傳感器施加真空度，PIM與E2之間電壓應隨真空度增加而下降。,皇冠3.0轎車IMAPS電路,ECU,進氣管絕對壓力傳感器,TPS=ThrottlePositionSensor【作用】檢測節(jié)氣門的開度及開度變化，此信號輸入ECU，控制燃油噴射及其他輔助控制?！景惭b位置】在節(jié)氣門軸上。【分類】開關式、線性式【信號類型】電壓節(jié)氣門開度增大，信號電壓升高。,第四節(jié)節(jié)氣門位置傳感器,線性式節(jié)氣門位置傳感器,檢修：檢查輸出信號電壓，節(jié)氣門全關時應約為0.5V，隨節(jié)氣門開度增大輸出信號電壓增加，節(jié)氣門全開時應約為5V。,氧傳感器是排氣氧傳感器EGO（ExhaustGasOxygenSensor）的簡稱，其功用是通過監(jiān)測排氣中氧離子的含量獲得混合氣的空燃比信號，并將該信號轉變?yōu)殡娦盘栞斎隕CU。ECU根據(jù)氧傳感器信號，對噴油時間進行修正，實現(xiàn)空燃比反饋控制（閉環(huán)控制），從而將過量空氣系數(shù)（）控制在0.98-1.02之間的范圍內（空燃比A/F約為14.7），使發(fā)動機得到最佳濃度的混合氣，從而達到降低有害氣體的排放量和節(jié)約燃油之目的。,第五節(jié)氧傳感器,一、氧傳感器的功用,汽車發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)采用的氧傳感器分為氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2）式兩種類型，氧化鋯式氧又分為加熱型與非加熱型氧傳感器兩種，氧化鈦式一般都為加熱型傳感器。,二、氧傳感器的類型,三、氧化鋯式氧傳感器,氧化鋯式氧傳感器的結構如圖3-4所示，主要又鋼質護管、鋼質殼體、鋯管、加熱元件、電極引線、防水護套和線束插頭等組成。,圖3-4氧化鋯式氧傳感器結構1-鋼制護管2-排氣3-客體4-防水護套5-電極引線6-陶瓷加熱元件7-排氣管8-氧化鋯固體電解質陶瓷管9-加熱元件電源端子10-加熱元件搭鐵端子11-信號輸出端子,氧傳感器的工作特性如圖3-4所示。當供給發(fā)動機的可燃混合氣較濃（即空燃比A/F小于14.7或過量空氣系數(shù)小于1）時，排氣中氧離子含量較少、一氧化碳（CO）濃度較大。在鋯管外表面催化劑鉑的催化作用下，氧離子幾乎全部都與CO發(fā)生氧化反應生成二氧化碳（CO2）氣體，使外表上氧離子濃度為零。由于鋯管內表面與大氣相通，氧離子濃度很大，因此鋯管內、外表面之間的氧離子濃度差較大，兩個鉑電極之間的電位差較高，約0.9V。當供給發(fā)動機的可燃混合氣較稀（即空燃比A/F大于14.7或過量空氣系數(shù)大于1）時，排氣中氧離子含量較多、CO濃度較小，即使CO全部都與氧離子產生化學反應，鋯管外表面上還是有多余的氧離子存在。因此，鋯管內、外表面之間氧離子的濃度差較小，兩個鉑電極之間的電位差較低，約0.1V。,圖3-5氧傳感器工作特性a）氣體濃度與電壓的關系b）傳感元件溫度與電壓的關系1-傳感器的電動勢2-一氧化碳濃度3-無鉑電極時的電動勢4-氧離子濃度,二氧化鈦（TiO2）屬于N型半導體材料，其阻值大小取決于材料溫度以及周圍環(huán)境中氧離子的濃度，因此可以用來檢測排氣中的氧離子濃度。當發(fā)動機混合氣?。ㄟ^量空氣系數(shù)大于1）時，排氣中氧離子含量較多，傳感元件周圍的氧離子濃度較大，二氧化鈦呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。當發(fā)動機的可燃混合氣濃（過量空氣系數(shù)小于1）時，由于燃燒不完全，排氣中會剩余一定的氧氣，傳感元件周圍的氧離子很少，在催化劑鉑的催化作用下，使剩余氧離子與排氣中的一氧化碳CO產生化學反應，產生二氧化碳CO2，將排氣中的氧離子進一步消耗掉，二氧化碳呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，從而大大提高了傳感器的靈敏度。,四、氧化鈦式氧傳感器,氧傳感器失效的主要原因是傳感元件老化和中毒。氧傳感器老化的主要原因是傳感元件局部表面溫度過高。氧傳感器的傳感元件受到污染而失效的現(xiàn)象稱為中毒。氧傳感器主要中毒是指鉛（Pb）、硅（Si）中毒和磷（P）中毒。,五、氧傳感器的使用,六、氧傳感器的檢修,檢修氧傳感器主要是檢查加熱元件和信號電壓變化頻率是否正常。檢測氧傳感器信號電壓變化的頻率時，高、低電平之間變化應不低于10次/min。,【功用】給ECU提供進氣溫度信號，作為燃油噴射和點火正時控制的修正信號。【安裝位置】D型：空氣濾清器內或進氣管內；L型：空氣流量計內【工作原理】常采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻。負溫度系數(shù)：溫度升高，電阻下降。進氣溫度傳感器電阻值信號電壓THA進氣溫度傳感器電阻值信號電壓THA,第六節(jié)溫度傳感器,進氣溫度傳感器構造、電路及其檢測,在ECU中有一標準電阻與傳感器的熱敏電阻串聯(lián)，并由ECU提供標準電壓，E2端子通過E1端子搭鐵。檢測：拆下傳感器放入熱水中，檢查其特性。如豐田車：20時電阻47k，20時電阻23k，40時電阻9001300，60時電阻400700，80時電阻200400。,冷卻液溫度傳感器,【功用】給ECU提供發(fā)動機冷卻液溫度信號，作為燃油噴射和點火正時控制修正信號?！景惭b位置】汽缸體水道上或冷卻液出口處?！竟ぷ髟怼颗c進氣溫度傳感器相同?！拘盘栴愋汀侩妷盒盘朤HW發(fā)動機溫度傳感器電阻值信號電壓THW發(fā)動機溫度傳感器電阻值信號電壓THW,冷卻液溫度傳感器構造、電路及其檢測,測量不同溫度條件下發(fā)動機冷卻液溫度傳感器的輸出電壓，觀察電壓是否滿足其特性曲線。,傳感器電阻特性曲線,在發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中，當點火時刻采用閉環(huán)控制時，就能有效地抑制發(fā)動機產生爆震。爆震傳感器DS（DetonationSensor）是點火時刻閉環(huán)控制必不可少的重要部件，其功用是將發(fā)動機爆震信號轉換為電信號傳遞給ECU，ECU根據(jù)爆震信號對點火提前角進行修正，從而使點火提前角保持最佳。按檢測缸體振動頻率的檢測方式不同，爆震傳感器分為共振型與非共振型兩種，傳感器安裝在發(fā)動機缸體側面。按結構分為壓電式和磁致伸縮是兩種。,第七節(jié)爆震傳感器,一、爆震傳感器的功用與類型,壓電元件制成墊圈形狀，在其兩個側面上制作有金屬墊圈作為電極，并用導線引到接線插座上。慣性配重與壓電元件以及壓電元件與傳感器套筒之間安放有絕緣墊圈，套筒中心制作有螺孔，傳感器用螺栓安裝固定在發(fā)動機缸體上，調整螺栓的擰緊力矩便可調整傳感器的輸出電壓,二、壓電式爆震傳感器,三、磁致伸縮式爆震傳感器四、壓力檢測式爆震傳感器五、爆震傳感器檢修,蓄電池既是整車電器設備的電源，也是各種控制ECU的電源。蓄電池電壓信號輸入ECU的主要目的是：當蓄電池電壓變化時，ECU將對噴油持續(xù)時間進行修正。電壓升高時，減少噴油時間；電壓降低時，增加噴油時間。當蓄電池電壓變化時，ECU將對點火線圈初級電路接通時間進行修正。電壓升高時，減少接通時間；電壓降低時，增加接通時間。發(fā)動機停止工作時，蓄電池直接向ECU的存儲器供電，消耗電流很小，約為520mA。,第八節(jié)開關控