1、第二章 电控发动机传感器o 第一节 空气流量计o 第二节 进气管压力传感器o 第三节 节气门位置传感器和油门踏板位置传感器o 第四节 温度类传感器下一页 返回第二章 电控发动机传感器o 第五节 爆振传感器和爆振控制o 第六节 催化转换器和氧传感器o 第七节 怠速提升信号 o 第八节 转速类信号和位置类信号上一页 返回第二章 电控发动机传感器发动机电子控制系统，必须具备能正确反应发动机状态的各种传感器，发动机控制单元是根据传感器输入信号计算发动机最佳控制结果的电脑控制装置，即电子控制单元（），又称 “车载电脑 ” 等，控制发动机供油、喷油、点火、怠速稳定、排放等的执行机构。本章将详细阐述发动机电
2、子控制系统中，传感器的结构和工作原理。图 所示为国产大众捷达电控发动机系统的组件。o 1.电控发动机常用传感器及其作用o (1)空气流量计 :通过计算流过空气流量计的空气量，推断每个汽缸中实际中吸入了多少空气。没有空气流量计的车辆，可通过进气压力传感器、进气温度、节气门位置三个信号算出空气流量。通过空气流量计算发动机负荷，从而控制基本点火正时和基本喷油量。上一页 下一页 返回第二章 电控发动机传感器o (2)发动机转速传感器 :通过发动机曲轴转速，计算出曲轴转 1。转角所用的时间，同时也能确定单缸喷油量。信号可从曲轴上采集，也可从凸轮轴上采集。o (3)相位传感器 :相位传感器也叫凸轮轴位置传
3、感器，信号仅能从凸轮轴上采集。用于确定喷油时刻和点火时刻。o 曲轴上的相位传感器只是辅助凸轮轴上的凸轮轴位置传感器，在自诊断中有很大作用。o (4)节气门位置传感器 :反馈司机 (节气门带拉线发动机 )或反映 ECU意愿 (节气门不带拉线发动机 )控制的发动机功率输出。o (5)怠速节气门电位计 :在节气门带拉线发动机上，怠速时，反馈 ECU动态控制的发动机功率输出，仅用于怠速控制。相当于旁通气道式怠速步进电机在 ECU内的步数。 上一页 下一页 返回第二章 电控发动机传感器o (6)进气温度传感器 :采集进气温度，从而修正喷油量和点火时刻。o (7)冷却液温度传感器 :采集冷却液温度，从而修
4、正喷油量和点火时刻。o (8)氧传感器 :采集排气管中氧气浓度，从而修正喷油量和点火时刻。o (9)爆振传感器 :采集发动机是否有爆振现象，并通过相位传感器确定具体爆振汽缸位置，从而控制相应汽缸的点火时刻。o (10)车速信号 :采集汽车车速，从而修正喷油量和点火时刻。o (11)空调申请信号 :打开空调开关给 ECU信号，由 ECU控制空调电磁离合器吸合，同时ECU控制怠速执行器增大发动机功率，稳定怠速转速。上一页 下一页 返回第二章 电控发动机传感器o 一般来讲，用于汽车发动机电子控制系统的传感器有空气流量传感器、压力传感器、加速度传感器 (爆振传感器 )、各种位置 (相位 )传感器、各种
5、温度传感器、气体浓度传感器等，不同型号或不同生产年代的发动机电子控制系统所采用的传感器数量多少不一，即使是同一类型的传感器也有多种结构形式，例如，转速类传感器可以是磁脉冲式、光电式、霍尔式、磁阻式、舌簧开关式，其中以磁脉冲式、光电式、霍尔式居多。o 传感器的性能指标包括精度、响应特性、可靠性、耐久性、结构是否紧凑、适应性、输出电压形式和制造成本等。由于现代发动机电子控制系统已大多采用数字式微型计算机，因此对传感器的性能要求已变得宽松一些，具体如下所述 :上一页 下一页 返回第二章 电控发动机传感器o 线性特性不一定重要。因为即使线性特性不良，只要再现性好，通过 ECU也能修正计算。o 传感器信
6、号可以共用和加工。一种传感器信号，可以用于多个功能的控制，如可以把速度信号传到 ECU内再微分，求得加速度信号等，进行类似的信号加工便形成速度和加速度两个信号。o 可以进行间接测量。例如，如果 ECU获得进气歧管绝对压力、发动机转速以及由进气温度确定的密度及作为转速的函数的充气系数，并把这些数值事先存入 ECU的存储器里，就能通过 ECU采集三种信号后间接计算求得空气质量。上一页 下一页 返回第二章 电控发动机传感器o 传感器的数量不受限制。发动机电子控制系统能把传感器信号完全变成电信号，则无论数量怎样多，也能轻易地处理。o 事实上，随着微型计算机在汽车上的应用，传感器的数量已飞速增加。只要把
7、各种传感器的信号送入 ECU处理，就可以实行发动机的高精度的控制。o 表 2-1列出了汽车用传感器所要求的测定范围和精度。上一页 返回第一节 空气流量计o ECU通过瞬时采集空气流量计信号确定在此发动机转速下吸入发动机的空气量，并计算喷油量、点火正时和废气再循环率。o 空气流量计能产生与发动机转速和节气门开度同样的负荷信号，它是决定 “喷油量 ”的基本信号，一旦空气流量计信号失效， ECU可根据下述传感器信号计算出一个替代值 :o (1)发动机转速信号 ;o (2)节气门位置信号 ;o (3)有的车上为了更精确可加上进气温度信号修正。o 空气流量计按其结构形式可以分为体积型和质量型两种。下一页
8、 返回第一节 空气流量计o 1.体积型o 体积型包括翼片式空气流量计和卡门旋涡式空气流量计。o (1)翼片式空气流量计于 20世纪六七十年代较为流行。 图 2一 2所示为翼片式空气流量计的电控发动机系统。o (2)卡门旋涡式空气流量计包括用于丰田凌志 400的反光镜型和用于三菱车系的超声波密度型，已淘汰。o 2.质量型o 质量型包括热线式空气流量计和热膜式空气流量计。o (1)热线式空气流量计于 20世纪 80年代初被研制，现在尼桑、通用车、奔驰公司系应用，国内较多应用。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o (2)热膜式空气流量计为美国通用汽车公司所研制，应用在大众公司、宝马公司等，有世界
9、应用的趋势。o 事实上凌志 400早已采用热线式空气流量计，以前反光镜式卡门旋涡空气流量计 1995年停用，卡门旋涡式空气流量计在市面上已经消失，流入民办中职学校内的凌志试验台多为卡门旋涡式空气流量计。o 一、热线式和热膜式空气流量计o 1.热线式空气流量计的结构和工作原理o 图 2 -3所示是热线式和热膜式空气流量计，图 2 -4所示是热线式空气流量计的电桥电路。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 热线式空气流量计的基本构件，是由感知空气流量的白金热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻 (冷线 )、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板，以及空气流量计的壳体组成。根据白金热线在壳体内
10、安装的部位不同，可分为主流测量方式和旁通测量方式两种结构形式。o 取样管置于主空气通道中央，两端有金属防护网，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成，热线为线径 70 m的白金丝，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是单臂电桥电路的一个臂 RH。o 图 2 -4所示为热线式空气流量计的电桥电路。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其电阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻，是单臂电桥电路的另一个臂 RK。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 热线支承环后端的塑料护套上粘接着一只精密电阻，并设计成能用o 激光修整，它也是惠斯顿电桥的一个臂 RA ，该电阻上的电压即产生热线空气流量
11、计的输出电压信号。惠斯顿电桥还有一个臂 RB的电阻器，装在控制线路板上面。该电阻器在最后调试试验中用激光修整，以便在预定的空气流下调定空气流量计的输出特性。o 热线式空气流量计的电控线路包括电桥平衡电路、烧净电路和怠速混合气调节电位器。电控装置的大多数元件 (除 RH , Rk和 RA外 )都配置在这块混合集成电路板上。o 热线旁通式空气流量计的结构。它与主流式空气流量计在结构上的主要区别在于 :将白金热线和温度补偿电阻 (冷线 )安装在空气旁通道上，热线和温度补偿电阻是用铂丝缠绕在陶瓷线管上制成的。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 热线旁通式空气流量计热线电阻 RH置于进气空气流中，
12、在单位时间内损失的热量可表示为o 式中 A、 B 常数 ;o 空气密度 ;o v 空气流速 ;o TH 热线电阻 RH的温度 ;o TA 空气温度。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 指数 n随热线的形状和雷诺数 Re而变化，这里取近似值 0.5, A, B的值与空气物理性质和热线的形状有关。热线产生的热量 Q可表示为o 在热平衡时， Q=H，故当热线和空气流的温度 (TH一 TA)为一定时，供给热线的电能就是空气质量流量的衡量尺度。o 热线电阻 RH和空气温度补偿电阻 Rk组成单臂电桥。控制电路使热线的温度始终保持比空气流温度高 100 。当空气流量增加时，对热线的冷却作用加剧，电阻减
13、小，从而改变电桥中的电压分布，控制电路立即加大对加热电流 IH的修正。o 因此加热电流 IH就是空气质量流量的量度，并以精密电阻 RA的端电压 UM作为输出信号。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 空气质量流量 QM ，与输出电压 UM有如下的关系 :o 式中 K1、 K2 常数。o 加热电流在 50120 mA变化时，为避免精密电阻 RA自热，采用温度系数很低的金属薄膜电阻。电桥另一个臂上的电阻高得多，电流只有几毫安，以减少电损耗。其中 Rk是白金薄膜电阻作为温度补偿。电阻 RB在最终调整时要激光修整，以便在预定空气流量下调准空气流量计。 上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 由于
14、这种空气流量计基于热线表面与空气的热传导，热线上任何沉淀物都将对输出信号产生有害的影响，因此控制电路具备自动 “烧净 ”( Burn-OFF)功能。每当发动机熄火4s后，控制电路发出控制电流，使热线迅速升至 1 000 高温，加热 1s，将茹附于热线表面的污物完全烧净。o 热线式空气流量计可直接测得进气空气的质量流量，无需温度和大气压力补偿，无运动部件，进气阻力小，响应特性好，可正确测出进气管空气流量。自 20世纪 80年代初研制成功后，这种空气流量计得到了广泛的应用。o 在流速分布不均匀的情况下，热线式空气流量计的测量误差较大。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 注 :热线式空气流量计
15、输出的是电压信号，有的车系在传感器内加了集成电路把电压信号转变成了频率信号后再送至 ECU，频率信号不易被干扰。o 知识点滴 :装有热线式空气流量计的发动机怠速不稳，起步时易熄火，无故障码。在常规检查中，火花塞有蓝火、燃油压力均正常。o 若测量空气流量计信号时，怠速下进气量少，从而说明发动机怠速不稳、动力不足是因为混合气过稀引起。o 若拆下空气流量计，用化油器清洗剂喷洗热丝后，装复试车，故障消除，则证明空气流量计是因热丝过脏而引起的信号电压过低。o 很多热线式空气流量计的尼桑车的自洁功能失效，热丝过脏而引起的信号电压过低及空气滤清器漏杂质等常会引起上述现象。上一页 下一页 返回第一节 空气流量
16、计o 2.热膜式空气流量计的结构和工作原理o 热膜式空气流量计的结构如 图 2一 5所示，其结构和工作原理与热线式空气流量计基本相同，只是将发热体由热线式改为热膜式。热膜是由发热金属铂丝固定在薄的树脂上构成的。o 热膜式空气流量计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与寿命。它的金属网用以产生微观紊流，以使测量信号稳定。热膜式空气流量计不采用铂丝，而是将热线、补偿电阻及精密电阻用厚膜工艺镀在一块陶瓷基片上，同时它的分析电路比热线式要简单得多，而启动速度几乎相同。由于测定的加热电流无需修正，可直接作为被吸入的空气质量流量的衡量尺度，故测量误差小，
17、仅为 2%。 (图 2一 6所示为热膜式空气质量流量计电路。 )上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 新型热膜式空气流量计的功能 :在高负荷率时，活塞引发的逆向气流，会在空气流量计后产生波动，逆向气流产生的波动会降低空气质量流量计的计量精度。新型空气质量流量计仍能精确记录发动机吸入的空气质量，其单位为 kg/h。o 热膜式空气质量流量计的工作原理 :由于空气流对热电阻冷却作用不同，因此保持热电阻温度恒定所需的电流不同。所以，保持热电阻温度恒定所需的电流值就是吸入空气量的对应值。另外，由于在不同温度时，气体的密度也不同，冷空气的冷却作用较强，所以需要以空气温度作为修正系数。o 最新第六代热膜
18、式空气流量计可由热线温度低于冷线温度来记录逆向流，温差是吸入空气质量的直接标志。空气质量流量与工作电路产生的电压之间的关系由传感器特性曲线确定 (如 图 2一 7所示 )，它有顺流和逆流两部分。空气流量与输出电压信号曲线也有助于ECU的集中故障诊断，如断路的判断。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 知识点滴 :空气质量流量计有自诊断功能。ECU根据空气流量计计算的负荷决定喷油持续时间，同时 ECU还通过节气门开度和发动机转速来计算出此时负荷决定的喷油时间。如果 ECU发现与空气流量计计算的喷油时间差异过大，它首先的反应是储存这个出错记录，因为不能确定节气门是否有故障，所以先不上故障码。o
19、 当车辆继续运行时，结合如氧传感器信号，ECU会判断出具体谁有故障。直到控制单元能清楚地判断哪有故障时，它才会记录下有故障传感器相应的错误代码。o 由于热丝过脏后，散热下降，流经空气流量计热线的电流变小，将造成空气流量计信号减弱，喷油量减少，空气增多，混合气必然变稀，导致发动机动力不足。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 但热膜式从使用情况看，故障率反而要比热线式高，而且反应也不如热线式，所以实际上很多车系仍旧采用热线式，例如现在的美国通用别克热线式空气流量计，德国奔驰的热线式空气流量计。o 三、空气流量计故障和检修o 1. VG30E型发动机空气流量计o 拔下空气流量计的导线连接器，拆
20、下空气流量计。o (1)在空气流量计的端子 D(接地端 )和端子E(蓄电池端 )之间加上蓄电池电压，然后用万用表直流电压挡测量端子 B(输出电压端 )与 D之间的电压，标准电压值应为 1. 12. 1 V，不符合标准表明空气流量计损坏。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o (2)为进一步确定空气流量计是否损坏，用吹风机向其进气口吹气，并继续用万用表直流电压挡测量端子 B与 D之间的电压。当在进气口处吹气时，标准电压值应为 2. 04. 0 V，实测电压值若不符合标准值，且变化不灵敏，表明空气流量计确实损坏。o 常见故障为热线式空气流量计出现故障，不能正确反映正常空气流量，发动机 ECU不能
21、正确给出喷油脉冲，从而造成发动机工作无力。o 2.捷达五阀o 图 2 -8所示为大众空气流量计管脚， 图 2 -9所示为热膜式空气流量计管脚与内电路关系。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 空气流量计 G70有 5个管脚 :管脚 1为附加温度传感器 (部分车型悬空不用 );管脚 2为 12 V加热线电源 ;管脚 3为接地 ;管脚 4为 5 V参考电压 ;管脚 5为信号输出。管脚 1原来为进气温度信号，这个温度不是用于测量进气质量的修正信号，热线式和热膜式空气流量计并不需要温度修正，它本身的冷线就是温度传感器。 12 V电源是为了给热线或热膜加热供给电流。通过使用由 ECU提供的传感器信号
22、参考电压 5 V，即一个稳恒不变的电压源，信号精确度再经电桥放大后可进一步提高。o 现在的大众车又把原来不用的进气温度信号在某些国产车中恢复，从而不在节气门后加进气温度传感器。奥迪 1. 8T和捷达 1. 6L五阀的空气流量计电路图引脚相同，都是通过ECU内部搭铁。 图 2一 10所示为热膜式空气流量计的温度传感器。 图 2一 11所示为捷达1. 6L五阀发动机空气流量计电路图。上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 知识点滴 :热膜式空气流量计可测量 12 V电源 ,5V恒压源、搭铁。信号一般不用万用表测量，因为有故障的空气流量计和无故障的空气流量计电压信号差异在万用表上表现不出来，有故障
23、也不能识别，修理中要读取数据流o 例如，捷达五阀的数据流 01一 08一 002组第 4区， VAG1552显示。水温 80 以后，怠速工况，第 4区怠速时进气量应为 2. 05. 0 gas。o 显示组 002o Read measuring value block 2o 800880 r/min 1.32. 5 ms 2. 05. 0 ms 2. 05. 0 gas上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 第一区 :发动机转速o 第二区 :空气流量计计算的发动机每周喷油器喷油时间 (没经其他信号修正 )o 第三区 :发动机每 2周喷油器喷油时间 (经过其他信号再次修正 )o 第四区 :空气
24、流量计信号。小于 2. 0 gas时，说明在进气管与空气流量计 G70之间有较大漏气。大于 5. 0到 s时，发动机有额外负荷。o 知识点滴 :热膜式空气流量计常见故障有信号过小和信号过大两种o 信号过小时，实际进气量很大，混合气变稀，怠速在进气管有轻微回火和在排气管有轻微放炮声，尾气中有浓烈的 Knox味道，氧传感器和空气流量计上故障码 ;数据流中，氧传感器的调节功能要超过上限 +25%，即增加了 25%喷油量。信号过小一般为热膜变脏所致上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 信号过大时，实际进气量小，混合气变浓，排气管要冒一点黑烟，氧传感器和空气流量计上故障码 ;数据流中，氧传感器的调节
25、功能要超过下限一 25%，即减少了 25%喷油量。o 知识点滴 :在电喷发动机各工作参数中，进气量是最重要的参数之一，进气量的多少决定了喷油量的多少，决定了发动机的功率输出。o 在自动变速器各工作参数中，发动机负荷是一个重要的参数，即发动机负荷大，输出扭矩大，这就要求自动变速器提高控制油路压力，以避免换档执行元件过分打滑。自动变速器在无发动机负荷信号的情况下，为了避免换档时执行元件的打滑，而增大了换档油压，使得执行元件接合过快，造成动力传递系统负荷突增，引起车辆在起步、倒车时发闯一下。o 奔驰 5320的空气流量计信号不正常也会引起变速器换档油压不正常故障。上一页 下一页 返回第一节 空气流量
26、计o 知识点滴 :发动机电控系统空气流量计有较严重的故障时，为了最大限度地保护发动机，以减轻发动机的负荷，会关闭空调压缩机。空调系统中压缩机一旦关闭，由于蒸发箱的结构原因，空调进气会受到高温暖风水箱的影响，导致出风口温度高于环境温度。在高速行驶时，空调吹出热风，停车后再起步发现车辆闯车，开空调，不制冷o 知识点滴 :空气流量计信号过大时，冒黑烟o 显示组 002o Read measuring value block 2o 800880 r/min 1.32. 5 ms 2. 05. 0 ms 2. 05. 0g/s上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 仅怠速时冒黑烟，氧传感器判定为混合气
27、过浓，减少喷油量以形成适宜的混合气，喷油量减少 25%不能再减少，进而冒黑烟。电喷发动机的喷油时间主要决定于发动机进气量和发动机转速，而氧传感器仅在一定范围内对喷油量进行修正o 观察数据流，若发现四区进气量大于 5. 0 gas，而在怠速下标准值为 2.0 5.0 gas，其值明显偏大。二区为曲轴一周内的理论喷油时间，三区为发动机一个工作循环的实际喷油时间。实际喷油时间是在理论喷油时间的基拙上经过修正而来，大约是理论喷油时间的 2倍若相差无几，这能证明空气流量计信号过大，理论喷油时间较长，而经修正后实际喷油时间明显变短导致两者相差不多。但由于修正超过了极限，仍不能形成适宜的混合气上一页 下一页 返回第一节 空气流量计o 车辆一般情况下在怠速工况运行时间较短，怠速时混合气过浓，对油耗影响并不大。整车油耗基本正常。o 1. 6L发动机和 3. 2升发动机怠速进气量的检测仪数据是差不多，还是大约 2倍，为什么？上一页 返回
