1、第二章 传感器及其检测,第一节 空气流量传感器 第二节 进气管压力传感器 第三节 发动机转速及曲轴位置传感器 第四节 节气门位置传感器 第五节 温度传感器 第六节 氧传感器 第七节 爆震传感器 第八节 车身高度传感器 第九节 减速度与横向加速度传感器 第十节 转向扭矩传感器 第十一节 碰撞传感器 第十二节 车速传感器,第一节 空气流量传感器,传感器-是微机控制系统的输入装置，其作用是正确地向ECU提供汽车及发动机运行状况信息 空气流量传感器-是测量发动机进气量的装置，它能将吸入气缸的空气转变成电信号传送给电控单元ECU，作为电控汽油喷射系统确定基本喷油量的重要信号之一，以保证发动机的动力性、经
2、济性和排放指标的最佳目前，常用的空气流量传感器有翼板式、卡门旋涡式、热线式及热膜式等,一、翼板式空气流量传感器,翼板式空气流量传感器的结构及工作原理翼板式空气流量传感器安装在空气滤清器之后的排气管道上，主要由翼板、复位弹簧以及与翼板轴相连的电位计等组成 如图,翼板式空气流量传感器电路设计上有两种类型 左图：是用绝对电压US表示空气流量的。缺点是：电源电压波动时，空气流量即测量板位置不变，US也发生变化，精度低。它的特点是：进气量越大，US越低。 右图：是用相对电压US/UB表示空气流量的。用相对电压法检测空气流量，测量精度不受电源电压波动影响，因为在电源电压波动时US、UB 同时成正比变化，比
3、值仍保持不变。因此，一般采用相对电压法检测空气流量。,传感器常见故障及检查 常见故障 电位计滑片与炭膜电阻接触不良使信号时有时无或信号不正确 电位计中电阻值不当而使信号不正确；传感器转轴回位弹簧失效 传感器翼板或转轴卡滞 触点不良导致发动机起动后燃油泵断电不工作，发动机立即熄火一些新型电控系统的翼板式空气流量传感器则无此触点,故障检查 先看本体有无裂缝、翼板有无卡滞、翼板轴有无松旷等，如果有应更换 在车上检查传感器的输入、输出电压 以丰田公司2TZ-FE型发动机用的翼板式空气流量传感器为例介绍其检查方法 先检测ECU向传感器输入的电压 再静态检测传感器的输出电压 动态检测传感器输出信号电压 用
4、万用表电阻档测量传感器各端子间的电阻,下表为翼板式空气流量传感器各端子间标准电阻值,注意：测量端子间的电阻时，应慢慢动翼板，看万用表上的电阻值变化是否平滑连续，若转动翼板时，信号端子间电阻忽大忽小或间断出现无穷大，说明传感器不良检测进气温度传感器电阻时，可用电吹机进行加热测量燃油泵开关端子间电阻时，翼板处于关闭（初始）位置时，电阻值应无穷大，只要翼板一开启，其电阻值就应该为0，反之说明燃油泵开关触点接触不良,二、卡门旋涡式空气流量传感器,卡门旋涡-在进气管道设置一锥状的涡流发生器，当空气流过时，涡流发生器后面将会产生两列并排的旋涡，此旋涡被称为卡门旋涡 卡门旋涡式空气流量传感器-来源于卡门旋涡
5、理论，利用超声波或光电信号测量空气流量 它通常与空气滤清器外壳安装成一体 测出卡门旋涡的频率可确切知道空气流量的大小。测卡门旋涡频率的方法有两种： 一是超声波检测法 二是光学检测法,传感器的结构与工作原理 超声波式卡门旋涡式空气流量传感器此类传感器利用卡门旋涡流会引起空气疏密变化的特点，用超声波发生器5 产生超声波，通过发射器向涡流垂直方向发射超声波，另一侧的超声波接收器9收到随卡门旋涡流空气疏密变化而变化的超声波，此超声波经信号处理、放大电路整形放大后，便成了与卡门旋涡频率相对应的矩形电脉冲信号 如图,光学式卡门旋涡式空气流量传感器它利用旋涡流发生器产生卡门旋涡时其两侧的压力会发生变化的特点
6、，用导压孔7将涡流发生器的压力振动引向薄金属制成的反光镜2 的表面，使反光镜产生振动。反光镜振动时，将发光二极管3投射的光反射给光电管4 ，光电管4 便产生与卡门旋涡频率相对应的电信号,卡门旋涡的频率f与空气流速u有如下关系：f=Stud式中d-涡流发生器外径St-斯特罗巴尔数 卡门旋涡式空气流量传感器与翼板式空气流量传感器相比，其优点是： 它无可动部件，结构简单、反应灵敏、测量精度高、可靠性高 输出的是数字式信号，故ECU接口无需A/D转换就可直接将信号引入,传感器常见故障与检查 常见故障 光电、发光元件脏污或损坏而使信号不准或无信号 内部集成电路损坏而无信号输出、反光镜损坏而不能产生信号
7、故障检查 以丰田1UZFE型发动机用卡尔曼涡流式空气流量传感器为例，介绍其检查方法 检查传感器进气入口端蜂窝状空气整流栅有无变形或损坏，若损坏应更换,传感器与ECU的连接,测量传感器电阻： 其标准电阻值 见表检测传感器电压： 用直流电压表检测传 感器各端子间电压 其标准电压值 见表,结构与工作原理 热线式空气流量传感器安装在空气滤清之后的进气管道上 其作用是对进入气缸的空气进行计量，以便喷入与之对应的燃油量，获得所需的混合气浓度， 它由铂线、控制电路等组成,三、热线式空气流量传感器,图为波许公司生产的热线式空气流量传感器结构,热线式空气流量传感 器的核心部件是热线， 它被连在由热线电阻和 空气
8、温度补偿电阻组成 的惠斯登电桥电路中（如图所示）,当空气某以恒定流率流过热线时，电流使热线保持一定的温度，电桥平衡 当空气流率改变时，热线的温度也将改变，电桥失去平衡，此时控制电路为了维持电桥平衡，将改变通过热线的电流，使热线恢复到原来的温度和阻值 由于热线的冷却效果随空气温度的变化而不相同，因此需进行温度补偿 在热线式空气流量传感器中还安装起温度补偿作用的冷线，控制电路使热线与冷线保持一定的温度差,因热线式空气流量传感器工作是基于热线表面与空气的热传导，故热线上的任何沉积物都会影响热传导。对输出信号产生有害影响，因此，控制电路具有“自洁功能”。当发动机熄火4S后，控制电路发出控制电流，使热线
9、迅速升温至1000度，加热1S后，将粘附于热线表面的污物完全燃烧干净 传感器常见故障与检查 常见故障 热线沾污使信号不准 热线短路无信号输出 热敏电阻不良使信号不准,故障检查 以日产ECCS系统热线式空气流量传感器为例该系统空气流量传感器与ECU的连接线路,就车检查 用万用表直流电压档分别测试发动机在转动和停止时，传感器信号输出电压，看是否符合要求。日产ECCS系统热线式空气流量 传感器端子“B”和“D”之间的信号输出电压 见表,拆下后检查拆下空气流量传感器，将蓄电池电压加到空气流量传感器的端子“B”与“D”之间，然后用万用表直流电压档测量端子“B”和“D”之间的电压，标准电压值应为1.1-2
10、.1V若电压值不符合，应更换传感器若电压正常应做进一步检查.如：向空气流量传感器的进气口吹风，再测量端子“B”与“D”之间的电压，信号电压应随风量的增大而增大，且应变化灵敏，标准电压值为2-4V若电压值不符，应更换空气流量传感器,热线自洁功能检查 拆下空气流量传感器的金属网，起动发动机。在发动机停止转动5S后，从传感器进气口处，可看到热线加热烧红（约为1000度）大约1S.若无此现象，需要检查自洁信号或更换空气流量传感器。 注意：因热线极细，在维修时切忌用手或工具伸入感应管中损坏热线,热膜式空气流量传感器热膜式空气流量传感器的结构与原理与热线式基本相同，只是将发热体由热线改为热膜。热膜是由发热
11、金属铂固定在薄的树脂膜上。此结构使发热体不直接承受空气流所产生的作用力，增加了强度，提高了可靠性,第二节 进气管压力传感器,进气管压力传感器是决定D型电控汽油喷射系统基本喷油量的最重要传感器。安装在节气门后部的进气歧管上，作用是检测到的进气歧管中的气体压力（负压）转换成电信号送到电控单元ECU，以确定喷油器的基本喷油量进气管压力传感器主要有：真空膜盒型和半导体型,真空膜盒型进气管压力传感器 结构 真空膜盒型进气管压力传感器结构 如图 它由一对真空膜盒、初级线圈、次级线圈、铁心等组成,膜盒置于进气管压力传感器的壳体内，内部抽成真空。进气管压力传感器通过管道与进气歧管相连，因此，膜盒外部受进气管压
12、力作用，它的收缩与膨胀程度完全取决于进气管压力变化。 位于初级绕组和次级绕组内部的铁心与膜盒联动,工作原理当进气管压力变化时，真空膜盒就会收缩或膨胀，带动铁心向左或向右移动。由于发动机工作时已有电流通过初级绕组，铁心移动时会在次级线圈产生感应电动势。当进气压力增大（节气门开度增大）时，真空膜盒收缩，使柱塞向左移动，进入线圈，电感增大，次级绕组输送给ECU的感应信号增强，则喷油时间长。这样可把气压变化的物理量转变成次级线圈两端输出的电信号，从而控制喷油量,传感器的检查 关闭点火开关，用电压表测量插接器E的“VS”端子输出电压。怠速时，标准电压为0.4V 转速升高时，输出电压随之升高 在拔下真空管
13、道，加上大气压的情况下，输出电压为1.5V 在用口对准真空管道吸气的情况下，表针应从1.5V 向降低方向摆动,半导体型进气管压力传感器 结构半导体型进气管压力传感器可把进气管的压力（负压）转换成电信号。它由壳体、压力转换件、混合集成电路、输出端子和滤清器等构成 如图,压力转换元件 是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片。图a 硅膜片薄膜周围有四个应变电阻，以惠斯登电桥方式连接，图b,硅膜片一面真空，另一面与进气管相通，进气管的压力作用在硅膜片上 硅膜片表面还有温度补偿电路 混合集成电路是对压力转换元件输出的电压信号（很微弱），进行放大处理。 滤清器对来自进气管的气体进行滤清，去除气体中的杂质和水分
14、,工作原理当进气管的压力从一个方面作用在硅膜片上时，此压力与真空室压力之间产生一个压力差，使硅膜片发生变形，因而硅膜片电阻的阻值改变，导致电桥输出电压变化，利用惠斯登电桥将硅膜片上的变形转变成电信号。用混合放大电路A将微弱的电信号放大后输出至ECU，以控制喷油量 半导体型进气管压力传感器工作温度范围宽、不易受温度影响、精度高、反应速度快、耐振性好，得到广泛应用,传感器常见故障与检查 常见故障 内部集成电路不良使信号不准或无信号输出 硅片损坏无信号输出 真空管接头或内部有漏气使信号不准 故障检查 以丰田皇冠3.0汽车用2JZ-GE型发动机用进气管压力传感器与ECU的连接，介绍检查方法,检查进气管
15、压力传感器的电源是否正常 检查传感器的输出电压：其电压应符合表中所给出的电压规定值范围，如不符合，需更换进气管压力传感器,发动机转速及曲轴位置传感器的作用是检测发动机转速及曲轴位置，并将其转换成电信号输入ECU 它的安装位置因车型而异，有的将它安装在分电器中；有的安装在曲轴中部或下部；还有的安装在凸轮轴上 它通常在制造时被组合成一体，构成一个总成，由其中两个或两个以上部分分别产生发动机转速和曲轴位置信号 发动机转速及曲轴位置传感器的类型主要有：电磁感应式、霍尔效应式、光电效应式等,第三节 发动机转速及曲轴位置传感器,一、磁感应式发动机转速及曲轴位置传感器,磁感应式发动机转速及曲轴位置传感器的基
16、本工作原理利用电磁感应原理，以永久磁铁作介质，将运动速度转换成感应线圈的脉冲电动势，并使电动势与发动机转速及曲轴位置（活塞在气缸中的位置）相对应。,传感器结构 传感器安装在发动机气缸盖上，由凸轮轴驱动，如图 主要由G1、G2及Ne信号转子和G1、G2及Ne传感线圈等组成,工作原理 G1、G2信号转子只有一个凸齿，Ne信号转子则有24个凸齿，相邻凸齿间夹角为15度，对应的曲轴转角为30度。 传感器磁路（以G1为例）为：永久磁铁N极铁心气隙G1G2信号转子Ne信号转子导磁板永久磁铁S极,发动机工作时，G1、G2信号转子随配气凸轮轴一起转动，且曲轴转2圈，信号转子转1圈。当G1G2信号转子接近离开G
17、1铁心端部时，在G1的线圈中便感应出一个电压脉冲，同样G1G2转过180度时，在G2的线圈中便感应出一个电压脉冲，图,G1、G2线圈产生的电压脉冲分别用于向ECU输入6缸和1缸活塞压缩位置信号，使ECU能够正确地确定6缸和1缸的喷油和点火正时 Ne转子每转一周，在Ne感应线圈中产生24个脉冲电压信号。每个脉冲信号所对应的凸轮轴转角为15度即曲轴转角30度。这些信号输入ECU，通过检测脉冲间隔，可确定出发动机转速及曲轴转角。利用G1、G2及Ne信号组合，秒可确定出发动机转速、曲轴位置及特定气缸的曲轴转角和喷油、点火时刻、次序等,传感器检查 因为传感器是由感应线圈和永久磁铁组成，其故障较多发生在感
18、应线圈上。可通过对线圈电阻的的测量，判断传感器工作情况 如果有示波器，用示波器检测传感器输出的脉冲波形 检测时除了对线圈电阻进行检查外，还必须对传感器线圈与转子间隙进行检查,传感器与ECU连接电路图 各组线圈的标准电阻值表,二、光电式发动机转速及曲轴位置传感器它是利用光电效应原理将发动机转动时的曲轴转角和气缸压缩上止点位置信号转换成电信号。图为日产汽车VG30E型发动机集中控制系统使用的光电式曲轴转速、转角及点火基准传感器,它主要由遮光转盘（传感器转子）和光源与光接收器（传感器定子）等构成 传感器定子由发光二极管和光敏三极管及控制电路组成 光电式传感器应注意保持发光二极管和光敏三极管的表面清洁
19、，以免影响测量精度,三、霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器 霍尔效应原理 当电流通过磁场中的霍尔元件（半导体基片），且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流和磁场的半导体基片两侧产生一个电压，该电压被称为霍尔电压UH 霍尔电压UH的大小与通过霍尔元件的电流I和磁场感应强度B 成正比即：H=H/d 由上可知，当为一定时，H与成正比，霍尔电压随感应强度大小变化,霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器 传感器结构霍尔效应式发动机转速及曲轴位置传感器是根据霍尔效应原理制成的 它主要由铲状触发叶轮、霍尔集成块、带导板的永久磁铁等组成,铲状触发叶轮为信号发生器转子，叶轮上叶片的数目等于发动机气缸数 霍尔集
20、成块、永久磁铁为信号发生器的定子部分，霍尔集成块与永久磁铁对置安装，两者之间有一定的空气隙，触发叶轮的叶片可在空气隙中自由转动,霍尔集成块包括霍尔元件和霍尔集成电路，主要任务是将霍尔元件产生的微弱的毫伏级的交变电压放大、整形、转换成规则的矩形方波信号电压输出。下图为霍尔集成块内部基本逻辑电路,工作原理 如图所示，触发叶轮随分电器转动时，每当叶片进入霍尔集成块与永久磁铁之间的空气隙时，霍尔集成块中的磁场即被，触发叶轮的叶片所旁路（隔磁），这时霍尔元件不产生霍尔电压，霍尔集成块内部输出三极管处于截止状态。当触发叶轮的叶片离开空气隙时，永久磁铁的磁便通过导板、霍尔集成块、空气隙构成回路。,霍尔效应式
21、传感器输出波形（见图例） 高、低电平取决于叶片宽度与缺口宽度之比,霍尔效应式传感器的类型有：触发叶片式和触发齿轮式传感器工作时在霍尔组件中产生变化的霍尔电压，该电压经放大整形电路处理后，成为标准的电压脉冲。霍尔电压变化的时刻反映了曲轴的位置，单位时间内霍尔电压变化次数可反映发动机的转速,传感器检查 动态测平均电压法在传感器电路连接正常的情况下，接通点火开关，慢慢转动曲轴，用万用表在传感器信号输出端测电压，指针摆动表示有电压，且信号电压随转速的升高而增大，说明传感器正常 输入、输出电压检测法 输入电压检测 霍尔效应式传感器系统有电源器件，需输入外电才能工作。因此，应先测量输入电压是否正常,接通点火开关，电压表应显示接近蓄电池电压，约11.2-11.5V， 否则说明外电没有送给传感器，应检查电源、供电线路和电控单元等供电回路和部件。若电压正常，再进一步测量输出状况,输出电压检测 将直流电压 表接在点火信号发生器信号输出线“0”与“-”之间，接通点火开关，测量点火信号发生器的输出电压，当触发叶轮的叶片在霍尔点火信号发生器的空气隙时，电压表应显示与输入电压值相近的电压，约为11.1-11.3V； 而当触发叶轮的叶片转离霍尔点火信号发生器的空气隙时，电压应接近零伏（约为0.3-0.4V） 若上述检测结果符合要求，可确定霍尔效应式传感器良好，反之是传感器损坏,
