汽车各传感器构造与原理.docx

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汽车各传感器构造与原理

电子控制系统构造与原理

电子控制系统的组成：

由传感器、控制单元、执行器组成

传感器的类型及功能

一、节气门位置传感器

1.功能及类型

功能：

·检测节气门开度转换为电压信号传递给ECU

·判定发动机运转工况的依据

类型：

·线性输出型（滑动电阻式）

·开关量输出型（触点式）

（1）线性输出型

①结构和原理

·VCC：

传感器电源端子。

由ECU提供5V电压

·VTA：

节气门开度信号端子。

节气门开度越大，VTA-E2间电阻越大，开度电压信号越大

·IDL：

怠速开关端子。

节气门关闭时，怠速开关闭合，IDL—E2间电压为0V；节气门打开时，怠速开关断开，IDL—E2间电压为12V

·E2：

传感器通过ECU接地

②输出特性

·输出电压随节气门开度的增大而线性增大

·当节气门完全关闭时，怠速触点闭合，发动机处于怠速状态

③控制电路

·VTA信号：

节气门由关闭逐渐开大，在0~5V间变化

·IDL信号：

怠速时0V，节气门打开时12V

（2）开关量输出型

①结构与原理

·怠速工况

②输出特性

·传感器有开和关两种信号

·怠速触点闭合：

节气门全闭，发动机处于怠速状态

·全开触点闭合：

节气门开度>50℃，发动机处于大负荷状态

③控制电路

④带ACC信号输出的开关量输出型

·怠速触点闭合，怠速状态；如高速时怠速触点闭合，减速状态

·加减速检测触点闭合，同时该触点与ACC1和ACC2交替闭合/断开，急加速工况

·大负荷触点闭合，大负荷工况

·加减速检测触点断开，同时该触点与ACC1和ACC2交替闭合/断开，减速工况

二、进气温度传感器（THA）

1.功能与结构

·检测进气温度转化为电阻信号，送给ECU作为喷油量修正信号和点火修正信号，获得最佳空燃比和点火提前角。

·热敏电阻传感器

2.工作原理

·负温度系数热敏电阻特性：

进气温度升高，热敏电阻值降低

3.控制电路

·THA信号：

进气温度越高，热敏电阻越低，电路总电阻减小，电路电流增大，ECU内电阻R分压增加，热敏电阻分压降低，即THA信号电压减小

·E2：

传感器接地

三、冷却液温度传感器（THW）

1.功能

·检测冷却液温度转化为电阻信号，送给ECU作为喷油量、点火正时的修正信号

2.结构与原理

·热敏电阻传感器

·负温度系数热敏电阻特性：

冷却液温度升高，热敏电阻值降低

3.控制电路

·THW信号：

冷却液温度越高，热敏电阻越低，电路总电阻减小，电路电流增大，ECU内电阻R分压增加，热敏电阻分压降低，即THW信号电压减小

·E2：

传感器接地

四、曲轴/凸轮轴位置和转速传感器

1.功用、类型及位置

·功用：

检测活塞上止点、曲轴转角、发动机转速信号送给ECU，以确认曲轴位置，用来控制喷油正时和点火正时。

·类型：

电磁感应式（磁电式）、光电式、霍尔式

·位置：

经常安装在发动机的曲轴端、凸轮轴端、飞轮上或分电器内。

1、磁电式

（1）结构与原理

（2）丰田TCCS系统，位于分电器内

.

（2）发动机转速（Ne）信号

·曲轴转角1°信号=30°转角时间/30等分

·发动机转速：

Ne信号以2个脉冲时间（曲轴60°）为基准计算和检测

（3）曲轴位置（G）信号

·G信号：

辨别气缸及检测活塞上止点位置。

G1为第6缸压缩上止点前10°，G2为第1缸压缩上止点前10°

·G信号：

ECU利用Ne信号计算曲轴转角的基准信号

（4）控制电路

·G1-G-：

第6缸上止点位置电脉冲信号

·G2-G-：

第1缸上止点位置电脉冲信号

·Ne-G-：

曲轴转速电脉冲信号

3.光电式

（1）结构与原理

·NISSAN公司，位于分电器内

（2）1°和120°信号

·曲轴1°信号：

供ECU计算曲轴转角和发动机转速

·曲轴120°信号：

供ECU确认活塞上止点（前70°）位置

（3）控制电路

3.霍尔式

（1）触发叶片式（GM公司）

1）结构型式

·外信号轮：

均布18个叶片和窗口，宽度10°弧长

·内信号轮：

3个叶片宽度100°、90°、110°弧长；3个窗口宽度20°、30°、10°弧长。

2）霍尔传感器原理

·叶片对永久磁铁和霍尔元件隔磁，不产生霍尔电压 ·叶片离开空气隙，产生霍尔电压

3）控制电路

3.霍尔式

（1）触发叶片式（GM公司）

1）结构型式

·外信号轮：

均布18个叶片和窗口，宽度10°弧长

·内信号轮：

3个叶片宽度100°、90°、110°弧长；3个窗口宽度20°、30°、10°弧长。

2）霍尔传感器原理

·叶片对永久磁铁和霍尔元件隔磁，不产生霍尔电压·叶片离开空气隙，产生霍尔电压

3）输出信号

·18X信号：

一个脉冲为20°/20等份=1°信号—控制点火时刻

·3X信号：

120°信号—判断气缸和点火时刻基准信号

·100°弧长触发叶片前沿：

1、4缸上止点前75°

·90°弧长触发叶片前沿：

3、6缸上止点前75°

·110°弧长触发叶片前沿：

2、5缸上止点前75°

（2）触发轮齿式（克莱斯勒公司）

1）结构型式（四缸发动机飞轮壳）

·轮槽通过时：

霍尔效应输出高电位（5V）

·轮齿通过时：

霍尔效应输出低电位（0.3V）

·第4个槽脉冲下降沿：

活塞上止点前（TDC）4°

·1组4个脉冲信号：

1、4缸接近上止点

·另1组4个脉冲信号：

2、3缸接近上止点

2）控制电路

·CPS信号：

确定活塞上止点和发动机转速；但并不知道有哪两个缸的活塞接近上止点，

·同步信号传感器：

装在分电器内，协助传感器判缸。

（3）同步信号传感器（霍尔式）

1）结构型式（四缸发动机分电器内）

·脉冲环前沿通过时：

产生5V高电压

·脉冲环后沿离开时：

产生0V信号电压

·分电器旋转一周：

高低电位各占180°（曲轴转角360°）

2）控制电路

·产生5V电压信号时：

表示下一个到达上止点的是1、4缸，1缸为压缩行程，4缸为排气行程。

·产生0V电压信号时：

表示下一个到达上止点的仍是1、4缸，但气缸工作行程与前相反。

五、氧传感器

1.功用与类型

·功用：

在使用三元催化转换器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。

氧传感器测定排气中氧浓度信号，发动机ECU据此信号反馈修正喷油量，控制空燃比控制于理论值范围内，使三元催化转换器效果最佳。

氧传感器的工作使发动机处于闭环控制状态

·类型：

氧化锆式（应用最多）和氧化钛式

（2）氧化锆式

①结构型式

·锆管：

氧化锆固体电解质制作的多孔陶瓷体试管

·锆管内侧：

大气

·锆管外侧：

排气

·锆管元件：

微电池

（2）工作原理

·混合气稀：

排气中含氧多，两侧氧浓度差小，产生电压信号较低

·混合气浓：

排气中含氧少，两侧氧浓度差大，产生电压信号较高

（3）输出电压信号特点

·氧传感器电压在λ=1（理论空燃比14.7）时突变：

λ>1时输出电压几乎为0λ<1时输出电压接近1V

·反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动：

故氧传感器输出电压在0.1~0.9V之间不断变化，如果变化过缓或不变则表明存在故障

（4）带加热器的氧传感器原理

·氧传感器输出信号与工作温度有关：

早期通过排气加热，发动机起动数分钟后才能工作

·带加热器的氧传感器，起动后20~30s内工作

（5）控制电路

·OX端子：

产生氧传感器信号电压

·HT端子：

控制加热丝电路通断

（2）氧化钛式

①结构型式

·又称电阻型氧传感器：

氧化钛常温下为高电阻半导体，一旦缺氧，电阻随之减小

·也有电加热器：

保证传感器工作温度不变

（2）控制电路

·与ECU连接的输出端子电压：

0.1~0.9V

·混合气稀：

输出电压高于参考电压

·混合气浓：

输出电压低于参考电压

六、爆震传感器

1.功用与类型

功用：

检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机ECU，判定有无爆震及爆震强弱，修正点火提前角。

类型：

磁致伸缩式和压电式

2.磁致伸缩式（左图）

·缸体出现振动时，传感器在7kHz左右处产生共振，铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化，从而在绕组中产生感应电动势

3.压电式

（1）结构原理

压电效应：

当缸体振动时，配重受振动影响产生加速度，压电元件受到加速度惯性力的作用而产生电压信号。

（2）输出特性

4.控制电路

·七、电子单元（ECU）

1.电子单元组成

2.电子单元工作过程

·从传感器来的信号，首先进入输入回路，对具体信号进行处理。

如是数字信号，根据CPU的安排，经I/O接口直接进入微机；如是模拟信号，还要经过A/D转换，转换成数字信号后，才能经I/O接口进入微机。

·大多数信息，暂时存储在RAM内，根据指令再从RAM送至CPU。

下一步是将存储在ROM中的参考数据引入CPU，使输入传感器的信息与之进行比较。

·CPU对这些数据比较运算后，作山决定并发出输出指令信号，经I/O接口，必要的信号还经D/A转换器转变成模拟信号，最后经输出回路去控制执行器动作。

例如喷油器驱动信号，通过控制喷油正时和喷油脉宽，完成控制喷油功能。

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