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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