项目6 传感器原理与检测.docx
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项目6传感器原理与检测
学习项目六传感器原理与检测
学习任务一空气流量传感器原理与检测
某用户开了一年的丰田卡罗拉汽车被拖到维修站，车主反映发动机怠速运转立即熄火。
4S店工作人员检测后发现该车在发动机怠速时熄火，拔掉空气流量计与控制器接口线后，发动机能够怠速运转，但排气管有燃烧不完全的油滴，当转速升至1600r/min后或稍加负荷时，发动机就会熄火。
经维修人员诊断，需对该车的空气流量传感器进行检测。
知识目标
1.知道空气流量传感器的作用及工作原理；
2.知道空气流量传感器的类型及选用；
3.知道空气流量传感器的检测方法；
4.能按照维修手册规范更换空气流量传感器；
5.能对工作任务的完成情况进行正确总结和评估，会根据其他车型的维修手册制定空气流量传感器的检测基本工作流程。
技能目标
1.能掌握空气流量传感器的检测步骤；
2.能根据实际情况，正确判断空气流量传感器的好坏；
3.操作过程中能遵守安全操作规范和7S现场管理要求；
4.中级工、高级工、技师都要求“会”。
1.空气流量传感器的工作原理及类型；
2.检测空气流量传感器，判断空气流量传感器的好坏；
3.检测空气流量传感器连接线路的通断情况；
4.按技术要求完成空气流量传感器的就车更换。
4课时
一、任务要求
空气流量传感器（简称MAF）需要进行检测，就车检测电源线是否到电，信号线是否有电压输出。
如信号线无电压输出需拆下空气流量传感器进行检测，以判断是空气流量传感器出问题还是线路的问题。
二、资料收集
1.空气流量传感器的作用
空气流量传感器（或称空气流量计）是用来检测发动机进气量大小的传感器，它将进气量大小转变成电信号输入电子控制单元（ECU），作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。
为使发动机在各种工况下获得最佳浓度的混合气，必须保持空气流量计良好的技术状况，使它能精确测量进气量，并以此作为ECU控制喷油量的主要依据。
如果空气流量计或连接线路出现故障，发动机进气量的测量就不准确，混合气会过浓或过稀，使ECU无法正确地控制发动机的喷油量，导致发动机运转不正常，排放超标。
2.空气流量传感器的安装位置
空气流量传感器一般安装在空气滤清器与节气门体之间的进气管上。
如图6-1-1所示。
图6-1-1空气流量计的安装位置
3.空气流量传感器的类型
根据测量原理不同，可分为翼片式（叶片式）空气流量计、卡门漩涡式空气流量计、热线式（热丝式）空气流量计和热膜式空气流量计四种类型。
在L型多点燃油喷射系统中，就使用空气流量计直接测量进气量，因此进气量的测量精度高，（D型电控燃油喷射系统使用进气歧管压力传感器测量空气量）。
在L型燃油喷射系统中，其进气量测量所用的传感器分为体积流量型传感器和质量流量型传感器。
体积流量型传感器有翼片式、卡门漩涡式（如图6-1-2所示）；质量流量型传感器有热线式和热膜式（如图6-1-3所示）。
质量流量型传感器工作性能好，但生产成本高。
丰田卡罗拉使用的是热丝式空气流量传感器。
图6-1-2空气流量计的类型（左：
翼片式；右：
卡门漩涡式）
图6-1-3空气流量计的类型（左：
热丝式；右：
热膜式）
4.热丝式空气流量传感器的工作原理
热丝式空气流量传感器又称热线式空气流量传感器，其特点是：
测量精度高，响应速度快，进气阻力小，不会磨损。
热丝式空气流量传感器在进气道内套有一个小管。
小管中架有一根极细的铂丝（直径约为0.07mm）。
铂丝被电流加热至120℃左右，故称之为热丝。
热丝式空气流量传感器的工作原理如图6-1-4所示。
图6-1-4热丝式空气流量计的工作原理
ECU向铂丝施加一个特定的电流，以将其加热到给定的温度。
进气流冷却铂丝和内部热敏电阻，从而影响它们的电阻。
ECU改变施加于质量卡流量传感器中的这些零件的电压来保持电流值恒定。
电压大小与通过传感器的空气流量成比例，ECU则利用它来计算进气体积。
此电路的结构使铂热丝和温度传感器构建一个桥接电路，并且控制功率晶体管，使得A和B的电压保持相等，以维持预定的温度。
热丝式空气流量传感器还有自洁功能，当发动机熄火时，电路会把热丝自动加热至1000℃，以清洁流量计。
空气流量传感器电路图如图6-1-5所示。
图6-1-5空气流量计电路图
三、任务准备
所需的工量具及材料
设备：
丰田卡罗拉汽车一辆。
工量具：
数字万用表、一字螺丝批、可调式电源机、蓄电池及电线。
材料：
卡罗拉维修手册、教材、现代汽车技术工作室、配备多媒体教学设备和课桌椅、工作台、各种类型空气流量传感器等等。
四、实施步骤
在进行空气流量传感器检测作业之前，应首先在车辆维修手册上找到“质量或体积空气流量计”这一节内容，根据维修手册的提示和说明并结合实车进行分析和探讨，制定正确合理的检测方案。
在检测过程中，严格按照维修手册的规范和要求进行操作，才能保证顺利完成空气流量计的检测作业，同时在维修过程中遵守7S原则。
丰田卡罗拉空气流量计的特点如表1-1所示。
丰田卡罗拉空气流量计的特点表6-1-1
（1）空气流量计的信号电压在0.2至4.9V范围内变化，随着进气量的增加而增大；
（2）进气温度传感器也安装在空气流量计中；
（3）丰田卡罗拉空气流量计的故障代码为P0100、P0102、P0103；
（4）空气流量计的故障部位可能是电路短路或断路、空气流量计损坏、电脑板问题。
根据丰田卡罗拉维修手册空气流量传感器检测步骤如下：
1.空气流量传感器的检测
（1）检查质量空气流量计（电源电压）
检查质量空气流量计（电源电压）表6-1-2
①断开质量空气流量计连接器；
②将点火开关置于ON位置；
③读取+B-车身搭铁的电压值，应在9至14V范围内。
（2）检查质量空气流量计（ＶＧ电压）
检查质量空气流量计（ＶＧ电压）表6-1-3
①从车上拆下空气流量计；
②向端子+B和E2G之间施加蓄电池电压；
③将数字万用表正极（+）探针连接至端子VG，负极（-）探针连接至端子E2G。
边吹气边测量电压，应随着气量的增加电压增大，在0.2至4.9V的范围内变化。
如数值不变化或超出范围应更换空气流量计。
（3）检查空气流量计与ECU之间的连接线束
检查空气流量计与ECU之间的连接线束表6-1-4
①断开电瓶负极，断开ECU连接器；
②根据下表中的值测量电阻。
标准电阻（断路检查）表6-1-5
检测仪连接
条件
规定状态
B2-5（VG）-B31-118（VG）
始终
小于1Ω
B2-4（E2G）-B31-116（E2G）
始终
小于1Ω
标准电阻（短路检查）表6-1-6
检测仪连接
条件
规定状态
B2-5（VG）或B31-118（VG）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
B2-4（E2G）或B31-116（E2G）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
（4）检查保险丝
从发动机室继电器盒上拆下EFINo.1保险丝测量电阻小于1Ω为正常。
重新安装EFINo.1保险丝。
2.检测后恢复设备：
重新连接ECU连接器，装复空气流量计，重新连接空气流量计连接器，装复蓄电池负极接柱。
五、项目评价
对本学习任务进行评价，学生技能考核表如表6-1-7所示。
技能考核评价表表6-1-7
班级：
组别：
姓名：
序号
考核内容
配分
评分标准
考核记录
扣分
得分
1
检查工具设备
5
2
正确使用工具仪器
20
工具使用不当扣10分
3
空气流量计工作原理认识和检测方案的制定是否合理正确
30
认知、分析错误每处扣2分。
4
空气流量计检测并正确诊断排除故障
30
检查方法不正确15扣分
检测结果不正确扣15分
7
遵守安全规程，正确使用工量具，操作现场整洁。
10
每项扣2分，扣完为止
安全用电，防火，无人身设备事故
5
因操作不当发生重大事故，此题按0分计
9
分数总计
100
六、学习拓展
1.热线式空气流量传感器可用就车检测的方法来检查热线自清洁电路，其检测方法是:
（1）起动发动机，并加速到2500r／min以上；
（2）让发动机怠速运转拆下空气流量传感器进口处的空气滤清器和进气管道；
（3）关闭点火开关，从流量传感器入口处观察流量传感器的热线是否能在熄火5s,后被加热至发出红光，并持续ls。
注意：
有些车型的热线式空气流量计无此功能。
在检查热线式空气流量传感器时，切不可将手指或工具伸入流量传感器进气通道内，以免损坏流量传感器内极细的热线丝。
2.进气歧管压力传感器
进气歧管绝对压力传感器（简称MAP）应用在D型EFI汽油喷射系统中，它是D型汽油喷射系统的重要部件，相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器。
进气歧管绝对压力传感器的功能是根据发动机的负荷状况检测出进气歧管内压力的变化，并转换成电信号与转速信号一起输入ECU中，作为发动机基本喷油量控制和点火控制的依据。
进气歧管绝对压力（或简称进气管压力）传感器有的安装在发动机驾驶室内，有的车型安装在发动机ECU控制盒内，但安装在进气歧管上的车型较多，如图6-1-6、6-1-7所示。
图6-1-6进气歧管压力传感器位置图1
图6-1-7进气歧管压力传感器位置图2
半导体压敏电阻式压力传感器由压力转换元件（硅片）和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路构成，如图6-1-8所示。
图6-1-8压敏电阻式进气歧管压力传感器
半导体压敏电阻式进气压力传感器检测
（1）测电源电压
拔下传感器线束，打开点火开关，测量Vc端子的电压值，应为5V。
（2）测信号电压
拔下传感器的真空软管。
接上手动真空泵，打开点火开关，检测信号端子PIM与搭铁线之间的信号电压，如图所示。
在怠速时为0.9V，转速升高时，真空度随之降低，输出电压升高，最高不超过5V。
将不同真空度下的输出电压下降量与表1-3中的标准值相比较，如不符，应更换进气歧管压力传感器。
进气压力传感器在不同压力下PIM与E2间的电压值表6-1-8
真空度／
kPa（mmHg）
13.3（100）
26.7（200）
40.0（300）
53.5（400）
66.7（500）
电压值／V
0.3～0.5
0.7～0.9
1.1～1.3
1.5～1.7
1.9～2.1
3.“D”型与“L”型的区别
（1）“D”是德语Druck（压力）的第一个字母
D型电控燃油喷射系统利用绝对压力传感器检测进气管内的绝对压力，电脑根据进气管内的绝对压力和发动机转速推算出发动机的进气量，再根据进气量和发动机转速确定基本喷油量。
（2）“L”是德语Luft（空气）的第一个字母
L型电控燃油喷射系统利用空气流量计直接测量发动机的进气量，电脑不必进行推算，即可根据空气流量计信号计算与该空气量相应的喷油量。
由于消除了推算进气量的误差影响，其测量的精确度高于D型，因此对混合气浓度的控制更精确。
（3）空气流量计是EFI系统最重要的传感器，在维修和检查时应特别注意，切忌碰撞，不要让污物进入流量计内，也不能随意将手和工具伸入流量计内，以免造成损坏，影响测量精度。
学习任务二曲轴位置传感器原理与检测
一辆丰田卡罗拉车，打电话要求4S店施救，反应车辆在起动时无法起动，起动机运转正常但不能着车，故障指示灯常亮。
车被拖入修理厂，4S店工作人员检查，车辆已行驶里程4万公里，发动机不点火、不喷油。
最后确定是曲轴位置传感器损坏，发动机电脑收不到曲轴位置传感器的信号。
需对该汽车的曲轴位置传感器进行检测。
知识目标
1.知道曲轴位置传感器的作用及工作原理；
2.知道曲轴位置传感器的类型及选用；
3.知道曲轴位置传感器的检测方法；
4.能按照维修手册规范更换曲轴位置传感器；
5.能对工作任务的完成情况进行正确总结和评估，会根据其他车型的维修手册制定曲轴位置传感器的检测基本工作流程。
技能目标
1.能掌握曲轴位置传感器的检测步骤；
2.能根据实际情况，正确判断曲轴位置传感器的好坏；
3.操作过程中能遵守安全操作规范和7S现场管理要求；
4.中级工、高级工、技师都要求“会”。
1.曲轴位置传感器的工作原理及类型；
2.检测曲轴位置传感器，判断曲轴位置传感器的好坏；
3.检测曲轴位置传感器连接线路的通断情况；
4.按技术要求完成曲轴位置传感器的就车更换。
4课时
一、任务要求
曲轴位置传感器（简称Ne）需要进行检测，就车检测电源线是否到电，信号线是否有电压输出。
如信号线无电压输出需拆下曲轴位置传感器进行检测，以判断是曲轴位置传感器出问题还是线路的问题。
二、资料收集
（一）速度传感器
一般常见的速度传感器有三种类型：
电磁式、霍尔式及光电式，通常用于检测发动机的转速、自动变速器的车速、汽车的轮速等，曲轴位置传感器是速度传感器中的一种。
发动机转速传感器、车速传感器和轮速传感器所获得的速度信号输入ECU，以便使发动机控制系统、起动系统、ABS／ASR制动防滑控制系统、悬架系统、导航系统等各种装置能正常工作。
在现代电控发动机上，有些发动机将曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器制成一体，既用于发动机曲轴位置、活塞上止点位置的测定，又用于发动机转速的测定。
凸轮轴位置传感器的类型和工作原理与曲轴位置传感器相同。
（二）曲轴位置传感器
曲轴位置传感器又称为发动机转速传感器，是发动机电子控制系统的主要部件，用于检测曲轴转角信号，也是测量发动机转速的信号源。
其作用是采集曲轴转角和发动机转速信号并输送给ECU，以确定喷油时刻和点火时刻。
曲轴位置传感器一般安装在曲轴前端或后端，如图6-2-1所示。
图6-2-1丰田卡罗拉发动机曲轴位置传感器的安装位置
（三）速度传感器的类型
速度传感器有磁脉冲式（如图6-2-2所示）、霍尔式（如图6-2-3所示）和光电式（如图6-2-4所示）三种类型。
丰田卡罗拉发动机使用的是磁脉冲式转速传感器。
图6-2-2磁脉冲式转速传感器
图6-2-3霍尔式转速传感器
图6-2-4光电式转速传感器
（五）磁脉冲式曲轴位置传感器的工作原理
丰田卡罗拉发动机使用的是磁脉冲式曲轴位置传感器系统，它包括一个曲轴位置信号盘和一个耦合线圈。
信号盘有34个齿，并安装在曲轴上。
耦合线圈由缠绕的铜线、铁芯和磁铁组成。
信号盘旋转时，随着每个齿经过耦合线圈，便产生一个脉冲信号。
发动机每转一圈，耦合线圈产生34个信号。
ECU根据这些信号计算出曲轴位置和发动机转速。
使用这些计算结果，可以控制燃油喷射时间和点火正时。
如图6-2-5所示为丰田卡罗拉曲轴凸轮轴位置传感器电路图。
图6-2-5丰田卡罗拉曲轴凸轮轴位置传感器电路图
三、任务准备
所需的工量具及材料
设备：
丰田卡罗拉汽车一辆。
工量具：
数字万用表、一字螺丝批、蓄电池及电线。
材料：
卡罗拉维修手册、教材、现代汽车技术工作室、配备多媒体教学设备和课桌椅、工作台、各种类型曲轴位置传感器等等。
四、实施步骤
在进行曲轴位置传感器检测作业之前，应首先在车辆维修手册上找到“曲轴位置传感器”这一节内容，根据维修手册的提示和说明并结合实车进行分析和探讨，制定正确合理的检测方案。
在检测过程中，严格按照维修手册的规范和要求进行操作，才能保证顺利完成曲轴位置传感器的检测作业，同时在维修过程中遵守7S原则。
丰田卡罗拉曲轴位置传感器的特点如表6-2-1所示。
丰田卡罗拉曲轴位置传感器的特点表6-2-1
（1）曲轴位置传感器的信号电压随着发动机转速的增加而增大；
（2）丰田卡罗拉曲轴位置传感器的故障代码为P0335、P0339；
（3）曲轴位置传感器的故障部位可能是电路短路或断路、曲轴位置传感器损坏、电脑板问题。
（4）即使发动机运转正常，发动机转速也可能显示为“0”。
这是因为未收到曲轴位置传感器的NE信号导致的。
如果曲轴位置传感器的输出电压不足，发动机转速可能显示为低于实际发动机转速的值。
根据丰田卡罗拉维修手册空气流量传感器检测步骤如下：
1.曲轴位置传感器的检测
（1）检查曲轴位置传感器（电阻）
检查曲轴位置传感器（电阻）表6-2-2
①断开曲轴位置传感器连接器；
②读取1-2接脚的电阻，应在1850至2450Ω范围内。
（2）检查曲轴位置传感器与ECU之间的连接线束
检查曲轴位置传感器与ECU之间的连接线束表6-2-3
①断开电瓶负极，断开ECU连接器；
②根据表6-2-4、6-2-5中的值测量电阻。
标准电阻（断路检查）表6-2-4
检测仪连接
条件
规定状态
B6-1（NE+）-B31-122（NE+）
始终
小于1Ω
B6-2（NE-）-B31-121（NE-）
始终
小于1Ω
标准电阻（短路检查）表6-2-5
检测仪连接
条件
规定状态
B6-1（NE+）或B31-122（NE+）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
B6-2（NE-）或B31-121（NE-）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
（3）检查曲轴位置传感器的安装情况、曲轴位置信号盘齿
①检查曲轴位置传感器的安装情况；
②信号盘无任何裂纹或变形。
图6-2-6曲轴位置传感器安装情况
2.检测后恢复设备
重新连接ECU连接器，装复曲轴位置传感器，重新连接曲轴位置传感器连接器，装复蓄电池负极接柱。
五、项目评价
对本学习任务进行评价，学生技能考核表如表6-2-6所示。
技能考核评价表表6-2-6
班级：
组别：
姓名：
序号
考核内容
配分
评分标准
考核记录
扣分
得分
1
检查工具设备
5
2
正确使用工具仪器
20
工具使用不当扣10分
3
曲轴位置传感器工作原理认识和检测方案的制定是否合理正确
30
认知、分析错误每处扣2分。
4
曲轴位置传感器检测并正确诊断排除故障
30
检查方法不正确15扣分
检测结果不正确扣15分
7
遵守安全规程，正确使用工量具，操作现场整洁。
10
每项扣2分，扣完为止
安全用电，防火，无人身设备事故
5
因操作不当发生重大事故，此题按0分计
9
分数总计
100
六、拓展知识
1.霍尔效应式传感器的工作原理
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应原理，产生与曲轴转角相对的电脉冲信号制成的。
霍尔效应就是在磁场中，运动电荷的偏移称为霍尔效应，如图6-2-7所示。
当电流通过磁场中的半导体基片（霍尔元件）并且电流方向与磁场方向垂直时，电荷在磁场力的作用下向一侧偏移，在垂直于电流与磁场的霍尔元件的横向侧面上即产生一个与电流和磁场力成正比的电压，该电压称为霍尔电压。
霍尔式曲轴位置传感器就是利用触发叶片改变通过霍尔元件的磁场强度。
从而使霍尔元件产生脉冲电压，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。
图6-2-7霍尔效应原理
霍尔式曲轴位置传感器主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。
信号转子又称触发叶片，采用触发叶片的霍尔式曲轴位置传感器一般安装在分电器内。
信号转子上分布有和气缸数目相同的窗口及一个缺口。
分电器每转动一周，转子上的窗口便产生和气缸数目相同的一组各缸活塞到达上止点的信号（Ne信号），同时转子上的缺口则产生一个第l缸活塞到达上止点的信号（G信号）。
如图6-2-8所示。
前者用于控制点火及检测发动机的转速，后者用于控制喷油顺序。
霍尔式信号发生器由霍尔集成电路、永久磁铁和导磁钢片等组成。
霍尔集成电路由霍尔元件、放大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。
霍尔元件用硅半导体材料制成，与永久磁铁之间有0.2~0.4mm的间隙。
其工作原理如图1-所示，霍尔半导体固定在陶瓷支座上。
它有4个电接头，电源由AB端输入，霍尔电压由CD端输出。
该片的对面装有一个永久磁体，它和霍尔半导体之间留有一定的空气间隙（气隙）。
信号转子由分电器轴驱动，转子上有和气缸数目相同叶片。
当叶片转离磁极和霍尔基层之间的气隙时，磁场通过霍尔基层，其CD端产生霍尔电压。
当叶片转入磁极和霍尔基层之间的气隙时，磁力线被隔断，不能通过霍尔基层，使霍尔电压下降为0。
在分电器转动一圈的过程中，传感器输出和气缸数目相同个数的矩形电压脉冲信号。
通常将脉冲信号的下降沿作为活塞到达上止点的基准信号（Ne信号）。
图6-2-8霍尔式曲轴位置传感器的工作原理图
2.凸轮轴位置传感器的作用及工作原理
进气凸轮轴的可变气门正时（VVT）传感器（G信号）由磁铁和信号发生器组成。
VVT凸轮轴主动齿轮有一个信号盘，信号盘的外圆周上有3个齿。
齿轮旋转时，信号盘和耦合线圈间的气隙会发生改变。
从而影响磁铁。
结果电阻值就会发生波动。
凸轮轴位置传感器将齿轮旋转数据转换为脉冲信号，并将这些脉冲信号发送到ECU来确定凸轮轴角度。
ECU利用此数据来控制燃油喷射时间和喷油正时。
如图6-2-9所示为丰田卡罗拉凸轮轴位置传感器安装位置图。
图6-2-10为凸轮轴位置传感器的工作原理图。
图6-2-9凸轮轴位置传感器的安装位置
图6-2-10凸轮轴位置传感器工作原理
曲轴位置信号盘有34个齿。
发动机每转一周，耦合线圈产生34个信号。
ECU根据G信号和实际曲轴转角，来检测正常的曲轴转角。
ECU还根据NE信号来检测发动机的转速。
丰田卡罗拉发动机的凸轮轴位置传感器是霍尔效应式传感器。
学习任务三节气门位置传感器原理与检测
某用户开了一年的丰田卡罗拉汽车被拖到维修站，车主反映发动机发动机抖动和怠速不稳定。
4S店工作人员检测后发现该车油门反应慢，怠速不稳定，发动机抖动。
经维修人员诊断，需对该车的节气门位置传感器进行检测。
知识目标
1.知道节气门位置传感器的作用及工作原理；
2.知道节气门位置传感器的类型及选用；
3.知道节气门位置传感器的检测方法；
4.能按照维修手册规范更换节气门位置传感器；
5.能对工作任务的完成情况进行正确总结和评估，会根据其他车型的维修手册制定节气门位置传感器的检测基本工作流程。
技能目标
1.能掌握节气门位置传感器的检测步骤；
2.能根据实际情况，正确判断节气门位置传感器的好坏；
3.操作过程中能遵守安全操作规范和7S现场管理要求；
4.中级工、高级工、技师都要求“会”。
1.节气门位置传感器的工作原理及类型；
2.检测节气门位置传感器，判断节气门位置传感器的好坏；
3.检测节气门位置传感器连接线路的通断情况；
4.按技术要求完成节气门位置传感器的就车更换。
8课时
一、任务要求
节气门位置传感器（简称TPS）需要进行检测，就车检测电源线是否到电，信号线是否有电压输出。
如信号线无电压输出需拆下节气门位置传感器进行检测，以判断是节气门位置传感器出问题还是线路的问题。
二、资料收集
1.节气门位置传感器的作用
节气门位置传感器（TPS）安装在节气门体上，与节气门轴相连接如图6-3-1所示。
驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度。
节气门位置传感器的作用是将节气门的开度大小转变为电信号输入E
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