汽车电喷发动机中传感器的构造和工作原理
汽车电喷发动机中传感器的构造和工作
原理
汽车电喷发动机中传感器的构造和工作原理"电喷"发动机(电子控制燃油喷射发动机的简称)系统主要由各种传感器、发动机电子控制单元(ECU)和各种执行器三大部分组成，如图1所示。
传感器是"电喷"发动机系统的主要组成部分之一。它是ECU的"眼睛"和"耳朵"，时刻监视着系统内外的变化，使发动机始终处在一个良好的运转状态。用于"电喷"发动机中的传感器主要有：进气流量传感器、进气压力传感器、进气温度传感器、冷却液温度传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、同步信号传感器、氧传感器、爆震传感器、车速传感器。下面对它们的构造和工作原理逐一进行介绍。
一、进气流量传感器
这类传感器是决定喷油量的重要传感器。它安装在空气滤清器后的进气管前端，用来检测进气量的参数。单独检测进气流量或进气压力均能反映进气量的情况，所以有的"电喷"发动机采用进气流量式检测(如凌志LS400、宝马等)，有的则采用进气压力式检测(如皇冠3.0、北京切诺基等)。
进气流量传感器的种类较多，有机械检测的翼片式进气流量计，有光电检测的卡门漩涡式流量计，有热敏元件检测的热线式流量计及它的改进型热膜式流量计。
图2是常采用的热线式进气流量式传感器的工作原理图。为了测量进气温度(即进气流量)的变化，在进气管道中安装了两个由自金丝(或白金薄膜)做成的热敏电阻Rt和Rt'(Rt'为温度补偿电阻)，与外部的R1、R2构成惠斯顿电桥。
发动机不工作时，即进气管道中的空气处于静止状态时，电桥维持在一种平衡状态，控制集成电路(IC)不起调整控制作用。发动机工作时，由于空气从热敏元件Rt、Rt'周围流过，Rt、Rt'周围的空气温度及Rt、Rt'自身的阻值均要降低(PTC 特性)。所以电桥改变原平衡状态，在R1两端产生与原来不同的电压，使集成电路(IC)进行控制调整。调整的结果是使Rt两端电压升高，因此流过Rt、Rt'的电流增大，产生更多的热量。最终因温度升高，使Rt、Rt'的阻值升高，直至电桥重新达到平衡状态。
调节控制规律是：进气(空气)流量越大，电桥越不平衡，因而控制调节电压也就越高，流过Rt的热线电流也就越大。由于发动机工作时进气流量是在不断变化的，所以流过电桥上的热线电流也是不断变化的，即Rt两端的电压UO也是在不断变化的。把这个与进气量成正比变化的电压信号UO送至ECU，ECU再去控制喷油量的大小，即可使发动机转速稳定在不同的量级上。
二、进气压力传感器
这类传感器是控制喷油量大小的另一类传感器。它安装在发动机的进气歧管上，用来检测进气歧管内的绝对压力和环境大气压之间的差值。它的种类也较多，有膜片传动的可变电阻式、膜片传动可变电感式、超声波压电换能式、压敏电阻式和电容式。
图3是北京切诺基轿车采用的膜片传动可变电阻式进气压力传感器工作原理图。它的构造及工作原理类似于传统的膜片式机油压力传感器。只不过它没有触点，采用的是可变电阻形式。
来自节气门后部歧管内真空度高低的变化反映了进气压力高低的变化。在真空吸力的作用下，进气压力传感器密封腔内的膜片左右移动，膜片又带动可变电阻的滑片移动，最后使传感器输出的信号电压发生变化。ECU则根据这个随进气压力高低变化的信号电压去控制喷油量的大小。
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三、进气温度传感器
这类传感器安装在进气歧管内，用来向ECU提供进气温度信息。进气温度也与喷油量的大小有关。进气温度低(如启动冷车)就要加大喷油量，进气温度高(如热车)就要减小喷油量。实际上测量进气温度的高低，也就是间接地测量进气量(空气密度)的大小。因为进气量的大小与空气的密度有关，而空气的密度又与进气温度成正比。汽车上广泛采用的是半导体热敏电阻式温度传感器，具有负的温度系数(NTC)。它的构造和工作原理很简单，如图4所示。
今年春节高速免费时间2022时间表当进气温度低时，热敏电阻Rt的阻值增大，电路中的电流将减小。当进气温度高时，热敏电阻Rt的阻值将减小，电路中的电流将增大。由于回路中电流的变化，将引起Rt两端电压的变化，ECU接收到这个变化的信号电压后，也就获悉了进气温度的高低，然后去控制喷油量的大小。
四、冷却液温度传感器
这类传感器安装在冷却液管道内，用来向ECU提供发动机温度的信息。它采用的也是上述的半导体热敏电阻式温度传感器，其构造与工作原理基本相同，在此不再赘述。
五、节气门位置传感器
这类传感器与喷油量的大小有直接关系。它安装在节气门阀体上，用来向ECU 提供节气门的开启状态及速度的信息。它开启的角度大小，反映着发动机的转速和负荷的情况。
节气门位置传感器有可变电阻式模拟线性输出和触点式开关型输出两种。图5是可变电阻式线性输出的节气门位置传感器的工作原理图。
雷克萨斯300传感器可变电阻的滑片(即中间抽头)由节气门轴带动在电阻片上滑动。当节气门开启角度小时(如怠速或发动机小负荷运转时)，滑片向上滑动，电阻值增大，这时从B端向ECU输入一个低的信号电压。当节气门开启角度增大时(如汽车爬坡或大负荷运转)，滑片向下滑动，电阻值减小，这时从B端向ECU输
入一个高的信号电压。输出信号电压的大小与节气门开度的大小成正比。ECU根据输入电压的高低，以判断发动机当前的情况，决定喷油量的大小、点火是否提前、是否需要中断辅助电器设备(如爬坡、大负荷时断开空调)等。
六、曲轴位置传感器
这类传感器是检测发动机的曲轴转角、活塞位置和发动机转速的重要传感器。它向ECU提供上述被检测对象当前所处的状态信息，它直接关系到点火正时与发动机能否启动。
曲轴位置传感器的结构形式和安装位置因不同的车型而各异。结构形式常见的有：霍尔式、磁脉冲式和光电式。安装的部位有在飞轮及飞轮壳上的，有在分电器内的，还有在曲轴前端或凸轮轴前端的。转载请注明转自"维修吧-"
图6a是一种安装在飞轮上的霍尔效应式曲轴位置传感器。图中为四缸发动机飞轮上的信号传感器结构。飞轮上有8个槽齿，每4个槽齿为1组，共分成2组。
1、4两缸为一组，
2、3两缸为一组，各占飞轮圆周60°。每组中每个槽间隔20°，每组相隔180°。
当飞轮上的槽经过传感器时，霍尔传感器便产生信号电压，输出高电平(5v)。当飞轮两槽间的齿经过传感器时，霍尔传感器输出低电平(0.3V)。因此当飞轮上每一个齿槽通过传感器时，都将产生一个高、低电平变化的脉冲信号。四缸发动机的飞轮每旋转一周，将产生两组脉冲信号(每组4个)，如图6b所示。把这两组
脉冲信号送人ECU，ECU就可利用一组脉冲信号判断1、4两缸活塞已接近上止点，或利用男一组脉冲信号，判断2、3两缸活塞已接近上止点，然后确定何时喷油。
另外，ECU根据输入的脉冲速率，还能计算出单位时间内飞轮转过的槽齿数，也就是发动机当前的转速。
20到30万的越野车七、同步信号传感器
ECU通过曲轴位置传感器，只能判定某两个活塞(如1、4两缸)已接近上止点。但它不知道究竟是"1"缸活塞还是"4"缸活塞已接近上止点。对于"电喷"发动机按次序喷射系统来说，必须要知道是哪一个缸的活塞已接近上止点，以备喷油或点火。这就需要同步信号传感器来完成这个判缸任务。
同步信号传感器与曲轴位置传感器的结构和工作原理基本相同，它也有多种安装及结构形式。图7a是安装在分电器内的霍尔式同步信号传感器的结构简图。它主要由分电器轴驱动的脉冲转子和霍尔传惑
器组成。图中C、D间虚线以上部分的半圆弧(180°)称作脉冲环，其与霍尔传感器配合工作产生脉冲信号。当分电器轴驱动脉冲转子转动，脉冲环从D端开始进入霍尔传感器内直至C端时，霍尔传感器输出高电平。ECU接收到高电平后，便可判定"4"缸活塞已接近上止点且为排气行程，可进行喷油。而"1"缸活塞也已接近上止点，且为压缩行程可进行点火。
当分电器轴驱动脉冲转子转动，脉冲环从c端开始离开霍尔传感器后，信号传感器输出低电平。ECU接收到低电平信号后，便可判定"4"缸活塞已接近上止点，但为压缩行程可进行点火。
而"1"缸活塞为排气行程，可进行喷油。图7b是发动机转两周，脉冲转子转一周，同步信号传感器产生的脉冲信号电压波形。
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八、氧传感器
现代汽车为了减少废气排放(主要成分是一氧化碳CO、碳氢化合物HC及氮氧化物NOx)，以适应排污法规的要求，普遍在排气管装有氧传感器和三元催化反应器。利用氧传感器提供反馈信息送至ECU，实现混合气空燃比的闭环控制。同时还利用三元催化反应器将废气中的CO转化(氧化)为O2，HC化合物转化(氧化)为
江淮扫路车H2O，NOx转化(还原)为O2、N2无害气体。为了达到此目的，也就是说为了使三元催化反应器能正常
工作，要求混合气的空燃比必须在理论空燃比范围内(理论混合气空燃比为14.7：1)。这就需要用氧传感器测定废气中氧的含量(即空燃比大小)，向ECU反馈信息，及时修正喷油量使空燃比回到理论值。