【大学课件】第二章 发动机控制系统传感器结构原理与检修.ppt
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1、,第二章 发动机控制系统传感器,结构原理与检修,第一节 空气流量传感器AFS,名称: 空气流量传感器AFS (Air Flow Sensor) 空气流量计AFM (Air Flow Meter) 进气歧管空气流量传感器MAFS (Manifold Air Flow Sensor),空气流量传感器AFS功用,检测发动机进气量大小,并将进气量信息转换成电信号输入电控单元(ECU),以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。,空气流量传感器AFS种类,一、翼片式AFS 二、量心式AFS 三、涡流式AFS 四、热丝式AFS 五、热膜式AFS,空气流量传感器AFS分类,体积流量型: 翼片式AFS
2、 量心式AFS 涡流式AFS 质量流量型: 热丝式AFS 热膜式AFS,一、翼片式空气流量传感器,采用车型: 皇 冠2.8(5M-E)、 佳 美CARMY 子弹头PREVIA 马自达(MAZDA)MPV多用途汽车,翼片式AFS结构,翼片式AFS组成,(1)检测部件:翼 片:检测翼片、缓冲翼片 转 轴 复位弹簧:电位计上 (2)电 位 计: 镀膜电阻:印刷电路板上 滑 臂 (3)调整部件:调整齿圈:调整输出特性 CO调整螺钉:调整怠速时的CO 调弹簧预紧力传感器输出特性变化 调空燃比A/F怠速时的CO变化 (4)接线插座:7端子插座:带油泵控制触点 5端子插座:不带油泵控制触点 (5)进气温度传
3、感器IAT:负温度系数电阻,检测部件结构,翼 片:检测翼片、缓冲翼片 转 轴 复位弹簧:电位计上,电位计与调整部件,电 位 计:镀膜电阻:印刷电路板上 滑 臂 调整部件:调整齿圈:调整输出特性 调弹簧预紧力传感器输出特性变化 CO调整螺钉:调整怠速时的CO 调空燃比A/F怠速时的CO变化,线束插座与温度传感器,接线插座:7端子插座:带油泵控制触点 5端子插座:不带油泵控制触点 进气温度传感器IAT:负温度系数电阻,原理电路,图33 翼片式AFS原理电路 (a) 模拟控制系统采用;(b)数字控制系统采用 1油泵触点;2电位计;3限流电阻;4进气温度传感器;UB12V;UC5V,工作原理分析,空气
4、流量Q气流压力P翼片转角滑臂转角 电阻RCS信号电压USUS/UB 空气流量Q气流压力P翼片转角滑臂转角 电阻RCS信号电压USUS/UB,进气量的计算,翼片式AFS的检修,二、量心式空气流量传感器,采用车型: 马自达(MAZDA)929型轿车,量心式AFS结构,量 芯:形似炸弹头,进气道内可移动 电 位 计:镀膜电阻、滑臂(量芯带动) 接线插座:5端子插座 进气温度传感器IAT:负温度系数电阻,量心式AFS工作原理,空气流量Q气流压力P量芯移动量d滑臂转角电阻RCS 信号电压USUS/UB 空气流量Q气流压力P量芯移动量d 滑臂转角电阻RCS信号电压USUS/UB,三、涡流式空气流量传感器,
5、采用车型: 丰田凌志LS400型轿车 台湾进口日本皇冠3.0型轿车 日本三菱(Mitsubishi)吉普车 中国长风猎豹吉普车 韩国现代(HYUNDAI)轿车,卡尔曼涡流产生原理,产生原理: 在流体中放置一个柱状物体(称为涡流发生器)后,在其下游流体中就会形成两列平行状旋涡,并且左右交替出现,如图39所示。 测量原理:测量旋涡出现的频率来测量流体的流量。 涡街:由于旋涡与街道两旁的路灯类似,故称为“ 涡街”。 卡尔曼涡街或卡尔曼涡流:这种现象首先被卡尔曼发现。,卡尔曼涡流测量原理,涡流传感器测量原理,测量原理: 根据卡尔曼涡流理论,利用超声波或光电信号,通过检测旋涡频率来测量空气流量。 涡流测
6、量方式: 光电式:凌志LEXUS400 皇冠3.0 超声波检测式: 长风猎豹 南韩现代(HYUNDAI) 三菱(Mitsubishi),光电检测涡流式AFS结构,图310 光电检测涡流式流量传感器的结构 (a) 外形结构;(b) 内部结构 1发光二极管;2反光镜;3张紧带;4进气温度传感器;5涡流;6光敏三极管;7导压孔;8涡流发生器;9整流网栅,光电检测涡流式AFS内部结构,图311 光电检测涡流式传感器剖视图 (a) 进气气流方向剖视图;(b) 进气气流垂直方向剖视图 1涡流发生器;2导压孔;3板簧片(反光镜);4进气温度传感器;5厚膜IC电路;6光敏三极管;7发光二极管LED;8线束插座
7、;9导压腔,光电检测涡流式AFS内部结构,导压管:将发生器前后压力变化引向反光镜 反光镜:薄金属片,振动反射LED光线 发光二极管:发射光线 光电三极管:接受光线,转换成电信号,光电检测涡流式AFS测量原理,振动检测原理:检测气流压力变化来检测旋涡频率 气流压力变化,振动频率变化,旋涡频率变化 n(r/min)700 1000 2000 3000 4000 5000 6000 f (Hz) 28 42 72 130 218 261 436,超声波检测涡流式AFS结构,图312 超声波检测涡流式流量传感器的结构 1大气压力传感器;2集成控制电路;3涡流发生器;4涡流稳定板;5旋涡;6超声波接收器
8、;7主空气道;8旁通空气道;9进气温度传感器;10超声波发生器,超声波检测涡流式AFS原理电路,图313 超声波检测涡流式流量传感器原理电路 1整流网栅;2涡流发生器;3超声波;4超声波发射器;5超声波接收器;6信号处理电路,超声波检测涡流式AFS测量原理,旋涡使超声波信号受加速作用而超前,受减速作用而滞后,如图314(c)、(e)所示,因此相位和相位差会发生变化。 IC在相位超前时输出一个正向脉冲信号,在信号相位滞后时输出一个负向脉冲信号,如图314(d)、(f)所示,从而表明旋涡的产生频率。 当转速低时,进气量小,涡流频率低;反之,当发动机转速高时,进气量大,产生涡流的频率就高。 当转速7
9、00r/min时,涡流频率为2545Hz;转速2000r/min时,涡流频率为7090Hz。,丰田涡流式AFS的检修,四、热丝式与热膜式AFS,采用车型 热线式: 通用别克(Buick) 尼桑千里马(MAXIMA) 尼桑风度(CEFIRO) 瑞典沃尔沃(VOLVO) 热膜式: 马自达(MAZDA)626 捷达都市先锋(GETTA AT) 新捷达王(GETTA GTX) 捷达前卫(GETTA GIX) 红旗CA7220E 桑塔纳时代超人(SANTANA 2000GSi),热丝式AFS的结构,图317 热丝式AFS的结构 1传感器密封盖;2印刷电路板; 3卡环;4防护网;5温度补偿电阻丝(冷丝);
10、6铂金丝(热丝);7取样管;8CO调节螺钉;9防护塞;10接线插座,热丝式AFS的结构,取 样 管:护套,空气通道中央 热丝电阻:铂金丝,直径70微米 RH 温补电阻:铂膜电阻 RT 取样电阻:镀膜电阻 RS 控制电路:控制惠斯顿电桥平衡 R2 接线插座:5或6线插座,热膜式AFS的结构,图318 热膜式AFS的结构 1接线插座;2护套;3铂金属膜;4防护网,热丝与热膜式AFS的测量原理,图320 热丝式与热膜式AFS电路原理 (a) 电路连接;(b) 电桥电路 RT温度补偿电阻(进气温度传感器);RH发热元件(热丝或热膜)电阻;RS信号取样电阻;R1、R2精密电阻;UCC电源电压;US信号电
11、压;A控制电路,热丝与热膜式AFS的测量原理,电桥电压平衡时:控制电路IC供给RH的电流使其TH保持恒定(120左右)。 TH120(IH50120 mA),热丝与热膜式AFS的电流变化,怠速v低Q少冷却程度小RH减小少IH小图a 负荷vQ冷却程度大RH多IH 图b,热丝与热膜式AFS的测量原理,怠速v低Q少冷却程度小RH减小少IH小US低 负荷vQ冷却程度大RH多IHUS,捷达轿车热膜式AFS输出特性,输出电压与空气流量之间近似于4次方根的关系,捷达轿车热膜式AFS检修,接通点火开关,电源电压U2E=11.5V 检测线束导线有无断路、短路: 端子312(ECU)、411、513,结构原理与检
12、修,第二节 曲轴位置传感器,一、曲轴与凸轮轴位置传感器功用,曲轴位置传感器CPS: Crankshaft Position Sensor 凸轮轴位置传感器CPS: Camshaft Position Sensor 判缸传感器CIS: Cylinder Identification Sensor CPS功用: 采集发动机转速和曲轴转角信号,并输入ECU,以便确定点火时刻和喷油时刻。 CIS功用:采集配气凸轮轴位置信号,输入ECU确定气缸上止点位置。,曲轴位置传感器CPS 霍尔式:桑塔纳GLi、2000GLi、Ford EEC-、 Cadillic 磁感应式:桑塔纳2000GSi、捷达AT、GTX
13、型、奥迪200、丰田皇冠3.0 TCCS 光电式:猎豹、Mitsubishi、南韩现代、日产(早期)CPS/CIS制成一体 凸轮轴位置传感器CPS 霍尔式:桑塔纳2000GSi型、捷达AT、GTX型、红旗CA7220E型轿车、切诺基吉普车 磁感应式:丰田皇冠3.0 TCCS 光电式:猎豹、Mitsubishi、南韩现代、日产 (早期)CPS/CIS制成一体,二、CPS、CIS类型,三、光电式CPS/CIS,图325 光电式CPS/CIS结构 (a) 信号盘结构;(b) 传感器结构;(c) 信号发生器结构 1线束插头; 2上止点信号透光孔; 3曲轴转角信号透光孔; 41缸上止点信号透光孔; 5定
14、位销;6、15传感器轴; 7传感器盖;8分火头;9防护盖; 10信号发生器; 11G信号(上止点信号)传感器; 12Ne(转速与转角)信号传感器; 13信号盘; 14传感器壳体,光电式CPS/CIS结构,(1)带孔信号盘 外圆:360个透光孔:1信号孔 转速与转角信号 内圆:5个小透光孔120信号孔 上止点TDC信号 1个大透光孔:1缸BTDC70信号孔 判缸信号 (2)信号发生器 发光二极管:2只1、120发光 光电三极管:2只1、120授光 信号处理电路:整形、放大,光电式CPS/CIS工作原理,工作原理光电效应 当透光孔转到LED与光电管之间时,信号盘透光,光电管导通(占曲轴转角1) 当
15、透光孔不在LED与光电管之间时,信号盘隔光,光电管截止(占曲轴转角1),光电式CPS/CIS输出信号,图327 日产轿车光电式传感器输出波形 判缸信号 内圆1个大透光孔:1缸BTDC70信号 5个小透光孔:120信号各缸上止点BTDC70 转速与转角信号 外圆360个透光孔:1信号,四、磁感应式CPS/CIS,图328 磁感应式传感器工作原理 (a) 接近;(b) 对正;(c) 离开 1信号转子;2传感线圈;3永久磁铁 当转子凸齿接近磁头时,气隙减小,磁阻Rm减小,磁通量增多,磁通变化率增大,感应电动势E为正(E0) 当凸齿正对磁头时,气隙最小,磁阻Rm最小,磁通量最多,磁通变化率为0,感应电
16、动势E为0(E0) 当转子凸齿离开磁头时,气隙增大,磁阻增大,磁通量减少,感应电动势E为负(E0 ),磁感应式CPS/CIS基本原理,图329 传感线圈中的磁通和电动势E波形 (a) 低速时输出波形;(b) 高速时输出波形 当转子凸齿接近磁头时,气隙减小,磁阻Rm减小,磁通量增多,磁通变化率增大,感应电动势E为正(E0) 当凸齿正对磁头时,气隙最小,磁阻Rm最小,磁通量最多,磁通变化率为0,感应电动势E为0(E0) 当转子凸齿离开磁头时,气隙增大,磁阻增大,磁通量减少,感应电动势E为负(E0 ),捷达轿车磁感应式CPS组成,图330 捷达轿车CPS的结构 1缸体; 2大齿缺 (基准标记); 3
17、传感器磁头; 4信号转子,捷达轿车磁感应式CPS结构,传感器:永久磁铁、磁头、传感线圈 信号盘:58个凸齿转速转角信号1个凸齿占3(曲轴转角) 57小齿缺1个小齿缺占3(曲轴转角) 1个大齿缺1、4缸上止点信号大齿缺占15(曲轴转角) 大齿缺的弧度2个凸齿3个小齿缺弧度 信号转子转一转,线圈产生58个信号输入ECU,捷达轿车磁感应式CPS检修,捷达系列轿车CPS安装位置与线束插头 (a) 安装位置;(b) 线束插头 检查信号线圈: 检测传感器插座上 “1”与“2”端子间阻值 R12 4501000,正常。 检查线束导线:156、263、367 R1.5 为正常; R,导线断路。,五、霍尔式曲轴
18、位置传感器CPS,桑塔纳Gli、2000GLi型轿车CPS线束插座及电路连接 (a) 线束插座端子位置;(b) 电路连接 1搭铁端子;2信号输出端子;3电源端子(5V),霍尔效应,霍尔式传感器结构原理,图337 霍尔式传感器结构原理 (a) 叶片进入气隙,磁场被旁路;(b) 叶片离开气隙,磁场饱和 1永久磁铁;2触发叶轮;3磁轭;4霍尔集成电路 当叶片进入气隙时,磁场被叶片旁路,霍尔元件上没有磁力线穿过,霍尔电压UH为零,IC输出级三极管截止,传感器US为高电平(4.8V)。 当叶片离开气隙时,磁通经霍尔IC构成回路,霍尔元件产生UH(约2.0V),输出级三极管导通,传感器US为低电平(0.1
19、V0.3V)。,桑塔纳GLI/2000GLI霍尔式CPS,七、霍尔式凸轮轴位置传感器,图338 桑塔纳、捷达霍尔式凸轮轴位置传感器CIS结构电路 1进气凸轮轴;2凸轮轴位置传感器;3固定螺钉; 4定位螺栓与座圈;5信号转子;6发动机缸盖,桑塔纳、捷达霍尔式CIS输出信号,传感器:永久磁铁、霍尔电路 信号盘:58个凸齿转速转角信号1个凸齿占3(曲轴转角) 57小齿缺1个小齿缺占3(曲轴转角) 1个大齿缺1、4缸上止点信号大齿缺占15(曲轴转角) 大齿缺的弧度2个凸齿3个小齿缺弧度 信号转子转一转,传感器产生58个信号输入ECU,桑塔纳、捷达霍尔式CIS检修,图231 霍尔式凸轮轴位置传感器接线端
20、子排列 (a) 安装位置;(b) 线束插头端子排列 检测电源电压:通点火开关,U134.5V,正常 检测线束断路: OHM200档 分别检测传感器插头与ECU线束插头上端子162、276、367 R1.5 为正常; R,说明导线断路。,切诺基霍尔式CIS结构,图344 切诺基Cherokee凸轮轴位置传感器连接线路,切诺基霍尔式CIS输出信号,图343 切诺基吉普车曲轴与凸轮轴位置传感器信号关系,结构原理与检修,第三节 压力传感器,一、压力传感器类型,功 用:将气体或液体的压力信号转换为电信号 检测原理:将压力变化转换为电阻值的变化 类型: 电阻应变计式检测较高压力:制动或传动油液 半导体压阻
21、效应式检测较低压力:进气歧管压力 大气压力 电感式(即波纹管与差动变压器组合式),名称:进气歧管绝对压力传感器 MAP:Manifold Absolutely Pressure Sensor 功用:通过检测进气歧管或稳压箱内空气压力来反映发动机的负荷状况,并转变为电信号输入发动机ECU。 采用车型 桑塔纳GLi、2000GLi型轿车 天津夏利2000型轿车 丰田佳美(CAMRY)轿车 本田雅阁(ACCORD)轿车 切诺基(Cherokee)吉普车,二、歧管压力传感器MAP功用,三、压阻效应式歧管压力传感器MAP结构,图348 歧管压力传感器MAP结构 压阻效应:单晶硅材料受到应力作用后,其电阻
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