汽車傳感器課件第3章壓力

第三章壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理與檢測汽車傳感器1P第一節(jié)概述第二節(jié)進氣壓力傳感器第三節(jié)大氣壓力傳感器第四節(jié)制動主缸油壓傳感器第五節(jié)蓄壓器壓力傳感器第六節(jié)空氣濾清器真空開關(guān)第七節(jié)機油壓力開關(guān)2P壓力傳感器在汽車上應(yīng)用較廣，它的作用是檢測氣體或液體的壓力變化情況，并把檢測結(jié)果轉(zhuǎn)換成電信號輸入給電控單元。第一節(jié)概述一、壓力傳感器的類型1.壓力傳感器按結(jié)構(gòu)可分為3）電阻-應(yīng)變效應(yīng)式：電阻-應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻在導(dǎo)體受力產(chǎn)生變形(伸長或縮短)時發(fā)生變化的現(xiàn)象。1）電磁式：或稱膜盒傳動的可變電感式、差動變壓器組合式。敏感元件有膜盒、波紋管、U形管等。2）壓阻效應(yīng)式：壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體受到應(yīng)力作用時，由于載流子遷移率的變化，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。半導(dǎo)體壓阻式傳感器具有靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)好、精度高易于微型化和集成化等特點而應(yīng)用廣泛。3P1)電壓型：有壓阻應(yīng)式(或半導(dǎo)體壓敏電阻式)壓力傳感器、和電磁式(膜盒傳動的可變電感式)壓力傳感器。2.按信號產(chǎn)生的原理可分為2)頻率性：電容膜盒式壓力傳感器和表面彈性波式壓力傳感器。3.按信號產(chǎn)生的應(yīng)用可分為進氣歧管壓力傳感器：檢測歧管壓力，間接獲取EFI系統(tǒng)流量、EGR控制。大氣壓力傳感器：檢測大氣壓力，空燃比修正。制動主缸壓力傳感器：檢測制動主缸壓力，蓄壓器壓力傳感器：檢測蓄壓器壓力，控制空氣濾清器真空開關(guān)：檢測壓力差，判斷濾清器是否堵塞。機油壓力開關(guān)：檢測發(fā)動機有無機油壓力。變速器油壓力傳感器：檢測變速器油壓，控制換檔。輪胎氣壓傳感器：檢測輪胎氣壓是否過高。4P

1.國際壓力計量單位及其標(biāo)識符號：Pa；kPa；MPa；2.其他常用壓力計量單位1）1bar=105Pa

2）PSi為英制壓力單位，磅力每平方英寸（1bf/in2）

1psi=6894.76pa；3）標(biāo)準大氣壓1atm=101325pa；4）工程大氣壓1at(千克力每平方厘米kgf/cm2)1at=98066.5pa

5）毫米汞柱(mmHg)，1mmHg=133.322Pa

6）毫米水柱(mmH2O)，1mmH2O=9.80665Pa附：壓力計量單位及其標(biāo)識符號5P第二節(jié)進氣壓力傳感器一、進氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理進氣壓力傳感器是進氣歧管絕對壓力傳感器的簡稱。絕對壓力：相對于真空的壓力。D型EFI系統(tǒng)是利用進氣歧管絕對壓力和發(fā)動機轉(zhuǎn)速來計算吸入氣缸的空氣量，又稱為速度—密度型EFI系統(tǒng)。其作用相當(dāng)于L型EFI汽油噴射系統(tǒng)中的空氣流量傳感器。速度—密度方式噴油器進氣岐管壓力傳感器空氣濾清器怠速空氣閥進氣岐管穩(wěn)壓室節(jié)氣門體

6PBOSCH壓力型（D型）EFI7P傳感器安裝：節(jié)氣門后部的進氣歧管上。8PL型與D型區(qū)別

節(jié)氣門下游漏氣對L型、D型分別有什么影響？

節(jié)氣門下游漏氣，對于L型噴射系統(tǒng)來說，外漏的氣體沒有經(jīng)過進氣流量傳感器的計量，所以ECU不會令噴油量增加，以致使混合氣變稀，發(fā)動機動力不足、怠速不穩(wěn)甚至熄火。對于D型噴射系統(tǒng)來說，節(jié)氣門下游的真空漏氣，會使歧管內(nèi)的真空度下降，絕對壓力升高。由于D型噴射系統(tǒng)都是以絕對壓力的信號輸出給ECU的，所以ECU根據(jù)絕對壓力升高的信號，令噴油量增加，提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，造成怠速過高。9P按其信號產(chǎn)生原理可分為電磁式(膜盒傳動的差動變壓器式)、壓阻式、電容式和表面彈性波式等傳感器。壓阻式傳感器采用硅膜片與力敏電阻一體化的擴散型。這種傳感器易于批量生產(chǎn)，能夠方便地實現(xiàn)微型化、集成化和智能化，因而受到人們普遍重視。

其中壓阻式和電容式進氣壓力傳感器在當(dāng)今發(fā)動機電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。2.進氣壓力傳感器的種類：測量節(jié)氣門之后的進氣歧管的真空度，來間接的測量進氣量。

將進氣管道中的氣體絕對壓力轉(zhuǎn)換成電信號，并送ECU，由ECU控制電動噴油器噴油的噴油量。1.進氣壓力傳感器的作用10P（一）電磁式進氣壓力傳感器鐵心彈片接進氣歧管傳感線圈真空膜盒電磁式進氣壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖1.傳感器結(jié)構(gòu)：2)鐵心和傳感線圈：轉(zhuǎn)換為電量的元件。1)一對真空膜盒（壓力計）：檢測敏感元件。a)節(jié)氣門開啟狀態(tài)b)節(jié)氣門關(guān)閉狀態(tài)11P具有彈性的真空膜盒抽成真空。外部氣壓變化時，膜盒產(chǎn)生凸出或凹進的現(xiàn)象，通過傳動機構(gòu)，使線圈中鐵心的位置發(fā)生改變，從而使線圈中穿過的磁通量發(fā)生變化，于是線圈變產(chǎn)生出大小不同的感應(yīng)電動勢來，由此即把氣壓變化的物理量轉(zhuǎn)換成由線圈兩端輸出的電信號。鐵心彈片接進氣歧管傳感線圈真空膜盒a)節(jié)氣門開啟狀態(tài)b)節(jié)氣門關(guān)閉狀態(tài)2.傳感器工作原理12P當(dāng)節(jié)氣門開啟時，進氣歧管內(nèi)氣體的絕對壓力增加即真空度減小，真空膜盒被壓縮，把動鐵心往右拉，如圖a所示，于是減小了磁軛與動鐵心（銜鐵）的間隙，使傳感線圈中的感應(yīng)電動勢增大。當(dāng)此信號輸出給ECU后，ECU控制噴油器，使燃油的噴射量增加。節(jié)氣門關(guān)閉時，則相反。鐵心彈片接進氣歧管傳感線圈真空膜盒a)節(jié)氣門開啟狀態(tài)b)節(jié)氣門關(guān)閉狀態(tài)13P（二）壓阻效應(yīng)式進氣壓力傳感器1)硅膜片：用半導(dǎo)體材料硅制成的，是利用半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)的壓力轉(zhuǎn)換元件。硅膜片的一面是真空室，另一面是進氣歧管壓力。硅膜片真空室IC濾清器接線端進氣歧管壓力1.傳感器結(jié)構(gòu)：2)真空室：提供絕對壓力基準。3)濾清器：濾除進氣雜質(zhì)，以免膜片受到腐蝕和臟污而。4)IC：集成傳感器電路。5)接線端：壓阻效應(yīng)式進氣壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖14P真空室硅片IC壓阻式歧管壓力傳感器的硅膜片一面通真空室，另一面導(dǎo)入進氣歧管壓力。在壓差作用下，硅膜片就會產(chǎn)生機械應(yīng)變而產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)變電阻的阻值在膜片應(yīng)力的作用下就會發(fā)生變化，電橋上電阻值的平衡就被打破，從而使電橋輸出電壓變化。由于該電壓值很小，再經(jīng)過混合集成電路的放大處理后，從ECU的PIM端子提供給微電腦電路。2.傳感器工作原理15P說明：發(fā)動機電噴系統(tǒng)的汽油噴射，除了受進氣壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速等主要因素影響外，還必須考慮發(fā)動機在冷啟動、熱車后、滿負荷、加速及停車時燃油供給的中斷等諸多因素。為此，還設(shè)置許多附加或輔助裝置，如節(jié)氣門位置傳感器和附加空氣閥等。另外，由于壓力傳感器結(jié)構(gòu)和測量原理的要求，因此壓力傳感器安裝在振動較小的車身處，用一根橡膠管與進氣總管相連作為取氣管。16P由兩片用絕緣墊平行隔開的氧化鋁膜片形成電容。在鋁片的內(nèi)表面貼有兩片極薄的硅片，分別與一根引線相連。氧化鋁膜片與絕緣墊圍成的空腔抽成真空提供絕對壓力基準。（三）電容膜盒式進氣歧管壓力傳感器1.傳感器結(jié)構(gòu)：真空腔通進氣歧管氧化鋁片硅片引線絕緣墊電容膜盒式進氣壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖17P氧化鋁片和絕緣墊圈構(gòu)成真空腔的膜盒，該盒裝在與進氣管相通的容器內(nèi)。當(dāng)進氣歧管壓力發(fā)生變化時，極板氧化鋁片彎曲變形，極板的間隙發(fā)生變化，其電容隨之變化，從而獲得與壓力成正比的電容值信號。把電容式傳感器作為諧振電路的一部分，當(dāng)進氣壓力發(fā)生變化時，諧振頻率發(fā)生相應(yīng)的變化，其輸出信號的頻率與進氣壓力成正比。其頻率大約在80～120Hz內(nèi)變化。真空腔通進氣歧管氧化鋁片硅片引線絕緣墊2.傳感器工作原理ECU根據(jù)信號的頻率便可算出進氣歧管的絕對壓力。利用兩個極板之間的電容與極板間的間隙成反比原理。18P檢測步驟：1）拔下傳感器插頭，接通點火開關(guān)，測量VCC端子與E2間電壓應(yīng)該為4.5~5.5V。二、進氣壓力傳感器的檢測進氣壓力傳感器電子控制單元ECU進氣硅片混合IC穩(wěn)壓電源單片機A/D轉(zhuǎn)換進氣壓力傳感器與ECU的連接電路示意圖VCCPIME2E119P2）插回插頭，拆下傳感器上的軟管，接通點火開關(guān)，測量ECU連接器上PIM與E2端子間的大氣壓下輸出的電壓，應(yīng)符合圖示的輸出特性。3）對傳感器施以13.3~66.7kPa的負壓(真空度)，再測ECU連接器上PIM與E2端子之間的電壓，應(yīng)符合表所列值的規(guī)律。輸出特性輸出電壓/VmmHgUO壓力0.52.43.63.91.206075011220kPa150450100840真空度/mmHg100200300400500PIM/E2電壓0.3~0.50.7~0.91.1~1.31.5~1.71.9~2.120P第三節(jié)大氣壓力傳感器大氣壓力(BARO)傳感器一般安裝在發(fā)動機集中控制電腦ECM/PCM(發(fā)動機控制模塊/動力系統(tǒng)控制模塊)內(nèi)，電腦通過大氣壓力傳感器測量車輛所處位置的海拔高度以及車輛爬山時的相對海拔高度。并把這種變化轉(zhuǎn)換為輸入的信號，輸入到電腦內(nèi)，從而調(diào)整點火正時和燃油供給量，使發(fā)動機性能得到穩(wěn)定發(fā)揮。大氣壓傳感器測量大氣壓的范圍：10～1100mb（200PSi）

大氣壓分辨率：0.1mbar

測量溫度范圍：-40℃～+85℃

INTERSEMA大氣壓傳感器MS5540B21P與歧管絕對壓力傳感器相似。以本田雅閣轎車為例，主要有硅片和放大電路組成。硅片覆蓋著真空室，由發(fā)動機ECM向傳感器提供5V電源與傳感器內(nèi)部電路搭鐵成回路。真空室和大氣壓之間的壓力差引起硅片彎曲變形，傳感器產(chǎn)生一個電壓信號，經(jīng)放大電路放大修正后的信號再反饋到ECM。傳感器結(jié)構(gòu)圖一、大氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)、原理輸出特性輸出電壓/VkPaUO壓力0.51.52.02.53.03.51.003451688510017硅片真空室22P以三菱轎車大氣壓力傳感器為例。安裝在空氣流量傳感器內(nèi)，由惠斯登電橋組成，當(dāng)海拔變化，輸出信號到ECU的16號端子。ECU據(jù)此修正噴油量。13和23端子并聯(lián)以減少接觸電阻。接通點火開關(guān)：端子23與搭鐵間電壓應(yīng)為5V。傳感器信號輸出端子5輸出電壓UO應(yīng)為3.5~4.2V。二、檢測方法1）檢查搭鐵情況端子14與搭鐵電阻為02）檢測各端子間電壓值：3541323161424ECUUO傳感器E1E1E25V電源三菱轎車大氣壓力傳感器接線圖23P第四節(jié)制動主缸油壓傳感器作用：檢測制動蓄壓器壓力，以控制制動系統(tǒng)中油壓助力裝置中的油液壓力，向外發(fā)出液壓制動油泵接通與斷開信號，油壓異常時報警信號。半導(dǎo)體應(yīng)變片基片密封圈傳感元件殼體1.傳感器結(jié)構(gòu)：

由基片、半導(dǎo)體應(yīng)變片、傳感元件及殼體組成。2.傳感器工作原理：利用應(yīng)變片的電阻隨形狀變化的性質(zhì)，通過金屬膜片檢測出壓力的變化，并轉(zhuǎn)變成電信號向外輸出。24P安裝位置：主缸下部。25P第五節(jié)蓄壓器壓力傳感器

蓄壓器：用于儲存液壓能量，吸收壓力脈動與沖擊壓力的液壓附件。廣泛運用于離合器、自動變速器等的液壓控制系統(tǒng)中如ABS的蓄壓器用于儲存液壓能量，吸收壓力脈動與沖擊壓力的液壓附件。離合器的蓄壓器用于離合器油壓經(jīng)過蓄壓器，通過它里面的彈簧減緩油壓，達到最佳離合器油壓，不沖擊。26P第五節(jié)蓄壓器壓力傳感器作用：檢測牽引力控制系統(tǒng)(TRC)蓄壓器油液壓力，并將壓力信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入ECU，以控制液壓泵的工作。2.傳感器工作原理：當(dāng)油液壓力低時，它向ECU輸入油壓低信號，以便起動油壓泵，使之運轉(zhuǎn)；當(dāng)油液壓力高時，它輸入ECU的信號使液壓泵停止運轉(zhuǎn)。TRC執(zhí)行器壓力開關(guān)低壓…開關(guān)接通高壓…開關(guān)關(guān)斷ABS/TRCECUY-G1PRE2BR21.傳感器結(jié)構(gòu)：由壓力檢測部分(半導(dǎo)體壓敏元件)、電路部分等組成。3.安裝位置：液壓控制組件的上方。蓄壓器壓力傳感器接線圖27PTCS：英文全稱是TractionControlSystem，即牽引力控制系統(tǒng)，又稱循跡控制系統(tǒng)。ASR：ASR驅(qū)動防滑系統(tǒng)也叫牽引力控制系統(tǒng)，即AccelerationSlipRegulation的縮寫。TRC：TRC功能與TCS相同，此種叫法多出現(xiàn)于豐田、雷克薩斯等日系車型上。ATC：功能與TCS相同，自動牽引力控制，又稱為牽引力控制。AutomaticTractionControl的縮寫。附：有關(guān)TRC相關(guān)的術(shù)語28P電源電壓的檢查PRE21.檢查電源電壓1)拆下ABS/TRCECU，連接器仍連著。2)啟動發(fā)動機，使怠速運轉(zhuǎn)30s，以使TRC執(zhí)行器油壓升高。蓄壓器壓力傳感器檢測步驟：TRC執(zhí)行器壓力開關(guān)低壓…開關(guān)接通高壓…開關(guān)關(guān)斷ABS/TRCECUY-G1PRE2BR23)發(fā)動機熄火，打開點火開關(guān)，用萬用表測量ECU連接器PR端子與E2端子間電壓，應(yīng)為5V。29P電阻的檢查121）拆下壓力開關(guān)導(dǎo)線連接器，測量壓力開關(guān)（傳感器）連接器端子1與端子2之間的電阻值，應(yīng)為0Ω。2）接好連接器，起動發(fā)動機，使之怠速運轉(zhuǎn)30s，以使TRC執(zhí)行器壓力升高。3）發(fā)動機熄火，接通點火開關(guān)，測量連接器端子1與2間電阻，應(yīng)為1.5KΩ若檢測不符合上述結(jié)果，應(yīng)更換TRC執(zhí)行器。2.檢查壓力開關(guān)TRC執(zhí)行器壓力開關(guān)低壓…開關(guān)接通高壓…開關(guān)關(guān)斷ABS/TRCECUY-G1PRE2BR230P第六節(jié)空氣濾清器真空開關(guān)作用：通過測量壓力差，來檢測空氣濾清器是否堵塞，從而判斷空氣濾清器的工作狀況。AB腔之間會產(chǎn)生壓力差，利用膜片向負壓側(cè)運動使舌簧開關(guān)動作。當(dāng)空氣濾清器發(fā)生堵塞時，因為B接頭處為負壓，舌簧開關(guān)閉合，使報警燈亮。膜片、磁鐵、舌簧開關(guān)、彈簧以及A腔、B腔組成。1.結(jié)構(gòu)：2.工作原理：B接頭真空開關(guān)的結(jié)構(gòu)彈簧B腔A接頭A腔膜片磁鐵舌簧開關(guān)31P1.拔下真空開關(guān)線束，接通點火開關(guān)，電源電壓為12V。2.把手動真空泵接在真空開關(guān)的B接頭處，進行抽真空，此時真空開關(guān)應(yīng)當(dāng)導(dǎo)通，指示燈應(yīng)點亮，否則真空開關(guān)失效應(yīng)當(dāng)更換。真空開關(guān)的特性O(shè)NOFF-9.8kPa空氣濾清器堵塞檢測系統(tǒng)至發(fā)動機空氣濾清器指示燈舌簧開關(guān)AB進氣A采用真空開關(guān)的空氣濾清器是否堵塞的檢測系統(tǒng)：真空開關(guān)的檢測32P第七節(jié)機油壓力開關(guān)發(fā)動機工作時，各運動零件均以一定的力作用在另一個零件上，很多傳動零件都是在很小的間隙下作高速相對運動的，如曲軸主軸頸與主軸承，曲柄銷與連桿軸承，凸輪軸頸與凸輪軸承，活塞、活塞環(huán)與氣缸壁面，配氣機構(gòu)各運動副及傳動齒輪副等，有了相對運動，零件表面必然要產(chǎn)生摩擦，加速磨損，盡管這些零件的工作表面都經(jīng)過精細的加工，但放大來看這些表面卻是凹凸不平的。因此，為了減輕磨損，減小摩擦阻力，延長使用壽命，發(fā)動機上都必須有潤滑系。若不對發(fā)動機內(nèi)各機件表面進行潤滑，它們之間將發(fā)生強烈的摩擦。金屬表面之間的干摩擦不僅增加發(fā)動機的功率消耗，加速零件工作表面的磨損，而且還可能由于摩擦產(chǎn)生的熱將零件工作表面燒損，致使發(fā)動機無法運轉(zhuǎn)。潤滑系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動機工作時連續(xù)不斷地把數(shù)量足夠、溫度適當(dāng)?shù)臐崈魴C油輸送到全部傳動件的摩擦表面，并在摩擦表面之間形成油膜，實現(xiàn)液體摩擦。從而減小摩擦阻力、降低功率消耗、減輕機件磨損，以達到提高發(fā)動機工作可靠性和耐久性的目的。33P汽車潤滑系結(jié)構(gòu)34P發(fā)動機潤滑系結(jié)構(gòu)

油底殼——用來貯存潤滑油。在大多數(shù)發(fā)動機上，油底殼還起到為潤滑油散熱的作用。

機油泵——它將一定量的潤滑油從油底殼中抽出經(jīng)機油泵加壓后，源源不斷地送至各零件表面進行潤滑，維持潤滑油在潤滑系中的循環(huán)。機油泵大多裝于曲軸箱內(nèi)，也有些柴油機將機油泵裝于曲軸箱外面，機油泵都采用齒輪驅(qū)動方式，通過凸輪軸、曲軸或正時齒輪來驅(qū)動。

機油濾清器——用來過濾掉潤滑油中的雜質(zhì)、磨屑、油泥及水分等雜物，使送到各潤滑部位的都是-干凈清潔的潤滑油。分粗機油濾清器和細機油濾清器，它們是并聯(lián)在油道中。機油泵輸出決大多數(shù)的機油通過粗機油濾清器，只有很少部分通過細機油濾清器，但汽車每行使5km，機油被細機油濾清器濾清一遍。

機油集濾器——它多為濾網(wǎng)式，能濾掉潤滑油中粒度大的雜質(zhì)，其流動阻力小，串聯(lián)安裝于機油泵進油口之前。機油粗濾器用來濾掉潤滑油中粒度較大的雜質(zhì)，其流動阻力小，串聯(lián)安裝于機油泵出口與主油道之間。機油細濾器能濾掉潤滑油中的細小雜質(zhì)，但流動阻力較大，故多與主油道并聯(lián)，只有少量的潤滑油通過細濾器過濾。35P發(fā)動機潤滑系結(jié)構(gòu)

主油道——是潤滑系統(tǒng)的重要組成部分，直接在缸體與缸蓋上鑄出，用來向各潤滑部位輸送潤滑油。

限壓閥——用來限制機油泵輸出的潤滑油壓力。旁通閥與粗濾器并聯(lián)，當(dāng)粗濾器發(fā)生堵塞時，旁通閥打開，機油泵輸出的潤滑油直接進入主油道。機油細濾器進油限壓閥用來限制進入細濾器的油量，防止因進入細濾器的油量過多，導(dǎo)致主油道壓力降低而影響潤滑效果機油泵吸油管——它通常帶有收集器，浸在機油中。作用是避免油中大顆粒雜質(zhì)進入潤滑系統(tǒng)。

曲軸箱通風(fēng)裝置——它的作用是防止一部分可燃混合氣和廢氣經(jīng)活塞環(huán)與氣缸璧間的間隙竄入曲軸箱內(nèi)?？扇蓟旌蠚膺M入曲軸箱后,其中的汽油蒸氣會凝結(jié),并溶入潤滑油中,使?jié)櫥妥兿?廢氣中水蒸氣與酸性氣體會形成酸性物質(zhì),從而對機件造成腐蝕;竄氣還會使曲輸箱燈壓力增大,造成曲軸箱密封件失效而使?jié)櫥屯嘎榱朔乐惯@種現(xiàn)象,必須設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。36P

發(fā)動機潤滑油路

當(dāng)發(fā)動機工作時，機油從油底殼經(jīng)集濾器被機油泵送入機油濾清器。如果油壓太高，則機油經(jīng)機油泵上的安全閥返回機油泵入口。全部機油經(jīng)濾清器濾清之后進入發(fā)動機主油道。濾清器蓋上設(shè)有旁通閥，當(dāng)濾清器堵塞時，機油不經(jīng)過濾清器濾清由旁