汽車電器與電控技術(shù) 課件 05 壓力 節(jié)氣門 氧 溫度 爆震傳感器與開(kāi)關(guān)信號(hào)

1發(fā)動(dòng)機(jī)其他傳感器

主講：舒華教授軍事交通學(xué)院汽車傳感器結(jié)構(gòu)原理第三節(jié)壓力傳感器傳感器

結(jié)構(gòu)原理檢修一、壓力傳感器類型功用：將氣體或液體的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。檢測(cè)原理：將壓力變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。類型：電阻應(yīng)變計(jì)式--檢測(cè)較高壓力：制動(dòng)或傳動(dòng)油液半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)式-檢測(cè)較低壓力：進(jìn)氣壓力大氣壓力電感式（即波紋管與差動(dòng)變壓器組合式）二、歧管壓力傳感器MAP功用名稱：進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器

MAP：ManifoldAbsolutelyPressureSensor功用：通過(guò)檢測(cè)進(jìn)氣歧管或穩(wěn)壓箱內(nèi)空氣壓力來(lái)

反映發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀況，并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)

輸入發(fā)動(dòng)機(jī)ECU。采用車型桑塔納GLi、2000GLi型轎車天津夏利2000型轎車豐田佳美（CAMRY）轎車本田雅閣（ACCORD）轎車切諾基（Cherokee）吉普車

三、壓阻效應(yīng)式MAP結(jié)構(gòu)

圖3-48歧管壓力傳感器MAP結(jié)構(gòu)

（一）壓阻效應(yīng)

壓阻效應(yīng)：?jiǎn)尉Ч璨牧鲜艿綉?yīng)力作用后，其電阻率發(fā)生明顯變化的現(xiàn)象，稱為壓阻效應(yīng)。應(yīng)力：物體內(nèi)力的密集程度（又稱為集度）。內(nèi)力：在外力作用下，物體內(nèi)部各部分之間相互作用力

的變化量。因?yàn)?，即使不受外力作用，物體各部分之間也存在著相互作用力，從而保證物體能夠連接成為一個(gè)完整的整體，所以，內(nèi)力是物體內(nèi)部各部分之間因外力作用而引起的附加的相互作用力，又稱為附加內(nèi)力。應(yīng)變：物體的相對(duì)變形量。（三）壓阻效應(yīng)式MAP結(jié)構(gòu)組成硅膜片5：壓力轉(zhuǎn)換元件：一面通真空室，另一面導(dǎo)入進(jìn)氣壓力。長(zhǎng)度×寬度＝3×3mm

厚度＝160微米中央傳感膜：直徑＝2mm

厚度＝50微米應(yīng)變電阻7：擴(kuò)散在硅膜片上真空室4：真空室為基準(zhǔn)壓力室，基準(zhǔn)壓力為0硅杯3：減少硅膜片上的熱應(yīng)力，提高傳感器測(cè)量精度線束插座：三端子；四端子（帶進(jìn)氣溫度傳感器）四、歧管壓力傳感器MAP工作原理在進(jìn)氣壓力作用下，硅膜片會(huì)產(chǎn)生機(jī)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(huì)發(fā)生變化，惠斯頓電橋上電阻值的平衡被打破。當(dāng)電橋輸入端輸入一定電壓或電流時(shí)，在電橋的輸出端就可得到變化的電壓或電流信號(hào)。（一）硅膜片上應(yīng)力分布情況圖6-19歧管壓力傳感器原理電路及應(yīng)力分布（a）傳感器原理電路；（b）硅膜片應(yīng)力分布曲線（二）應(yīng)變電阻制做位置圖3-49歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)（a）剖面圖；（b）硅膜片結(jié)構(gòu)；（c）等效電路圖1-引線端子；2-殼體；3-硅杯；4-真空室；5-硅膜片；6-錫焊封口；7-應(yīng)變電阻；8-金線電極；9-電極引線；10-底座；11-真空管

（三）MAP輸出電壓計(jì)算公式

（五）歧管壓力傳感器工作原理當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度↑→空氣流通截面A↑→進(jìn)氣流量Q↑→氣流速度v↓→進(jìn)氣壓力P↑→ΔR↑→Uo↑

節(jié)氣門開(kāi)度↓→A↓→Q↓→v↑→P↓→ΔR↓→Uo↓五、大眾轎車MAP檢修

圖2-9大眾MAP結(jié)構(gòu)與電路

1-搭鐵端子；

2-進(jìn)氣溫度信號(hào)輸出端子；

3-電源（5V）端子；

4-進(jìn)氣壓力信號(hào)輸出端子檢測(cè)電壓：接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)：電源電壓U31=3.8V～4.2V怠速時(shí)：信號(hào)電壓U41=0.8V～1.3V節(jié)氣門開(kāi)度↑：輸出信號(hào)電壓U41↑檢測(cè)線束：1-30、2-44、3-12、4-7六、切諾基吉普車MAP檢修檢測(cè)電壓：接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，電源電壓UCA=4.5V～5.5V怠速時(shí)：信號(hào)電壓UBA=1.5V～2.1V節(jié)氣門開(kāi)度↑時(shí)→UBA↑檢測(cè)線束：A-4、B-1、C-6第四節(jié)節(jié)氣門位置傳感器結(jié)構(gòu)原理與檢修一、節(jié)氣門位置傳感器TPS功用名稱：節(jié)氣門位置傳感器TPS：

ThrottlePositionSensor功用：將節(jié)氣門（油門）開(kāi)度大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸入ECU，以便確定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷大小。二、TPS類型與安裝位置類型：

觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)式：數(shù)字量輸出型

可變電阻式：線性量輸出型（電位計(jì)）觸點(diǎn)與可變電阻組合式安裝位置：安裝在節(jié)氣門軸一端三、觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)式TPS圖3-52觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)式TPS的結(jié)構(gòu)（a）外形圖；（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（c）輸出特性1-節(jié)氣門軸；2-功率觸點(diǎn)（PSW）；3-凸輪；4-怠速觸點(diǎn)（IDL）；5-接線插座觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)式TPS工作原理觸點(diǎn)閉合時(shí)：輸出低電平“0”觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)：輸出高電平“1”ECU判定工況：IDL為“0”、車速VSS為0——判定為怠速工況IDL為“0”、車速VSS不為0—判定為減速工況IDL為“1”、PSW為“1”——判定為部分負(fù)荷工況IDL為“1”、PSW為“0”——判定為大負(fù)荷工況四、組合式TPS圖3-53組合式TPS結(jié)構(gòu)原理（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；（b）原理電路1-可變電阻滑動(dòng)觸點(diǎn)；2-電源電壓（5V）；3-絕緣部件；4-節(jié)氣門軸；5-怠速觸點(diǎn)

組合式TPS輸出特性圖3-54組合式TPS輸出特性(a)

怠速觸點(diǎn)輸出信號(hào)；（b）滑動(dòng)觸點(diǎn)輸出信號(hào)五、自動(dòng)變速器系統(tǒng)用TPS

圖3-55

豐田轎車開(kāi)關(guān)量輸出型TPS（a）結(jié)構(gòu)圖；（b）原理圖六、節(jié)氣門位置傳感器TPS檢修（a）檢測(cè)輸出信號(hào)；（b）檢測(cè)電源電壓

可變電阻式觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)式檢測(cè)電源電壓：UCE＝5V

UCE＝5V

正常檢測(cè)輸出信號(hào)：UVTA-E＝0~5V0~5V正常檢測(cè)電阻阻值：R等于設(shè)定值

觸點(diǎn)R≤0.5

正常第五節(jié)氧傳感器

結(jié)構(gòu)原理檢修一、氧傳感器EGO功用排氣氧傳感器EGOExhaustGasOxygenSensor功用：通過(guò)監(jiān)測(cè)排氣中氧離子的含量，獲得混合氣的空燃比信號(hào)，以便ECU修正噴油時(shí)間，實(shí)現(xiàn)A/F反饋控制。反饋控制（閉環(huán)控制）目的：A/F＝14.7（過(guò)量空氣系數(shù)

＝0.98～1.02），發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣濃度最佳。二、氧傳感器EGO類型氧化鋯ZrO2式：電壓型（豐田車系）

非加熱型氧化鋯式EGO

加熱型氧化鋯式EGO氧化鈦TiO2式：電阻型

（大眾車系）

三、氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)圖3-58氧化鋯式氧傳感器結(jié)構(gòu)1-鋼質(zhì)護(hù)管；2-排氣；3-殼體；4-防水護(hù)套；5-電極引線；6-陶瓷加熱元件；7-排氣管；8-二氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷管（鋯管）；9-加熱元件電源端子；10-加熱元件搭鐵端子；11-信號(hào)輸出端子（二）氧化鋯式EGO內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋯管：ZrO2陶瓷管。能夠均勻擴(kuò)散與滲透氧離子表面噴涂一層鉑金作為電極內(nèi)表面通大氣；外表面通排氣保護(hù)膜：鉑金外表面噴涂ZrO2陶瓷粉末（白色）鋼質(zhì)殼體：防止排氣壓力沖擊造成鋯管破碎螺紋：安裝與拆卸，固定在排氣管上小孔：排氣流通接觸鋯管電極引線：1線、2線--非加熱型3線、4線--加熱型

（三）氧化鋯式EGO工作原理圖3-59氧傳感器工作原理1-排氣；2-排氣管；3-大氣；4-固體電解質(zhì)；5-鉑電極；6-陶瓷保護(hù)層

2CO＋O2

金屬鉑Pt催化

2CO2

（四）氧化鋯式EGO工作特性（a）氣體濃度與電壓關(guān)系；（b）傳感元件溫度與電壓關(guān)系1-傳感器電動(dòng)勢(shì)；2-CO濃度；3-無(wú)鉑電極時(shí)電動(dòng)勢(shì)；4-氧離子濃度（五）氧化鋯式EGO工作過(guò)程

2CO＋O2

金屬鉑Pt催化

2CO2

（1）當(dāng)混合氣濃（A/F＜14.7）時(shí)，排氣中氧離子少，鋯管內(nèi)外表面的氧離子濃度差較大，兩個(gè)鉑金電極間的電位差較高，US＝0.9V（2）當(dāng)混合氣稀（A/F＞14.7）時(shí)，排氣中氧離子多，鋯管內(nèi)外表面之間的氧離子濃度差較小，兩個(gè)鉑金電極間的電位差較低，US＝0.1V（3）當(dāng)A/F≈14.7（或

≈1）時(shí)，排氣中的氧離子和CO含量都很少。在催化劑鉑的作用下，氧離子與CO的化學(xué)反應(yīng)從缺氧狀態(tài)（CO過(guò)剩、氧離子濃度為0）急劇變化為富氧狀態(tài)（CO為0、氧離子過(guò)剩）。氧離子濃度差急劇變化，鉑電極之間的電位差急劇變化，使傳感器輸出電壓從0.9V急劇變化到0.1V。（六）氧化鋯式EGO工作條件（a）氣體濃度與電壓關(guān)系；（b）傳感元件溫度與電壓關(guān)系1-傳感器電動(dòng)勢(shì)；2-CO濃度；3-無(wú)鉑電極時(shí)；4-氧離子濃度（1）發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于60℃；（2）氧傳感器溫度高于300℃；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)工作在怠速工況和部分負(fù)荷工況。四、氧化鈦式EGO結(jié)構(gòu)圖3-61氧化鈦式氧傳感器結(jié)構(gòu)

1-加熱元件；2-二氧化鈦元件；3-基片；4-墊圈；5-密封圈；6-殼體；7-滑石粉填料；8-密封釉；9-護(hù)套；10-電極引線；11-連接焊點(diǎn)；12-密封襯墊；13-傳感器引線（二）氧化鈦式EGO傳感元件結(jié)構(gòu)圖3-62氧化鈦式氧傳感器傳感元件結(jié)構(gòu)（a）芯片式傳感元件；（b）厚膜式傳感元件1-二氧化鈦芯片；2-鉑金屬線電極；3-氧化鋁基片；4-加熱元件；5-二氧化鈦厚膜；6-分壓電阻；7-電阻引線；8-二氧化鈦電極引線；9-引線端子

（三）氧化鈦式EGO工作原理與特性（四）化鈦式EGO工作條件（1）發(fā)動(dòng)機(jī)溫度高于60℃；（2）氧傳感器溫度高于600℃；（3）發(fā)動(dòng)機(jī)工作在怠速工況和部分負(fù)荷工況。

五、氧傳感器EGO使用鉛中毒：燃油或潤(rùn)滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為鉛中毒。硅中毒：發(fā)動(dòng)機(jī)上的硅密封膠、硅樹(shù)脂成型部件、鑄件內(nèi)的硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為硅中毒。中毒結(jié)果：鉑電極的催化性能降低中毒現(xiàn)象：油耗、排放顯著增加防止措施：汽車行駛160000km，更換氧傳感器。

六、大眾氧傳感器EGO檢修圖3-65桑塔納2000GSi、捷達(dá)AT、GTX型轎車EGO插頭與插座（a）插頭（傳感器一側(cè)）；（b）插座（ECU一側(cè)）1-加熱元件正極；2-加熱元件負(fù)極；3-信號(hào)電壓負(fù)極；4-信號(hào)電壓正極檢測(cè)加熱元件電阻：R12＝1Ω～5Ω（插頭1、2）檢測(cè)加熱電源電壓：U12≥11V（插座1、2，接通開(kāi)關(guān)）信號(hào)變化頻率：f≥10次/min第六節(jié)溫度傳感器

結(jié)構(gòu)原理檢修一、溫度傳感器種類熱敏電阻式：負(fù)溫度系數(shù)型熱敏電阻式（NTC）：

NegativeTemperatureCoefficient

正溫度系數(shù)型熱敏電阻式（PTC）：

PositiveTemperatureCoefficient

臨界溫度型熱敏電阻（CTR）

線性熱敏電阻金屬膜電阻式：線繞電阻式：半導(dǎo)體晶體管式：二、常用溫度傳感器類型進(jìn)氣溫度傳感器IATS或IATIATS：IntakeAirTemperatureSensor冷卻液溫度（水溫）傳感器CTSCTS：CoolantTemperatureSensor排氣溫度傳感器EATS

或EAT：

ExhaustAirTemperatureSensor燃油溫度傳感器FTSFuelTemperatureSensor三、溫度傳感器的功用進(jìn)氣溫度傳感器IATS

：檢測(cè)進(jìn)氣溫度信號(hào)，并變換為電信號(hào)輸入ECU。信號(hào)中斷：導(dǎo)致熱啟動(dòng)困難、廢氣排放量增大。冷卻液溫度傳感器CTS：檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度信號(hào)，并變換為電信號(hào)輸入ECU，

修正噴油時(shí)間和點(diǎn)火時(shí)間。排氣溫度傳感器EGTS：檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度信號(hào)，并變換為電信號(hào)輸入ECU，修正點(diǎn)火時(shí)間，防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。燃油溫度傳感器FTS：檢測(cè)燃油溫度信號(hào)，并變換為電信號(hào)輸入ECU，

修正噴油時(shí)間。四、溫度傳感器安裝位置進(jìn)氣溫度傳感器IATS

：

進(jìn)氣道上?？諝饬髁浚ɑ蚱绻軌毫鞲衅鳎┮惑w。冷卻液溫度傳感器CTS：

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水套上。水溫表傳感器一體。排氣溫度傳感器EGTS：排氣管上。燃油溫度傳感器FTS：燃油箱內(nèi)或燃油管路上。五、熱敏電阻式溫度傳感器結(jié)構(gòu)

圖3-66溫度傳感器結(jié)構(gòu)型式（a）外形；（b）兩端子式；（c）單端子式

熱敏電阻

電極引線殼體接線插座六、熱敏電阻外形結(jié)構(gòu)及材料外形：珍珠形芯片形厚膜形墊圈形圓盤形（藥片形）材料：低溫：MnO-NiO；MnO-CoO-NiO；（300℃以下）

MnO-CoN系列。中溫：SiC、LaCrO3、B4C系列高溫：TiO2、Y2O3、CaSiO3、Al2O3、Cr2O3、

ZrO2（熔點(diǎn)2800℃，高溫傳感器最佳材料）七、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻特性溫度升高，阻值降低：T↑→R↓溫度降低，阻值升高：

T↓→R↑

八、大眾轎車CTS阻值與電路九、溫度傳感器檢修第七節(jié)爆震（爆燃）傳感器

結(jié)構(gòu)原理檢修一、爆震傳感器EDS的功用爆震傳感器EDSorDS：

EngineDetonationSensor點(diǎn)火時(shí)刻閉環(huán)控制系統(tǒng)必不可少的重要部件。

功用：

將發(fā)動(dòng)機(jī)爆震信號(hào)變換為電信號(hào)輸入ECU，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火時(shí)刻閉環(huán)控制。二、爆震檢測(cè)方法與傳感器種類檢測(cè)爆震方法：（1）機(jī)體震動(dòng)檢測(cè)法：常用（2）氣缸壓力檢測(cè)法：檢測(cè)精度最高，耐久性差、安裝困難（3）燃燒噪聲檢測(cè)法：非接觸式檢測(cè)，耐久性較好，精度和靈敏度較低

傳感器類型：壓電式：捷達(dá)GTX、桑塔納等轎車磁致伸縮式：通用、日產(chǎn)三、爆震傳感器安裝位置缸體側(cè)面：桑塔納GLi、2000GLi型：1只，缸體右側(cè)(車前視)

2、3缸之間桑塔納2000GSi、捷達(dá)AT、GTX型：2只

1、2缸3、4缸之間（進(jìn)氣道一側(cè)）缸蓋上：奧迪V6（墊圈式：火花塞墊圈下面）

四、壓電式爆震傳感器結(jié)構(gòu)（a）外形（b）內(nèi)部結(jié)構(gòu)1-套筒底座；2-絕緣墊圈；3-壓電元件；4-慣性配重；5-塑料殼體；6-固定螺栓；7-接線插座；8-電極引線

五、爆震傳感器結(jié)構(gòu)組成壓電元件：壓電材料制成。壓電單晶體：石英晶體――二氧化硅SiO2

承壓能力：20×105

～30×105kPa。壓電多晶體：壓電陶瓷――鈦酸鋇BaTiO3、鈦酸鉛PbTiO3

壓電半導(dǎo)體：硫化鋅ZnS、ZnO慣性配重：傳遞振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力殼體：與油壓力傳感器殼體相似，但實(shí)心結(jié)構(gòu)接線插座：3線插座。2根信號(hào)線，1根屏蔽線注意事項(xiàng)：壓電元件和配重用螺栓固定在殼體上，調(diào)整螺栓的擰緊力矩可調(diào)輸出電壓。輸出特性出廠時(shí)已調(diào)好，使用中不得隨意調(diào)整。

六、壓電效應(yīng)七、爆震傳感器工作原理(非共振型)

缸體振動(dòng)→傳感器殼體振動(dòng)→配重振動(dòng)→作用于壓電元件→壓電效應(yīng)→信號(hào)電壓與振動(dòng)頻率、強(qiáng)度成比例。試驗(yàn)證明：爆震頻率6～9kHz，振動(dòng)強(qiáng)度較大，信號(hào)電壓較高。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，信號(hào)電壓幅值越大。

八、磁致伸縮式(共振型)EDS結(jié)構(gòu)彈性元件：將缸體振動(dòng)傳給伸縮桿伸縮桿：高鎳合金，構(gòu)成導(dǎo)磁回路，振動(dòng)改變磁通永久磁鐵：產(chǎn)生磁場(chǎng)信號(hào)線圈：感應(yīng)產(chǎn)生信號(hào)電壓線束插座：3線。2根信號(hào)線，1根屏蔽線九、磁致伸縮式EDS原理缸體振動(dòng)→鐵心振動(dòng)→線圈磁通變化→US爆震時(shí)：傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)共振→US＝Usmax

（共振頻率：6～9kHz）十、墊圈式傳感器(非共振型壓力傳感器)圖3-75墊圈形壓力傳感器1-火花塞；2-墊圈；3-爆震傳感器；4-氣缸蓋安裝：火花塞墊圈與發(fā)動(dòng)

機(jī)氣缸蓋之間原理：燃燒壓力→火花塞→火花塞墊圈→傳感器→

間接測(cè)量燃燒壓力。擰緊力矩：25±5N·m最大力矩：40N·m輸出電荷：100pC/N靜電電容：1000pF十一、大眾爆震傳感器檢修第八節(jié)開(kāi)關(guān)信號(hào)蓄電池電壓信號(hào)UBAT點(diǎn)火開(kāi)關(guān)信號(hào)IGN起動(dòng)信號(hào)STA空檔安全開(kāi)關(guān)信號(hào)NSW空調(diào)開(kāi)關(guān)信號(hào)A/C（一）蓄電池電壓信號(hào)UBAT（1）修正噴油時(shí)間：電壓升高時(shí)，減少噴油時(shí)間；電壓降低時(shí)，增加噴油時(shí)間。（2）修正點(diǎn)