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1、第二章汽车发动机燃油喷射系统,第一节发动机燃油喷射系统的组成第二节发动机燃油喷射系统的分类第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理第四节发动机燃油喷射系统执行器的结构原理第五节汽车电子控制单元的结构原理第六节发动机燃油喷射的控制过程第七节发动机空燃比反馈控制过程,下一页,第二章汽车发动机燃油喷射系统,第八节发动机断油控制过程第九节发动机怠速控制过程第十节发动机燃油喷射系统传感器的检修第十一节发动机燃油喷射系统执行器的检修第十二节发动机燃油喷射系统电控单元的检修第十三节燃油喷射式发动机供油系统的检修第十四节发动机电子控制系统故障自诊断测试第十五节发动机电子控制系统故障诊断与排除,上一页,返回,第
2、一节发动机燃油喷射系统的组成,一、空气供给系统空气供给系统简称为供气系统。燃油在发动机内燃烧时，需要一定数量的空气。空气供给系统的功用是向发动机提供混合气燃烧所需的空气，并测量出进入气缸的空气量。根据燃油喷射式发动机怠速进气量的控制方式不同，供气系统分为旁通空气式和直接供气式两种。1.旁通空气式供气系统设有旁通空气道的空气供给系统结构如图2-1(a)所示。主要由空气滤清器、空气流量传感器、进气软管、旁通空气道、怠速控制阀、进气歧管、动力腔、节气门位置传感器、进气温度传感器等组成,下一页,返回,第一节发动机燃油喷射系统的组成,2.直接供气式供气系统怠速转速采用节气门直接控制的发动机控制系统没有设
3、置旁通空气道，其供气系统的结构如图2-1(b)所示。主要由空气滤清器、空气流量传感器、进气软管、进气歧管、动力腔、节气门位置传感器、进气温度传感器等组成。3.供气系统的结构特点由发动机供气系统的结构可见，与化油器式发动机相比其进气道较长且设有动力腔，其目的是:充分利用进气管内的空气动力效应，增大各种工况下的进气量(即增大充气量)，提高发动机的动力性。空气动力效应是一种十分复杂的物理现象。为了便于说明，可将其视为气流惯性效应与气流压力波动效应共同作用的结果。,下一页,上一页,返回,第一节发动机燃油喷射系统的组成,气流惯性效应是指在进气管内高速流动的气流在活塞到达进气冲程的下止点之后，仍可利用进气
4、气流的惯性继续充气一段时间，从而增加充气量。因为适当增加进气管的长度，能够充分利用气流的惯性效应来增加充气量，所以燃油喷射式发动机都采用了较长的进气管，并将进气歧管设置成具有较大弧度，以便充分利用气流的惯性效应来提高充气量。,下一页,上一页,返回,第一节发动机燃油喷射系统的组成,二、燃油供给系统燃油供给系统简称供油系统，其功用是向发动机提供混合气燃烧所需的燃油。燃油喷射式发动机供油系统的结构如图2-2所示，主要由燃油箱、电动燃油泵、输油管、燃油滤清器、油压调节器、燃油分配管、喷油器和回油管等组成。燃油分配管又称为供油总管或油架。供油系统的结构简图如图2-3所示。发动机工作时，电动汽油泵将汽油从
5、油箱里泵出，先经汽油滤清器过滤，再经油压调节器调节油压，使油路中的油压高于进气歧管压力300kPa左右，最后经燃油分配管分配到各缸喷油器。当喷油器接收到电控单元ECU发出的喷油指令时，再将汽油喷射在进气门附近，并与供气系统提供的空气混合形成雾化良好的可燃混合气当进气门打开时，混合气被吸入气缸燃烧做功。,下一页,上一页,返回,第一节发动机燃油喷射系统的组成,三、燃油喷射电子控制系统发动机燃油喷射电子控制系统采用的传感器主要有空气流量传感器(或歧管压力传感器)、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器、进气温度传感器、车速传感器;开关信号主要有点火开关信号、启动开关信号
6、、电源电压信号;执行器主要有电动燃油泵、电磁喷油器、油压调节器和油泵继电器等。桑塔纳2000GSi,3000型轿车发动机燃油喷射电子控制系统的组成如图2-4所示。,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,发动机燃油喷射系统的分类方法很多，常用分类方法有按控制方式、喷射部位和喷油方式进行分类，如图2-5所示一、按燃油喷射系统的控制方式分类按控制方式不同，发动机燃油喷射系统可分为机械控制式燃油喷射系统、机电结合式燃油喷射系统和电子控制式燃油喷射系统三种类型。1.机械控制式燃油喷射系统机械控制式燃油喷射系统是指利用机械机构实现燃油连续喷射的机械控制系统。2.机电结合式燃油喷射系统机电结合式燃油
7、喷射系统是指由机械机构与电子控制装置结合实现燃油喷射的系统。,下一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,3.电子控制式燃油喷射系统电子控制式燃油喷射系统是指由电控单元ECU直接控制燃油喷射的系统，如图2-9所示。二、按喷油器喷油部位分类按喷油器喷射燃油的部位不同，发动机燃油喷射系统可分为缸内喷射系统和进气管喷射系统两种类型。其中，进气管喷射系统又可分为单点喷射系统和多点喷射系统两种类型，多点喷射系统又可分为D型,L型,LH型和M型燃油喷射系统。其中，D型为压力检测型燃油喷射系统，L型、LH型和M型均为空气流量检测型燃油喷射系统(一)缸内喷射系统喷油器将燃油直接喷射到气缸内部的燃油喷射系统称
8、为缸内喷射系统，又称为缸内直接喷射系统，如图2-10(a)所示,下一页,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,目前，汽车燃油喷射系统大都采用进气管喷射系统。与缸内喷射相比，进气管喷射系统对发动机机体的设计改动量较小，喷油器不受燃烧高温、高压的直接影响，设计喷油器时受到的制约较少，且喷油器工作条件大大改善。进气管喷射系统分为单点喷射系统和多点喷射系统两种类型。1.单点燃油喷射系统SPI单点燃油喷射系统的英文名称是SinglePointFuelInjectionSystem，简称SPFI或SPI，是指在多缸发动机节气门的上方，安装一只或两只喷油器同时喷油的燃油喷射系统，如图2-11(a)所
9、示。,下一页,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,2.多点燃油喷射系统MPI多点燃油喷射系统的英文名称是Multi一PointFuelInjectionSystem，简称MPFI或MPI，是指在发动机每个气缸进气门前方的进气歧管上均安装一只喷油器的燃油喷射系统，如图2-11(b)所示。发动机工作时，燃油适时喷在进气门附近的进气歧管内，空气与燃油在进气门附近形成燃油混合气，从而保证各缸得到混合均匀的混合气。在进气管多点燃油喷射系统发展过程中，博世公司曾经研制出D型,L型、LH型和M型燃油喷射系统等几种典型的燃油喷射系统，分别代表着不同年代燃油喷射系统的设计思路和技术水平。其中字母D”和
10、“L”分别来源于德文的“Druck(压力)”和“Luftmengen(空气流量)”。LH型和M型是在L型基础上改进而成的燃油喷射系统,下一页,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,(1)博世D型燃油喷射系统。D型喷射系统是汽车上应用最早的发动机电子控制燃油喷射系统，于1967年由德国博世(Bosch)公司根据美国本迪克斯(Bendix)公司的专利技术研制而成，应用在当时德国大众汽车公司生产的VW1600型和奔驰280SE型轿车上，系统组成如图2-13所示(2)博世z型燃油喷射系统。z型喷射系统是由D型多点燃油喷射系统改进设计而成系统结构原理与D型喷射系统基本相同，有所不同的是用翼片式空
11、气流量传感器取代了D型喷射系统的歧管压力传感器，因此可以直接测量发动机的进气量，提高了喷油量的控制精度，但是其空燃比仍采用开环控制，系统组成如图2-14所示。(3)博世LH型燃油喷射系统。LH型燃油喷射系统是在L型喷射系统的基础上改进的喷射系统，其结构原理基本相同，主要区别在于LH型喷射系统采用了热丝式(即热线式)空气流量传感器来取代L型喷射系统的翼片式空气流量传感器，电控单元开始采用大规模集成电路制作，空燃比采用闭环控制方式进行控制，系统组成如图2-15所示。,下一页,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,(4)博世M型燃油喷射系统。M型燃油喷射系统是在L型喷射系统的基础上，将微机控
12、制点火系统与燃油喷射系统组合在一起的综合控制系统，如图2-16所示。三、按喷油器喷油方式分类按喷油器喷油方式不同，电子控制燃油喷射系统可分为连续喷射和间歇喷射两大类。1.连续喷射系统连续喷射系统是指在发动机运转期间，喷油器连续不断地喷射燃油的控制系统。连续喷射方式主要用于机械控制式或机电结合式燃油喷射系统，如博世公司研制的K一Jetronic型喷射系统和KE-Jetronic型喷射系统。此外，部分单点喷射系统也采用了连续喷射方式进行喷油。,下一页,上一页,返回,第二节发动机燃油喷射系统的分类,在机械控制式和机电结合式燃油连续喷射的系统中，喷油量的大小取决于燃油分配器中燃油计量槽开度的大小以及喷
13、油器进出油口之间燃油压差的高低。在电子控制单点喷射系统中，喷油量的大小只取决于喷油器进出油口之间燃油压差的高低。2.间歇喷射系统间歇喷射系统是指在发动机运转期间，喷油器间歇喷射燃油的控制系统。根据喷射燃油的时序不同，间歇喷射系统又可分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射系统，如图2-17所示。,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,一、空气流量传感器AFS(一)空气流量传感器的功用与类型空气流量传感器AFS(AirFlowSensor)又称为空气流量计AFM(AirFlowMeter)，是进气歧管空气流量传感器MAF以ManifoldAirFlowSensor)的简称，其功用是检测
14、发动机进气量的大小，并将空气流量信号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。空气流量信号是发动机电控单元ECU计算喷油时间和点火时间的主要依据。根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为“D”型(即压力型)和“L”型(即流量型)两种类型。字母”D”来源于德文“Druck(压力)”的第一个字母;字母”L”来源于德文”Luftmengen(空气流量)”的第一个字母。,下一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二)翼片式空气流量传感器1.传感器的结构特点翼片式空气流量传感器的结构如图2-18所示，主要由检测部件、电位计、调整部件、接线插座和
15、进气温度传感器五部分组成。(1)检测部件的结构特点:检测部件的结构如图2-19所示，由测量叶片和缓冲叶片组成。叶片又称为翼片，用热模浇铸成一体，铝质翼片总成固定在电位计转轴上。测量翼片在主进气道内随空气流量的变化而偏转，缓冲翼片在缓冲室内偏转。缓冲室起到阻尼作用，当发动机吸入的空气量急剧变化时，使翼片转动平稳，减小翼片脉动。转轴安装在传感器壳体上。在电位计一端的转轴上装有片状螺旋形复位弹簧，其功用是使测量翼片复位并平衡空气对测量翼片的推力。当弹力与推力平衡时，翼片便处于平衡位置。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)电位计与调整部件的结构特点:电位计安装在传感
16、器壳体上部，由带平衡配重的滑臂和印制电路板上的镀膜电阻组成，结构如图2-18所示。滑臂中心固定在转轴上，并随转轴一起转动。(3)连接电路与接线插座的结构特点:印制电路上的厚膜电阻采用真空淀积工艺制作在陶瓷基片上，原理电路及其连接如图2-20所示，可变电阻上的滑臂与接线插座上的信号输出端子“VS”连接。(4)进气温度传感器的结构特点:进气温度传感器由负温度系数型热敏电阻套装在塑料壳体内构成，安装在主进气道的进气口上，电阻两端的引线分别与接线插座上的搭铁端子“E2”和温度信号输出端子“THA”连接。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.传感器的工作原理翼片式空气流量
17、传感器的工作原理如图2-21所示。当吸入发动机的空气流过传感器主进气道时，传感器翼片就会受到空气气流压力产生的推力力矩和复位弹簧弹力力矩的作用。(三)涡流式空气流量传感器涡流式空气流量传感器是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的一种传感器。1.涡流式流量传感器的测量原理众所周知，当野外架空的电线被风吹动时，就会发出“嗡、嗡”的响声。风速越高则声音频率越高，这是因为气流流过电线后形成旋涡(即涡流)所致。试验证明，液体、气体等流体均会发生这种现象,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,在流体中放置一个柱状物体(称为涡流发生器)后，在涡
18、流发生器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2-23所示。因此，根据旋涡出现的频率，就可测量出流体的流量。由于旋涡与街道两旁的路灯类似，故称其为“涡街”。因为这种现象首先被卡尔曼发现，所以称为卡尔曼涡街或卡尔曼涡流2.光电检测涡流式空气流量传感器(1)传感器的结构特点:丰田凌志LS400和皇冠3.0型轿车装备的光电检测涡流式流量传感器的结构如图2-24所示，主要由涡流发生器、发光二极管LED、光敏三极管、反光镜、张紧带、集成厚膜控制电路和进气温度传感器组成。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,在传感器气流入口处设有蜂窝状整流网栅，其作用是使吸入
19、的空气在涡流发生器上游形成比较稳定地气流，从而保证涡流发生器产生与流速成正比的涡流。涡流发生器用合成树脂与厚膜集成控制电路封装成一体，传感器内部结构如图2-25所示。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)传感器的工作原理:当进气气流流过涡流发生器时，在涡流发生器两侧就会交替产生涡流，两侧的压力就会交替发生变化。进气量越大，旋涡数量越多，压力变化频率就越高。导压孔将变化的压力引导到导压腔中，反光镜和张紧带就会随着压力变化而产生振动，振动频率与单位时间内产生的旋涡数量(即旋涡频率f成正比。反光镜将LED的光束反射到光敏三极管上，因为光敏三极管受到光束照射时导通，不
20、受光束照射时截止，所以光敏三极管导通与截止的频率与旋涡频率成正比。信号处理电路将频率信号转换成方波信号输入ECU之后，ECU便可计算出进气流量的大小。利用发动机故障诊断测试系统在丰田皇冠3.0型轿车上实测光电检测涡流式空气流量传感器的输出信号周期值如表2一1所示。由表可见，发动机转速越高，吸入气缸的进气量越大，产生涡流的频率就越高。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,3.超声波检测涡流式流量传感器(1)传感器的结构特点:超声波检测涡流式流量传感器的结构如图2-26所示，主要由涡流发生器、超声波发生器、超声波接收器、集成控制电路、进气温度传感器和大气压力传感器等组成
21、。(2)传感器的检测原理:超声波检测涡流式流量传感器的检测原理如图2-27所示。(四)热丝式与热膜式空气流量传感器热丝式与热膜式空气流量传感器都是直接检测发动机吸入空气的质量流量的传感器。两种传感器的检测原理完全相同，热丝式空气流量传感器的检测元件是铂金属丝，热膜式空气流量传感器的检测元件是铂金属膜。铂金属检测元件的响应速度很快，能在几毫秒内反映出空气流量的变化，因此测量精度不受进气气流脉动的影响(气流脉动在发动机大负荷、低转速运转时最为明显)。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,1.传感器的结构特点热丝式与热膜式空气流量传感器主要由发热元件(热丝或热膜)、温度补
22、偿电阻(冷丝或冷膜)、信号取样电阻和控制电路等组成。(1)热丝式空气流量传感器的结构特点:热丝式空气流量传感器的结构如图2-29所示，传感器壳体两端设置有与进气道相连接的圆形连接接头，空气入口和出口都设有防止传感器受到机械损伤的防护网。传感器入口与空气滤清器一端的进气管连接，出口与节流阀体一端的进气管连接。(2)热膜式空气流量传感器的结构特点:热膜式空气流量传感器是热丝式传感器的改进产品，其发热元件采用平面形铂金属薄膜(厚约200nm)电阻器，故称为热膜电阻。热膜电阻的制作方法是:首先在氧化铝陶瓷基片上采用蒸发工艺淀积铂金属薄膜，然后通过光刻工艺制作成梳状图形电阻，将电阻值调节到设计要求的阻值
23、后，在其表面覆盖一层绝缘保护膜，再引出电极引线而制成。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.传感器的工作原理利用热丝或热膜作为发热元件的空气流量传感器，其测量原理完全相同，并与日常生活中使用的电吹风机的工作原理相似。为了叙述方便，下面将热丝与热膜统称为发热元件理论和实验证明:在强制气流的冷却作用下，发热元件在单位时间内的散热量跟发热元件的温度与气流温度之差成正比。为此在热丝式与热膜式流量传感器中，采用了图2-32所示的恒温差控制电路来实现流量检测。(五)空气流量传感器性能比较在批量生产的空气流量传感器中，各种空气流量传感器(包括间接测量空气流量的歧管压力传感器)
24、的性能比较如表2一2所示。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,二、曲轴位置与凸轮轴位置传感器曲轴位置传感器CPS又称为发动机转速与曲轴转角传感器，凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器CIS(一)曲轴与凸轮轴位置传感器的功用与分类在发动机电控单元ECU控制喷油器喷油和控制火花塞跳火时，首先需要知道究竟是哪一个气缸的活塞即将到达排气冲程上止点和压缩冲程上止点，然后才能根据曲轴转角信号控制喷油提前角与点火提前角。曲轴位置传感器CPS的功用是:采集发动机曲轴转速与转角信号并输入ECU，以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。凸轮轴位置传感器CIS的功用是:采集配气凸轮轴
25、的位置信号并输入ECU，以便确定活塞处于压缩(或排气)冲程上止点的位置,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二)光电式曲轴与凸轮轴位置传感器1.传感器的结构特点日产公司产生的光电式曲轴与凸轮轴位置传感器是由分电器改进而成，结构如图2-35所示，主要由信号发生器、信号盘(即信号转子)、配电器、传感器壳体和线束插头等组成。2.曲轴转速、转角信号和气缸识别信号的产生原理光电式传感器的工作原理如图2-36所示。因为传感器轴上的斜齿轮与发动机配气凸轮轴上的斜齿轮啮合，所以当发动机带动传感器轴转动时，信号盘上的透光孔便从信号发生器的发光二极管LED与光敏三极管之间转过。,下一
26、页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(三)磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器1.磁感应式传感器的工作原理磁感应式传感器主要由信号转子、传感线圈、永久磁铁和导磁磁扼组成，工作原理如图2-38所示2.捷达与桑塔纳轿车磁感应式曲轴位置传感器(1)传感器的结构特点:捷达AT,GTX、桑塔纳2000GSi,3000型轿车的磁感应式曲轴位置传感器安装在曲轴箱内靠近离合器一侧的缸体上，结构如图2-40所示，主要由信号发生器和信号转子组成。(2)曲轴转速与转角信号的产生原理:当曲轴位置传感器随曲轴旋转时，由磁感应式传感器工作原理可知，信号转子每转过一个凸齿，传感线圈中就会产生一个周期的交变
27、电动势(即电动势出现一次最大值和一次最小值)，传感线圈相应地输出一个交变电压信号。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,3.丰田汽车磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器丰田计算机控制系统TCCS(ToyotaComputerControlSystem)采用的磁感应式曲轴与凸轮轴位置传感器由分电器改进而成，结构如图2-42所示，由上、下两部分组成。上部分为凸轮轴位置传感器，又称为基准信号或G信号发生器，其功用是产生气缸识别信号。下部分为曲轴位置传感器，又称为Ne信号发生器，其功用是产生曲轴转速与转角信号。(四)霍尔式曲轴与凸轮轴位置传感器1.霍尔式传感器的结构原理各种类型的
28、霍尔式和差动霍尔式传感器都是根据霍尔效应制成。霍尔效应是美国约翰霍普金斯大学物理学家霍尔博士首先发现的。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(1)霍尔效应:霍尔博士于1879年发现:把一个通有电流I的长方体形自金导体垂直于磁力线放入磁感应强度为B的磁场中时，如图2-45所示，在自金导体的两个横向侧面上就会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的电压UH，当取消磁场时电压立即消失。该电压后人称为霍尔电压，UH与通过自金导体的电流I和磁感应强度B成正比，即,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)霍尔式传感器的结构原理:霍尔式传感器的基本结构如
29、图2-46所示，主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导磁钢片(磁扼)与永久磁铁等组成。触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片。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。当触发叶轮随转子轴一同转动时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动，霍尔式集成电路中的磁场就会发生变化，霍尔元件中就会产生霍尔电压，经过信号处理电路处理后，就可输出方波信号。2.捷达与桑塔纳轿车用霍尔式凸轮轴位置传感器(1)传感器的结构特点:捷达AT,GTX、桑塔纳2000GSi,3000型轿车采用的霍尔式凸轮轴位置传感器安装在发动机配气凸轮轴的一端，结构与连接电路如图2-47所示，主要
30、由霍尔信号发生器和信号转子组成。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)传感器的工作原理:由霍尔式传感器工作原理可知，当隔板(叶片)进入气隙(即在气隙内)时，霍尔元件不产生电压，传感器输出高电平(5V)信号;当隔板(叶片)离开气隙(即窗口进入气隙)时，霍尔元件产生电压，传感器输出低电平信号(0.1V)。3.差动霍尔式曲轴位置传感器切诺基吉普车与红旗CA7220E型轿车采用了差动霍尔式曲轴位置传感器，其凸轮轴位置传感器均为普通霍尔式传感器。(1)差动霍尔式传感器的结构特点:差动霍尔式传感器又称为双霍尔式传感器，其外形结构与磁感应式传感器十分相似，但工作原理有所不同
31、。差动霍尔式传感器的基本结构如图2-48(a)所示，由带凸齿的信号转子和霍尔信号发生器组成。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)切诺基吉普车差动霍尔式曲轴位置传感器:切诺基吉普车用四缸2.5L和六缸4.0L燃油喷射式发动机采用了差动霍尔式曲轴位置传感器，安装在变速器壳体上，如图2-49所示。4.切诺基吉普车霍尔式凸轮轴位置传感器(1)传感器的结构特点:切诺基吉普车发动机控制系统的气缸识别信号由霍尔式凸轮轴位置传感器提供，该传感器又称为同步信号传感器，与配电器安装在一起，结构如图2-52所示，主要由脉冲环(信号转子)、霍尔信号发生器组成。,下一页,上一页,返回
32、,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(2)传感器的工作原理:当脉冲环上的叶片进入信号发生器气隙时，传感器输出高电平(5V);当脉冲环上的叶片离开信号发生器时，传感器输出低电平(0V)。传感器轴转一圈，信号发生器输出一个高电平和一个低电平，高、低电平各占1800(相当于360曲轴转角)，气缸识别信号的波形如图2-51所示。当脉冲环的叶片前沿进入信号发生器气隙、传感器输出高电平(sV)信号时，对四缸发动机而言，表示1缸和4缸活塞即将到达上止点，其中1缸活塞位于压缩冲程，4缸活塞位于排气冲程。对六缸发动机而言，表示3缸和4缸活塞即将到达上止点，其中4缸活塞位于压缩冲程，3缸活塞位于排气冲程。
33、发动机工作时，电控单元ECU利用凸轮轴位置传感器信号判别出哪一个气缸即将到达排气(或压缩)上止点之后，再根据曲轴位置传感器信号，即可按照四缸发动机1-3-4-2(六缸发动机1-5-3-6-2-4)的工作顺序，对各个气缸进行提前喷油与提前点火控制。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,三、节气门位置传感器TPS(一)节气门位置传感器的功用发动机工况(如启动、怠速、加速、减速、小负荷和大负荷等)不同，对混合气浓度的要求也不相同。节气门位置传感器的功用是:将节气门开度(即发动机负荷)大小转变为电信号输入发动机ECU，以便确定空燃比的大小。在装备电子控制自动变速器的汽车上，
34、节气门位置传感器信号还要输入变速器电控单元(ECTECU)，作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号。(二)节气门位置传感器的类型各型汽车的节气门位置传感器TPS都安装在节气门体上节气门轴的一端。按结构不同，节气门位置传感器分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式三种类型。按输出信号的类型不同，节气门位置传感器可分为线性(量)输出型和开关(量)输出型两种。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(三)触点式节气门位置传感器1.触点式TPS的结构特点触点式节气门位置传感器TPS的结构如图2-53所示，主要由节气门轴、大负荷触点(又称为功率触点)PSW,凸轮、
35、怠速触点IDL和接线插座组成。凸轮随节气门轴转动，节气门轴随油门开度(发动机负荷)大小的变化而变化。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.触点式TPS的输出特性触点式节气门位置传感器的输出特性如图2-53(c)所示。当节气门关闭时，怠速触点IDL闭合、功率触点PSW断开，怠速触点IDL输出端子输出的信号为低电平。功率触点PSW输出的信号为高电平1。ECU接收到TPS输入的这两个信号时，如果车速传感器输入ECU的信号表示车速为零，那么ECU将判定发动机处于为怠速状态，并控制喷油器增加喷油量，保证发动机怠速转速稳定而不致熄火。如果车速传感器输入ECU的信号表示车速不
36、为零，那么ECU将判定发动机处于减速状态运行，并控制喷油器停止喷油，以降低排放和提高经济性。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(四)组合式节气门位置传感器1.组合式TPS的结构特点丰田轿车用组合式节气门位置传感器的基本结构与原理电路如图2-54所示，主要由可变电阻、滑动触点、节气门轴、怠速触点和壳体组成。可变电阻为镀膜电阻，制作在传感器底板上，可变电阻的滑臂随节气门轴一同转动，滑臂与输出端子VTA连接。2.组合式TPS的输出特性组合式TPS的输出特性如图2-55所示。当节气门关闭或开度小于1.2时，怠速触点闭合，其输出端IDL输出低电平(0V)，如图2-55(a
37、)所示;当节气门开度大于1.2时，怠速触点断开，输出端“IDL”输出高电平(5V)。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(五)自动变速器汽车用节气门位置传感器汽车电控自动变速器一般都与电控发动机同时装备或作为选装装备，节气门位置传感器是发动机燃油喷射系统或自动变速器电控系统必不可少的传感器之一。在装备电控自动变速器的汽车上，TPS将发动机负荷(对应于节气门开启角度)转换为电压信号之后，除输入发动机ECU之外，还要输入自动变速器电控单元(ECTECU)作为确定变速器换挡时机和变矩器锁止时机的主要信号。1.传感器的结构特点在装备或选装自动变速器的汽车上，发动机和变速器
38、电控系统一般都公用一只TPS，在采用开关量输出型节气门位置传感器的电控系统中，为了精确反映发动机负荷大小，以便精确控制变速器换挡时机和变矩器锁止时机，其节气门位置传感器的结构比不装备或不选装电控自动变速器要复杂一些(即触点数日要多一些)。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.传感器的输出特性传感器的输出特性如图2-57所示，当节气门完全关闭，凸轮使怠速IDL触点接通时，IDL端子输出低电平“0,ECTECU接收到IDL端子输出的低电平信号时，将判定发动机处于怠速状态，输出信号与节气门开度之间的关系如表2一3所示,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感
39、器的结构原理,四、压力传感器在汽车行驶过程中，发动机的进气压力、大气压力、燃油压力、润滑油压力、制动油液压力、变速传动油液压力等都需要进行监测，压力传感器的功用就是将气体或液体的压力转换为电信号，从而才能保证汽车正常行驶。(一)压力传感器的分类大多数压力传感器检测压力的方法都是测定压差，检测原理都是将压力的变化转换为电阻值的变化。现代汽车常用压力传感器按结构不同，可分为半导体压阻效应式和电阻应变计式两种，前者是利用硅半导体的压阻效应和微电子技术制成的传感器，后者是利用弹性敏感元件和电阻应变片制成的传感器(弹性敏感元件将被测压力转换为弹性体的应变值，电阻应变片将应变转换为电阻值的变化),下一页,
40、上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二)压阻效应式歧管压力传感器单晶硅材料受到应力作用后，其电阻率发生明显变化的现象，称为压阻效应。应力是物体内力的密集程度(又称为集度)。众所周知，物体受到外力作用就会产生变形，内力指的是在外力作用下，物体内部各部分之间相互作用力的变化量。因为即使不受外力作用，物体各部分之间依然存在着相互作用力，从而保证物体能够连接成为一个完整的整体所以，内力是物体内部各部分之间因外力作用而引起的附加的相互作用力，又称为附加内力。应变则是指物体的相对变形量。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,1.歧管压力传感器的功用歧管压力
41、传感器的全称是进气歧管绝对压力传感器MAPMAP是一种间接测量发动机进气量的传感器，其功用是通过检测节气门至进气歧管之间的进气压力来检测发动机的负荷状况，并将压力信号转变为电信号输入发动机电控单元ECU，以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。2.歧管压力传感器的结构特点各型汽车用歧管压力传感器的结构大同小异，主要由硅膜片、真空室、混合集成电路、真空管接头和线束插头等组成，如图2-58所示。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,3.歧管压力传感器的工作原理压阻效应式压力传感器的工作原理如图2-60(a)所示，硅膜片一面通真空室，另一面导入进气歧管压力。在歧
42、管压力作用下，硅膜片就会产生应力，应力分布曲线如图2-60(b)所示。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,五、温度传感器(一)温度传感器的功用温度传感器的功用是将被测对象的温度信号转变为电信号输入电控单元ECU，以便ECU修正控制参数或判断检测对象的热负荷状态。安装在发动机冷却液出水管道上的冷却液温度传感器CTS的功用是:将发动机冷却液温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油时间和点火时间，使发动机处于最佳工作状态。安装在进气管路中的进气温度传感器IATS的功用就是:将进气温度信号变换为电信号输入发动机电控单元ECU，以便ECU修正喷油量。
43、,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二)温度传感器的分类温度传感器种类繁多、形式各异，目前尚无统一的分类方法，常用分类方法有以下两种。(1)按检测对象分类:如检测对象为冷却液温度、进气温度、排气温度、燃油温度、空调温度等，将传感器相应的称为冷却液温度传感器、进气温度传感器、排气温度传感器、燃油温度传感器、空调温度传感器(或空调温控开关)等。这种分类方法简单实用，使用者根据测量对象即可方便地选择使用所需的传感器。(2)按结构与物理性能分类:汽车上采用的温度传感器按结构与物理性能不同，可分为热敏电阻式、热敏铁氧体式、双金属片式、石蜡式等。双金属片式和石蜡式温度传感器
44、属于结构型传感器，热敏电阻式和热敏铁氧体式温度传感器属于物性(物理性能)型传感器。现代汽车广泛采用物性型温度传感器，特别是热敏电阻式温度传感器，故下面主要介绍物性型温度传感器。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(三)热敏电阻式温度传感器1.热敏电阻的特性热敏电阻是利用陶瓷半导体材料的电阻值随温度变化而变化的特性制成。根据热敏电阻的特性不同，可分为负温度系数NTC热敏电阻、正温度系数PTC热敏电阻和临界温度热敏电阻CTR。电阻值随温度升高而减小的称为负温度系数NTC热敏电阻;电阻值随温度升高而增大的称为正温度系数PTC热敏电阻;有一类热敏电阻的阻值以某一温度(称为
45、临界温度)为界，高于此温度时阻值为某一水平，低于此温度时阻值为另一水平，这类热敏电阻称为临界温度热敏电阻CTR,三种热敏电阻的温度特性曲线如图2-61所示,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.热敏电阻式温度传感器的结构特点热敏电阻式温度传感器的结构形式如图2-62所示，主要由热敏电阻、金属引线、接线插座和壳体等组成。3.车用温度传感器的特性与电路热敏电阻式温度传感器的突出优点是灵敏度高、响应特性好、结构简单、成本低廉。因此，汽车电子控制系统普遍采用了负温度系数NTC热敏电阻式温度传感器，如冷却液温度传感器GTS、进气温度传感器IATS、排气温度传感器EATS、燃
46、油温度传感器FTS等。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(四)热敏铁氧体式温度传感器热敏铁氧体式温度传感器是利用热敏铁氧体材料的物理性能制成的传感器。热敏铁氧体材料是一种磁性随温度变化而变化的磁性材料，当环境温度低于某一温度(称为临界温度)时，热敏铁氧体将被磁化而形成一个强磁体;当环境温度高于临界温度时，热敏铁氧体将变成导磁性能较弱的物体1.传感器的结构特点热敏铁氧体式温度传感器的结构原理如图2-65所示，传感器主要由热敏铁氧体、永久磁铁、笛簧开关组成。热敏铁氧体元件制作在两个永久磁铁之间，笛簧开关的触点和触点臂设在热敏铁氧体的旁边。,下一页,上一页,返回,第三
47、节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.传感器的工作原理当环境温度低于临界温度时，热敏铁氧体被永久磁铁磁化而形成一个强磁体(相当于三个磁铁串接在一起)，如图2-65(a)所示。此时，永久磁铁的主磁通穿过笛簧开关的两个触点臂，并使两个触点磁化而闭合，从而接通触点连接的控制电路当环境温度高于临界温度时，热敏铁氧体元件磁性消失，磁阻大大增加，此时穿过触点臂的磁通仅为两个永久磁铁的漏磁通，且两触点臂内磁通方向一致，并产生斥力而使触点断开，从而切断触点连接的控制电路，如图2-65(b)所示。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,六、氧传感器EGO自从1976年瑞典沃尔沃轿车
48、率先装用德国博世公司研制的氧传感器之后，通用、福特、丰田旧产等汽车公司相继完成了氧传感器的开发与应用工作。氧传感器是排气氧传感器EGO的简称，又称为氧量传感器O2S,其功用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将空燃比信号转变为电信号输入发动机ECU,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(一)氧化入式氧传感器1.氧化入式氧传感器的结构特点氧化入式氧传感器的结构如图2-66所示，主要由钢质护管、钢质壳体、入管、加热元州电极引线、防水护套和线束插头等组成2.氧化入式氧传感器的工作原理二氧化馏(ZrO2)式氧传感器的固体电解质普遍使用二氧化入，其工作原理
49、如图2-67所示。因为入管内侧与氧离子浓度高的大气相通，外侧与氧离子浓度低的排气相通，且入管外侧的氧离子随可燃混合气浓度变化而变化，所以当氧离子在入管中扩散时，入管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓度变化而变化，即入管相当于一个氧浓差电池，传感器的信号源相当于一个可变电源,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,3.氧化入式氧传感器的工作特性氧传感器的工作特性如图2-68(a)所示4.氧化锆式氧传感器的工作条件氧化锆式氧传感器必须满足:发动机温度高于60;氧传感器自身温度高于300;发动机工作在怠速工况和部分负荷工况三个条件，才能正常调节混合气浓度。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,(二)氧化钛式氧传感器二氧化钛(TiO2)属于N型半导体材料，其阻值大小取决于材料温度以及周围环境中氧离子的浓度，因此可以用来检测排气中的氧离子浓度。1.氧化钛式氧传感器的结构特点氧化钛式氧传感器的外形与氧化入式氧传感器相似，结构如图2-69所示，主要由二氧化钛传感元件、钢质壳体、加热元件和电极引线等组成。,下一页,上一页,返回,第三节发动机燃油喷射系统传感器的结构原理,2.氧化钛式氧传感器的工作原理二氧化钛半导体材料的电阻具有随氧离子浓度变化而变化的特性，因此，氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻。当发动机的