发动机系统传感器.docx
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发动机系统传感器
发动机系统传感器
发动机系统传感器的应用
传感器在发动机上的应用:
发动机传感器控制系统是整个汽车传感器的核心,它有包含的种类很多、温
度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、氧传感器和爆震传感器
等。
这些传感器向发动机的电子控制单元〔ECU〕提供发动机工作状况的信息,供
ECU对发动机工作状况进展准确计算控制,以提高发动机的动力性、降低油耗、减
少废气排放和进展故障检测。
由于发动机是在高温下工作(发动机外表温度可达150℃、排气歧管可达650℃)
、振动(加速度30g)、冲击(加速度50g)、潮湿(100%RH,-40℃-120℃)以及蒸汽、
盐雾、腐蚀和油泥污染等恶劣环境中,因此发动机控制系统的传感器必须能耐高温
并在恶劣环境下的技术指数要比一般工业用传感器要高出1-2个数量级,其中最关
键的是测量精度和可靠性。
否那么,由传感器带来的测量误差将最终会导致发动机控
制系统难以正常工作或产生故障因素等。
1、温度传感器:
温度传感器主要用于检测发动机温度、吸入气体温度、冷却水温度、燃油温
度以及催化器内的温度等。
温度传感器有线绕电阻式、热敏电阻式和热偶电阻式三
种主要类型。
三种类型传感器各有特点,其应用场合也略有区别。
线绕电阻式温度
传感器的精度高,但响应特性差;热敏电阻式温度传感器灵敏度高,响应特性较好
,但线性差,适应温度较低;热偶电阻式温度传感器的精度高,测量温度X围宽,
但需要配合放大器和冷端处理一起使用。
已实用化的产品有热敏电阻式温度传感器(通用型-50℃~130℃,精度1.5%,
响应时间10ms;高温型600℃~1000℃,精度5%,响应时间10ms)、铁氧体式温度传
感器(ON/OFF型,-40℃~120℃,精度2.0%)、金属或半导体膜空气式温度传感器
(-40℃~150℃,精度2.0%、5%,响应时间20ms)等。
2、压力传感器:
压力传感器主要用于检测气缸负压、大气压、涡轮发动机的升压比、气缸内压
、油压等。
吸气负压式传感器主要用于吸气压、负压、油压检测。
汽车用压力传感
器应用较多的有电容式、压阻式、差动变压器式〔LVDT〕、外表弹性波式〔SAW〕
。
电容式压力传感器主要用于检测负压、液压、气压,测量X围20~100kPa,具
有输入能量高,动态响应特性好、环境适应性好等特点;压阻式压力传感器受温度
影响较大,需要另设温度补偿电路,但适应于大量生产;LVDT式压力传感器有较大
的输出,易于数字输出,但抗干扰性差;SAW式压力传感器具有体积小、质量轻、
功耗低、可靠性高、灵敏度高、分辨率高、数字输出等特点,用于汽车吸气阀压力
检测,能在高温下稳定地工作,它是一种较为理想的传感器。
3、流量传感器:
流量传感器主要用于发动机空气流量和燃料流量的测量。
空气流量的测量用于
发动机控制系统确定燃烧条件、控制空燃比、启动、点火等。
空气流量传感器有旋
转翼片式〔叶片式〕、卡门涡旋式、热线式、热膜式等四种类型。
旋转翼片式〔叶
片式〕空气流量计构造简单,测量精度较低,测得的空气流量需要进展温度补偿;
卡门涡旋式空气流量计无可动部件,反映灵敏,精度较高,也需要进展温度补偿;
热线式空气流量计测量精度高,无需温度补偿,但易受气体脉动的影响,易断丝;
热膜式空气流量计和热线式空气流量计测量原理一样,但体积少,适合大批量生产
,本钱低。
空气流量传感器的主要技术指标为:
工作X围0.11~103立方米/min,工
作温度-40℃~120℃,精度≤1%。
燃料流量传感器用于检测燃料流量,主要有水轮式和循环球式,其动态X围
0~60kg/h,工作温度-40℃~120℃,精度1%,响应时间<10ms。
4、位置和转速传感器:
位置和转速传感器主要用于检测曲轴转角、发动机转速、节气门的开度、车速
等。
目前汽车上使用的位置和转速传感器主要有交流发电机式、磁阻式、霍尔效应
式、簧片开关式、光学式、半导体磁性晶体管式等,其测量X围0~360,精度0
.5以下,测弯曲角达0.1。
车速传感器种类繁多,有敏感车轮旋转的、也有敏感动力传动轴转动的,还有
敏感差速从动轴转动的。
当车速高于100km/h时,一般测量方法误差较大,需采用
非接触式光电速度传感器,测速X围0、5~250km/h,重复精度0、1%,距离测量误
差优于0.3%。
5、气体浓度传感器:
气体浓度传感器主要用于检测车体内气体和废气排放。
其中,最主要的是氧传
感器,实用化的有氧化锆传感器(使用温度-40℃~900℃,精度1%)、氧化锆浓差电
池型气体传感器(使用温度300℃~800℃)、固体电解质式氧化锆气体传感器(使用温
度0℃~400℃,精度0.5%),另外还有二氧化钛氧传感器。
和氧化锆传感器相比,
二氧化钛氧传感器具有构造简单、轻巧、廉价,且抗铅污染能力强的特点。
6、氧传感器:
氧传感器的构造和原理发动机的空燃比一旦偏离理论空燃比,三元催化剂对
CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降。
所以为了使装有三元催化转换装置的发动机
到达最正确的排气净化性能,必须把混合气的空燃比控制在理论空燃比附近很窄的X
围内。
氧传感器用于检测进入三元催化转换装置的排气气体状态,是使用三元催化
转换装置发动机上必不可少的传感器。
目前已在汽车上使用的氧传感器有氧化锆式
和氧化钛式两种。
a、氧化锆式氧传感器:
氧化锆式氧传感器的根本元件是专用陶瓷体,即氧化锆固体电解质,陶瓷
体制成管状(锆管),固定在带有安装螺纹的固定套中。
锆管外表装有透气铂电极,
配有护管及电线接头,其内外表与大气相通,外外表与废气相通,外外表还加装了
一个防护套管,套管上开有通气槽。
锆管的陶瓷体是多孔的,允许氧渗入该固体电
解质内,温度较高时(高于300℃),氧气发生电离,如果在陶瓷体内(大气)外(废气
)测的氧气浓度不同时,就会在2个铂电极外表产生电压降,含氧量高的一侧为高电
位。
当混合气稀时,排气中含氧多,两侧浓度差小,只产生小的电压;反之,混合
气浓时,产生高电压。
根据所测电压值就可测量氧传感器外外表氧气含量,而发动
机废气排放中的氧含量主要取决于混合气的空燃比,因此,ECU根据氧传感器输入
的电信号分析汽油的燃烧状况,以便及时修正喷油量,使空燃比处于理想状况,即
λ=1,所以这种传感器又称为λ传感器。
b、氧传感器的故障原因:
氧传感器产生故障会造成其反应信号出现异常,从而使电脑失去对混合气
空燃比的调节。
假设混合气控制比不准确,会使排气净化恶化,因而必须及时排除故
障。
c、导致氧传感器出现故障的原因如下:
氧传感器破碎失效,氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物,使传感器信
号失真;使用含铅汽油使传感器中毒,而使其失效;此外,传感器橡胶垫及涂剂也
会使传感器失效;电加热器故障也可能造成传感器在发动机起动及低温时不工作。
d、氧传感器的检测:
氧传感器一般有单线、双线、三线、四线4种引线形式。
单线为氧化锆式
氧传感器;双线为氧化钛式氧传感器;三线和四线为氧化锆式氧传感器。
三线和四
线的区别:
三线氧传感器的加热器负极和信号输出负极共用一根线,四线氧传感器
的加热器负极和信号负极分别各用一根线。
7、爆震传感器:
爆震传感器是指燃烧室内的终然混合气所产生自燃的不正常现象,由于爆
震会产生高强度的压力波冲击燃烧室,所以不仅能听到锋利的金属声。
还会对发动
机的部件产生较大的影响。
点火时间过早是产生爆震的的主要原因。
为了使发动机
以最大功率运行。
最好能把点火时间提前到发动机刚好不至于发生爆震的极限X围
所以必须在点火系统中增设爆震传感器。
常见的爆震传感器主要是压电式,它安装在发动机的缸体上,这种传感器利
用结晶体或者陶瓷多晶体的压电效应。
也可利用掺杂硅的压电电阻效应等。
传感器
的外壳内装有压电元件/配重块及导线等。
其原理是:
当发动机的气缸体出现振动
传递到传感器外壳时,外壳与配重块之间产生相对运动。
使夹在中间的压电元件及
配重块产生挤压发生变化,使其输出的电压信号发生变化,而控制组件仅能检测出
7KHZ振动而形成的电压。
根据此电压的大小来判断爆震强度。
进而相应地把点火时
间推迟,以防止爆震。
常见的爆震传感器有两种,一种是磁致伸缩式爆震传感器,另一种是压电
式爆震传感器。
磁致伸缩式爆震传感器的外形与构造,其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁
性铁心以及铁心周围的线圈。
其工作原理是:
当发动机的气缸体出现振动时,该传
感器在7kHz左右处与发动机产生共振,强磁性材料铁心的导磁率发生变化,致使永
久磁铁穿过铁心的磁通密度也变化,从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势,并
将这一电信号输入ECU。
8、霍尔传感器:
霍尔传感器的工作原理:
霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的。
它有两
种工作方式,即磁场平衡式和直放式。
霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、
霍尔元件、次级线圈和放大电路等组成。
直放式电流传感器〔开环式〕众所周知,当电流通过一根长导线时,在导
线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,它可以通过磁芯
聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。
这一信号经信号放大器放大后直接输
出,一般的额定输出标定为〔4v〕。
磁场平衡式;磁场平衡式霍尔电流传感器是由原边电路、聚磁环、霍尔
元件、次级线圈、放大器等组成。
其工作原理是:
由原边电流所产生的磁场,用通
过次级线圈的电流所产生的磁场进展补偿,使霍尔元件始终处于检测零磁通的工作
状态。
9、气门位置传感器TPS:
模拟式节气门位置传感器(TPS)是一个可变电阻(电位计),大多数节气门
位置传感器包含与节气门轴相联的滑动触点臂,该触点臂绕在可动触点的轴所设置
的电阻材料上滑动。
节气门位置传感器是一个三线传感器。
其中一线从电脑电源引来的5V电压
对传感器电阻材料供电,另一线连接电阻材料的另一端为传感器提供〔负极〕接地
。
第三根线连至传感器的可动触点上,提供信号输出至〔ECU〕电脑,电阻材料上
每点的电压,由可动触点来探测,并与节气门角度成正比。
这是一个很重要的传感器,因为电脑用它的信号来计算发动机负荷、点火
时间、排气再循环控制、怠速控制。
一个坏的节气门体位置传感器会引起加速滞后
和怠速不稳等问题,以及驾驶性能问题及排放试验失败等。
几乎所有轿车制造商生产的节气门位置传感器以一样方式运行,通常节气
门位置传感器在节气门关时产生约低于〔1v〕的电压信号,在油门全开时产生约低
于〔5v〕的电压信号。
开关式节气门位置传感器是由两个开关触点构成一个旋转开关,一个常闭
触点构成怠速开关,节气门处在怠速位置时,它位于闭合状态,将发动机控制电脑
的怠速输入信号端子接地搭铁,发动机控制电脑接到这个信号后,即可使发动机进
入怠速闭环控制,或者控制发动机在〔倒拖〕状态时停顿喷射燃油,另一个常开触
点节气门开度到达全负荷状态时,将发动机控制电脑的全负荷输入信号端接地搭铁
。
发动机控制电脑接到这个信号后,即可使发动机进入全负荷加浓控制状态。
开关式节气门位置传感器的旋转臂与节气门轴相联,并随节气门一起转动
,它是一个三线传
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- 发动机 系统 传感器