汽車各傳感器構造與原理

電子控制系統構造與原理

電子控制系統的組成：由傳感器、控制單元、執行器組成

傳感器的類型及功能

一、節氣門位置傳感器

1.功能及類型

功能：

·檢測節氣門開度轉換為電壓信號

傳遞給ECU

·判定發動機運轉工況的依據

類型：

·線性輸出型(滑動電阻式)

·開關量輸出型(觸點式)

（1）線性輸出型

①結構和原理

·VCC：傳感器電源端子。由ECU提

供 5V電壓

·VTA：節氣門開度信號端子。節氣

門開度越大，VTA-E2間電阻越大，

開度電壓信號越大

·IDL：怠速開關端子。節氣門關閉

時，怠速開關閉合，IDL—E2間電壓

為0V；節氣門打開時，怠速開關斷

開，IDL—E2間電壓為12V

·E2：傳感器通過ECU接地

②輸出特性

·輸出電壓隨節氣門開度的增大而線性增

大

·當節氣門完全關閉時，怠速觸點閉合，

發動機處于怠速狀態

③控制電路

·VTA信號：節氣門由關閉逐漸開大，在

0~5V間變化

·IDL信號：怠速時0V，節氣門打開時12V

（2）開關量輸出型

①結構與原理

·怠速工況

②輸出特性

·傳感器有開和關兩種信號

·怠速觸點閉合：節氣門全閉，發動機處

于怠速狀態

·全開觸點閉合：節氣門開度>50℃，發動

機處于大負荷狀態

③控制電路

④帶ACC信號輸出的開關量輸出型

·怠速觸點閉合，怠速狀態；如高速時怠

速觸點閉合，減速狀態

·加減速檢測觸點閉合，同時該觸點與ACC1

和ACC2交替閉合/斷開，急加速工況

·大負荷觸點閉合，大負荷工況

·加減速檢測觸點斷開，同時該觸點與ACC1

和ACC2交替閉合/斷開，減速工況

二、進氣溫度傳感器（THA）

1.功能與結構

·檢測進氣溫度轉化為電阻信號，送

給ECU作為噴油量修正信號和點火

修正信號，獲得最佳空燃比和點火提

前角。

·熱敏電阻傳感器

2.工作原理

·負溫度系數熱敏電阻特性：進氣溫

度升高，熱敏電阻值降低

3.控制電路

·THA信號：進氣溫度越高，熱敏電

阻越低，電路總電阻減小，電路電流

增大，ECU內電阻R分壓增加，熱敏

電阻分壓降低，即THA信號電壓減小

三、冷卻液溫度傳感器（THW）

·E2：傳感器接地

1.功能

·檢測冷卻液溫度轉化為電阻信號，

送給ECU作為噴油量、點火正時的修

正信號

2.結構與原理

·熱敏電阻傳感器

·負溫度系數熱敏電阻特性：冷卻液

溫度升高，熱敏電阻值降低

3.控制電路

·THW信號：冷卻液溫度越高，熱敏電

阻越低，電路總電阻減小，電路電流

增大，ECU內電阻R分壓增加，熱敏電

阻分壓降低，即THW信號電壓減小

·E2：傳感器接地

四、曲軸/凸輪軸位置和轉速傳感器

1.功用、類型及位置

·功用：檢測活塞上止點、曲軸轉角、發動機轉速信號送給ECU，以確認

曲軸位置，用來控制噴油正時和點火正時。

·類型：電磁感應式（磁電式）、光電式、霍爾式

·位置：經常安裝在發動機的曲軸端、凸輪軸端、飛輪上或分電器內。

1、磁電式

（1）結構與原理

（2）豐田TCCS系統，位于分電器內

.

（2）發動機轉速(Ne)信號

·曲軸轉角1°信號=30°轉角時間/30等分

·發動機轉速：Ne信號以2個脈沖時間（曲軸60°）

為基準計算和檢測

（3）曲軸位置(G)信號

·G信號：辨別氣缸及檢測活塞上止點位置。

G1為第6缸壓縮上止點前10°，G2為第1

缸壓縮上止點前10°

·G信號：ECU利用Ne信號計算曲軸轉角的

基準信號

（4）控制電路

·G1-G-：第6缸上止點位置電脈沖信號

·G2-G-：第1缸上止點位置電脈沖信號

·Ne-G-：曲軸轉速電脈沖信號

3.光電式

（1）結構與原理

·NISSAN公司，位于分電器內

（2）1°和120°信號

·曲軸1°信號：供ECU計算曲軸轉角和發動

機轉速

·曲軸120°信號：供ECU確認活塞上止點(前

70°)位置

（3）控制電路

3.霍爾式

（1）觸發葉片式(GM公司)

1）結構型式

·外信號輪：均布18個葉片和窗口，寬度10°

弧長

·內信號輪：3個葉片寬度100°、90°、110°

弧長；3個窗口寬度20°、30°、10°弧長。

2）霍爾傳感器原理

·葉片對永久磁鐵和霍爾元件隔磁，不產生霍爾電壓 ·葉片離開空氣隙，

產生霍爾電壓

3）控制電路

3.霍爾式

（1）觸發葉片式(GM公司)

1）結構型式

·外信號輪：均布18個葉片和窗口，寬度10°

弧長

·內信號輪：3個葉片寬度100°、90°、110°

弧長；3個窗口寬度20°、30°、10°弧長。

2）霍爾傳感器原理

·葉片對永久磁鐵和霍爾元件隔磁，不產生霍爾電壓 ·葉片離開空氣隙，產

生霍爾電壓

3）輸出信號

·18X信號：一個脈沖為20°/20等份= 1°信號—控制點火時刻

·3X信號：120°信號—判斷氣缸和點火時刻基準信號

·100°弧長觸發葉片前沿：1、4缸上止點前75°

·90°弧長觸發葉片前沿：3、6缸上止點前75°

·110°弧長觸發葉片前沿：2、5缸上止點前75°

（2）觸發輪齒式(克萊斯勒公司)

1）結構型式（四缸發動機飛輪殼）

·輪槽通過時：霍爾效應輸出高電

位(5V)

·輪齒通過時：霍爾效應輸出低電

位(0.3V)

·第4個槽脈沖下降沿：活塞上止

點前(TDC)4°

·1組4個脈沖信號：1、4缸接近

上止點

·另1組4個脈沖信號：2、3缸

接近上止點

2）控制電路

·CPS信號：確定活塞上止點和發

動機轉速 ；但并不知道有哪兩個

缸的活塞接近上止點，

·同步信號傳感器：裝在分電器內，

協助傳感器判缸。

（3）同步信號傳感器(霍爾式)

1）結構型式（四缸發動機分電器

內）

·脈沖環前沿通過時：產生5V高

電壓

·脈沖環后沿離開時：產生0V信

號電壓

·分電器旋轉一周：高低電位各占

180°(曲軸轉角360°)

2）控制電路

·產生5V電壓信號時：表示下一

個到達上止點的是1、4缸，1缸

為壓縮行程，4缸為排氣行程。

·產生0V電壓信號時：表示下一

個到達上止點的仍是1、4缸，但

氣缸工作行程與前相反。

五、氧傳感器

1.功用與類型

·功用：在使用三元催化轉換器降低排放污染的發動機上，氧傳感器是

必不可少的。氧傳感器測定排氣中氧濃度信號，發動機ECU據此信號反饋修正

噴油量，控制空燃比控制于理論值范圍內，使三元催化轉換器效果最佳。氧傳

感器的工作使發動機處于閉環控制狀態

·類型：氧化鋯式(應用最多)和氧化鈦式

（2）氧化鋯式

①結構型式

·鋯管：氧化鋯固體電解質制作的多孔陶瓷體試管

·鋯管內側：大氣

·鋯管外側：排氣

·鋯管元件：微電池

（2）工作原理

·混合氣稀：排氣中含氧多，兩

側氧濃度差小，產生電壓信號較

低

·混合氣濃：排氣中含氧少，兩

側氧濃度差大，產生電壓信號較

高

（3）輸出電壓信號特點

·氧傳感器電壓在λ=1(理論空燃

比14.7)時突變：λ>1時輸出電

壓幾乎為0λ<1時輸出電壓接近

1V

·反饋控制只能使混合氣在理論

空燃比附近一個狹小的范圍內波

動：故氧傳感器輸出電壓在

0.1~0.9V之間不斷變化，如果變

化過緩或不變則表明存在故障

（4）帶加熱器的氧傳感器原理

·氧傳感器輸出信號與工作溫度有關：

早期通過排氣加熱，發動機起動數分

鐘后才能工作

·帶加熱器的氧傳感器，起動后20~30s

內工作

（5）控制電路

·OX端子：產生氧傳感器信號電壓

·HT端子：控制加熱絲電路通斷

（2）氧化鈦式

①結構型式

·又稱電阻型氧傳感器：氧化鈦常溫下為高電阻半導體，一旦缺氧，電阻隨之減

小

·也有電加熱器：保證傳感器工作溫度不變

（2）控制電路

·與ECU連接的輸出端子電壓：

0.1~0.9V

·混合氣稀：輸出電壓高于參考電壓

·混合氣濃：輸出電壓低于參考電壓

六、爆震傳感器

1.功用與類型

功用：檢測發動機有無爆震現

象，并將信號送入發動機ECU，判

定有無爆震及爆震強弱，修正點火

提前角。

類型：磁致伸縮式和壓電式

2.磁致伸縮式（左圖）

·缸體出現振動時，傳感器在7kHz

左右處產生共振，鐵心的導磁率發

生變化，致使永久磁鐵穿過鐵心的

磁通密度也變化，從而在繞組中產

生感應電動勢

3.壓電式

（1）結構原理

壓電效應：當缸體振動時，配

重受振動影響產生加速度，壓電元

件受到加速度慣性力的作用而產

生電壓信號。

（2）輸出特性

4.控制電路

·七、電子單元（ECU）

1.電子單元組成

2.電子單元工作過程

·從傳感器來的信號，首先進入輸入回路，對具體信號進行處理。如是數字信

號，根據CPU的安排，經I/O接口直接進入微機；如是模擬信號，還要經過

A/D轉換，轉換成數字信號后，才能經I/O接口進入微機。

·大多數信息，暫時存儲在RAM內，根據指令再從RAM送至CPU。下一步是將

存儲在ROM中的參考數據引入CPU，使輸入傳感器的信息與之進行比較。

·CPU對這些數據比較運算后，作山決定并發出輸出指令信號，經I/O接口，

必要的信號還經D/A轉換器轉變成模擬信號，最后經輸出回路去控制執行器動

作。例如噴油器驅動信號，通過控制噴油正時和噴油脈寬，完成控制噴油功能。