汽车各传感器构造与原理

电子控制系统构造与原理

电子控制系统的组成：由传感器、控制单元、执行器组成

传感器的类型及功能

一、节气门位置传感器

1.功能及类型

功能：

·检测节气门开度转换为电压信号

传递给ECU

·判定发动机运转工况的依据

类型：

·线性输出型(滑动电阻式)

·开关量输出型(触点式)

（1）线性输出型

①结构和原理

·VCC：传感器电源端子。由ECU提

供 5V电压

·VTA：节气门开度信号端子。节气

门开度越大，VTA-E2间电阻越大，

开度电压信号越大

·IDL：怠速开关端子。节气门关闭

时，怠速开关闭合，IDL—E2间电压

为0V；节气门打开时，怠速开关断

开，IDL—E2间电压为12V

·E2：传感器通过ECU接地

②输出特性

·输出电压随节气门开度的增大而线性增

大

·当节气门完全关闭时，怠速触点闭合，

发动机处于怠速状态

③控制电路

·VTA信号：节气门由关闭逐渐开大，在

0~5V间变化

·IDL信号：怠速时0V，节气门打开时12V

（2）开关量输出型

①结构与原理

·怠速工况

②输出特性

·传感器有开和关两种信号

·怠速触点闭合：节气门全闭，发动机处

于怠速状态

·全开触点闭合：节气门开度>50℃，发动

机处于大负荷状态

③控制电路

④带ACC信号输出的开关量输出型

·怠速触点闭合，怠速状态；如高速时怠

速触点闭合，减速状态

·加减速检测触点闭合，同时该触点与ACC1

和ACC2交替闭合/断开，急加速工况

·大负荷触点闭合，大负荷工况

·加减速检测触点断开，同时该触点与ACC1

和ACC2交替闭合/断开，减速工况

二、进气温度传感器（THA）

1.功能与结构

·检测进气温度转化为电阻信号，送

给ECU作为喷油量修正信号和点火

修正信号，获得最佳空燃比和点火提

前角。

·热敏电阻传感器

2.工作原理

·负温度系数热敏电阻特性：进气温

度升高，热敏电阻值降低

3.控制电路

·THA信号：进气温度越高，热敏电

阻越低，电路总电阻减小，电路电流

增大，ECU内电阻R分压增加，热敏

电阻分压降低，即THA信号电压减小

三、冷却液温度传感器（THW）

·E2：传感器接地

1.功能

·检测冷却液温度转化为电阻信号，

送给ECU作为喷油量、点火正时的修

正信号

2.结构与原理

·热敏电阻传感器

·负温度系数热敏电阻特性：冷却液

温度升高，热敏电阻值降低

3.控制电路

·THW信号：冷却液温度越高，热敏电

阻越低，电路总电阻减小，电路电流

增大，ECU内电阻R分压增加，热敏电

阻分压降低，即THW信号电压减小

·E2：传感器接地

四、曲轴/凸轮轴位置和转速传感器

1.功用、类型及位置

·功用：检测活塞上止点、曲轴转角、发动机转速信号送给ECU，以确认

曲轴位置，用来控制喷油正时和点火正时。

·类型：电磁感应式（磁电式）、光电式、霍尔式

·位置：经常安装在发动机的曲轴端、凸轮轴端、飞轮上或分电器内。

1、磁电式

（1）结构与原理

（2）丰田TCCS系统，位于分电器内

.

（2）发动机转速(Ne)信号

·曲轴转角1°信号=30°转角时间/30等分

·发动机转速：Ne信号以2个脉冲时间（曲轴60°）

为基准计算和检测

（3）曲轴位置(G)信号

·G信号：辨别气缸及检测活塞上止点位置。

G1为第6缸压缩上止点前10°，G2为第1

缸压缩上止点前10°

·G信号：ECU利用Ne信号计算曲轴转角的

基准信号

（4）控制电路

·G1-G-：第6缸上止点位置电脉冲信号

·G2-G-：第1缸上止点位置电脉冲信号

·Ne-G-：曲轴转速电脉冲信号

3.光电式

（1）结构与原理

·NISSAN公司，位于分电器内

（2）1°和120°信号

·曲轴1°信号：供ECU计算曲轴转角和发动

机转速

·曲轴120°信号：供ECU确认活塞上止点(前

70°)位置

（3）控制电路

3.霍尔式

（1）触发叶片式(GM公司)

1）结构型式

·外信号轮：均布18个叶片和窗口，宽度10°

弧长

·内信号轮：3个叶片宽度100°、90°、110°

弧长；3个窗口宽度20°、30°、10°弧长。

2）霍尔传感器原理

·叶片对永久磁铁和霍尔元件隔磁，不产生霍尔电压 ·叶片离开空气隙，

产生霍尔电压

3）控制电路

3.霍尔式

（1）触发叶片式(GM公司)

1）结构型式

·外信号轮：均布18个叶片和窗口，宽度10°

弧长

·内信号轮：3个叶片宽度100°、90°、110°

弧长；3个窗口宽度20°、30°、10°弧长。

2）霍尔传感器原理

·叶片对永久磁铁和霍尔元件隔磁，不产生霍尔电压 ·叶片离开空气隙，产

生霍尔电压

3）输出信号

·18X信号：一个脉冲为20°/20等份= 1°信号—控制点火时刻

·3X信号：120°信号—判断气缸和点火时刻基准信号

·100°弧长触发叶片前沿：1、4缸上止点前75°

·90°弧长触发叶片前沿：3、6缸上止点前75°

·110°弧长触发叶片前沿：2、5缸上止点前75°

（2）触发轮齿式(克莱斯勒公司)

1）结构型式（四缸发动机飞轮壳）

·轮槽通过时：霍尔效应输出高电

位(5V)

·轮齿通过时：霍尔效应输出低电

位(0.3V)

·第4个槽脉冲下降沿：活塞上止

点前(TDC)4°

·1组4个脉冲信号：1、4缸接近

上止点

·另1组4个脉冲信号：2、3缸

接近上止点

2）控制电路

·CPS信号：确定活塞上止点和发

动机转速 ；但并不知道有哪两个

缸的活塞接近上止点，

·同步信号传感器：装在分电器内，

协助传感器判缸。

（3）同步信号传感器(霍尔式)

1）结构型式（四缸发动机分电器

内）

·脉冲环前沿通过时：产生5V高

电压

·脉冲环后沿离开时：产生0V信

号电压

·分电器旋转一周：高低电位各占

180°(曲轴转角360°)

2）控制电路

·产生5V电压信号时：表示下一

个到达上止点的是1、4缸，1缸

为压缩行程，4缸为排气行程。

·产生0V电压信号时：表示下一

个到达上止点的仍是1、4缸，但

气缸工作行程与前相反。

五、氧传感器

1.功用与类型

·功用：在使用三元催化转换器降低排放污染的发动机上，氧传感器是

必不可少的。氧传感器测定排气中氧浓度信号，发动机ECU据此信号反馈修正

喷油量，控制空燃比控制于理论值范围内，使三元催化转换器效果最佳。氧传

感器的工作使发动机处于闭环控制状态

·类型：氧化锆式(应用最多)和氧化钛式

（2）氧化锆式

①结构型式

·锆管：氧化锆固体电解质制作的多孔陶瓷体试管

·锆管内侧：大气

·锆管外侧：排气

·锆管元件：微电池

（2）工作原理

·混合气稀：排气中含氧多，两

侧氧浓度差小，产生电压信号较

低

·混合气浓：排气中含氧少，两

侧氧浓度差大，产生电压信号较

高

（3）输出电压信号特点

·氧传感器电压在λ=1(理论空燃

比14.7)时突变：λ>1时输出电

压几乎为0λ<1时输出电压接近

1V

·反馈控制只能使混合气在理论

空燃比附近一个狭小的范围内波

动：故氧传感器输出电压在

0.1~0.9V之间不断变化，如果变

化过缓或不变则表明存在故障

（4）带加热器的氧传感器原理

·氧传感器输出信号与工作温度有关：

早期通过排气加热，发动机起动数分

钟后才能工作

·带加热器的氧传感器，起动后20~30s

内工作

（5）控制电路

·OX端子：产生氧传感器信号电压

·HT端子：控制加热丝电路通断

（2）氧化钛式

①结构型式

·又称电阻型氧传感器：氧化钛常温下为高电阻半导体，一旦缺氧，电阻随之减

小

·也有电加热器：保证传感器工作温度不变

（2）控制电路

·与ECU连接的输出端子电压：

0.1~0.9V

·混合气稀：输出电压高于参考电压

·混合气浓：输出电压低于参考电压

六、爆震传感器

1.功用与类型

功用：检测发动机有无爆震现

象，并将信号送入发动机ECU，判

定有无爆震及爆震强弱，修正点火

提前角。

类型：磁致伸缩式和压电式

2.磁致伸缩式（左图）

·缸体出现振动时，传感器在7kHz

左右处产生共振，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，从而在绕组中产

生感应电动势

3.压电式

（1）结构原理

压电效应：当缸体振动时，配

重受振动影响产生加速度，压电元

件受到加速度惯性力的作用而产

生电压信号。

（2）输出特性

4.控制电路

·七、电子单元（ECU）

1.电子单元组成

2.电子单元工作过程

·从传感器来的信号，首先进入输入回路，对具体信号进行处理。如是数字信

号，根据CPU的安排，经I/O接口直接进入微机；如是模拟信号，还要经过

A/D转换，转换成数字信号后，才能经I/O接口进入微机。

·大多数信息，暂时存储在RAM内，根据指令再从RAM送至CPU。下一步是将

存储在ROM中的参考数据引入CPU，使输入传感器的信息与之进行比较。

·CPU对这些数据比较运算后，作山决定并发出输出指令信号，经I/O接口，

必要的信号还经D/A转换器转变成模拟信号，最后经输出回路去控制执行器动

作。例如喷油器驱动信号，通过控制喷油正时和喷油脉宽，完成控制喷油功能。