簡(jiǎn)單看看發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器

【內(nèi)容摘自“傳感器技術(shù)”，有刪節(jié)】

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，各系統(tǒng)會(huì)處于不同的工作狀態(tài)，比如水溫、油溫、進(jìn)氣壓力、節(jié)氣門位置、等等，這些信息汽車的電腦是無(wú)法直接讀取的，必須轉(zhuǎn)化為電腦能夠識(shí)別的電信號(hào)。汽車傳感器就是執(zhí)行這樣任務(wù)的，它把汽車運(yùn)行中的光、電、溫度、壓力、時(shí)間等信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后輸入車載電腦系統(tǒng)，然后由電腦中內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)的程序進(jìn)行計(jì)算分析，從而判斷汽車的運(yùn)行狀態(tài)。

發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器控制系統(tǒng)是整個(gè)汽車傳感器的核心，它有包含的種類很多、溫度傳感器、壓力傳感器、位置和轉(zhuǎn)速傳感器、流量傳感器、氧傳感器和爆震傳感器等。這些傳感器向發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制單元（ECU）提供發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的信息，供ECU對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況進(jìn)行精確計(jì)算控制，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、降低油耗、減少?gòu)U氣排放和進(jìn)行故障檢測(cè)。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)是在高溫下工作(發(fā)動(dòng)機(jī)表面溫度可達(dá)150℃、排氣歧管可達(dá)650℃)、振動(dòng)(加速度30g)、沖擊(加速度50g)、潮濕(100％RH，-40℃-120℃)以及蒸汽、鹽霧、腐蝕和油泥污染等惡劣環(huán)境中，因此發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的傳感器必須能耐高溫并在惡劣環(huán)境下的技術(shù)指數(shù)要比一般工業(yè)用傳感器要高出1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，其中最關(guān)鍵的是測(cè)量精度和可靠性。否則，由傳感器帶來(lái)的測(cè)量誤差將最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)難以正常工作或產(chǎn)生故障因素等。

溫度傳感器

溫度傳感器主要用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化器內(nèi)的溫度等。

溫度傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點(diǎn)，其應(yīng)用場(chǎng)合也略有區(qū)別。

線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應(yīng)特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應(yīng)特性較好，但線性差，適應(yīng)溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測(cè)量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。

已實(shí)用化的產(chǎn)品有熱敏電阻式溫度傳感器(通用型-50℃~130℃，精度1.5％，響應(yīng)時(shí)間10ms；高溫型600℃~1000℃，精度5％，響應(yīng)時(shí)間10ms)、鐵氧體式溫度傳感器(ON/OFF型，-40℃~120℃，精度2.0％)、金屬或半導(dǎo)體膜空氣式溫度傳感器(-40℃~150℃，精度2.0％、5％，響應(yīng)時(shí)間20ms)等。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的溫度，并將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU），作為汽油噴射、點(diǎn)火正時(shí)、怠速和尾氣排放控制的主要修正信號(hào)。

進(jìn)氣溫度傳感器（IAT）

進(jìn)氣溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)進(jìn)氣溫度，并將進(jìn)氣溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU），作為汽油噴射、點(diǎn)火正時(shí)的修正信號(hào)。

排氣溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)再循環(huán)廢氣的溫度，用以反映廢氣再循環(huán)的流量。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)溫度傳感器發(fā)生故障，會(huì)出現(xiàn)汽車在很低的溫度下冷啟動(dòng)困難，在暖車階段行駛特性不良，燃油消耗增加，廢氣排放增加等故障。 

壓力傳感器

壓力傳感器主要用于檢測(cè)氣缸負(fù)壓、大氣壓、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的升壓比、氣缸內(nèi)壓、油壓等。

吸氣負(fù)壓式傳感器主要用于吸氣壓、負(fù)壓、油壓檢測(cè)。汽車用壓力傳感器應(yīng)用較多的有電容式、壓阻式、差動(dòng)變壓器式（LVDT）、表面彈性波式（SAW）。

容式壓力傳感器主要用于檢測(cè)負(fù)壓、液壓、氣壓，測(cè)量范圍20~100kPa，具有輸入能量高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)；

壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大，需要另設(shè)溫度補(bǔ)償電路，但適應(yīng)于大量生產(chǎn)；LVDT式壓力傳感器有較大的輸出，易于數(shù)字輸出，但抗干擾性差；

SAW式壓力傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、分辨率高、數(shù)字輸出等特點(diǎn)，用于汽車吸氣閥壓力檢測(cè)，能在高溫下穩(wěn)定地工作，它是一種較為理想的傳感器。

進(jìn)氣歧管壓力傳感器（MAP）的作用是檢測(cè)進(jìn)氣歧管的真空度，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電子信號(hào)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦，是控制噴油脈沖寬度和點(diǎn)火正時(shí)的主要參考信號(hào)分為半導(dǎo)體壓敏電阻式和電容式進(jìn)氣歧管壓力傳感器兩種。

進(jìn)氣歧管壓力傳感器發(fā)生故障，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)啟動(dòng)困難，性能失常，加速性變差，怠速不穩(wěn)，油耗大、加速不穩(wěn)，加速時(shí)回火、放炮，油耗大，爆燃等故障現(xiàn)象。

機(jī)油壓力傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力，在壓力不夠的情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)。機(jī)油壓力不夠的時(shí)候儀表盤上的機(jī)油燈會(huì)亮。一般有兩個(gè)，在主油道上一個(gè)，在缸蓋上一個(gè)。

流量傳感器

流量傳感器主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量和燃料流量的測(cè)量?？諝饬髁總鞲衅鞯淖饔檬菍挝粫r(shí)間內(nèi)吸入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的空氣量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU），是決定噴油量和點(diǎn)火正時(shí)的基本信號(hào)之一，用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)確定燃燒條件、控制空燃比、啟動(dòng)、點(diǎn)火等。

空氣流量傳感器有旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）、卡門渦旋式、熱線式、熱膜式等四種類型。

旋轉(zhuǎn)翼片式（葉片式）空氣流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較低，測(cè)得的空氣流量需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

卡門渦旋式空氣流量計(jì)無(wú)可動(dòng)部件，反映靈敏，精度較高，也需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償；

熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量精度高，無(wú)需溫度補(bǔ)償，但易受氣體脈動(dòng)的影響，易斷絲；

熱膜式空氣流量計(jì)和熱線式空氣流量計(jì)測(cè)量原理一樣，但體積少，適合大批量生產(chǎn)，成本低。

空氣流量傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為：工作范圍0.11~103立方米/min，工作溫度-40℃~120℃，精度≤1％。

如果空氣流量傳感器發(fā)生故障，會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，性能失常，怠速不穩(wěn)，加速時(shí)回火、放炮，油耗大，爆燃等現(xiàn)象。

燃料流量傳感器用于檢測(cè)燃料流量，主要有水輪式和循環(huán)球式，其動(dòng)態(tài)范圍0~60kg/h，工作溫度-40℃~120℃，精度 1％，響應(yīng)時(shí)間＜10ms。

位置和轉(zhuǎn)速傳感器

位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要用于檢測(cè)曲軸轉(zhuǎn)角、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門的開(kāi)度、車速等。目前汽車上使用的位置和轉(zhuǎn)速傳感器主要有交流發(fā)電機(jī)式、磁阻式、霍爾效應(yīng)式、簧片開(kāi)關(guān)式、光學(xué)式、半導(dǎo)體磁性晶體管式等，其測(cè)量范圍0 ~360 ，精度 0．5 以下，測(cè)彎曲角達(dá) 0．1 。

曲軸位置傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)集中控制系統(tǒng)中最主要的傳感器之一，是確認(rèn)曲軸轉(zhuǎn)角位置和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不可或缺的信號(hào)源，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）用此信號(hào)控制燃油噴射量、噴油正時(shí)、點(diǎn)火時(shí)刻(點(diǎn)火提前角)、點(diǎn)火線圈充電閉合角、怠速轉(zhuǎn)速和電動(dòng)汽油泵的運(yùn)行。

根據(jù)信號(hào)形成的原理分類，曲軸位置傳感器（CKP）又可分為電磁式、光電式和霍爾效應(yīng)式三大類。

當(dāng)曲軸位置傳感器發(fā)生故障后，會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，加速不良，怠速不穩(wěn)，間歇性熄火等故障現(xiàn)象。

凸輪軸位置傳感器用來(lái)檢測(cè)凸輪軸的轉(zhuǎn)角位置，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（ECU）用此信號(hào)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的缸序，用以控制噴油順序、點(diǎn)火順序當(dāng)凸輪軸位置傳感器發(fā)生故障后，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率會(huì)降低。

節(jié)氣門開(kāi)度傳感器用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門的開(kāi)度和開(kāi)關(guān)的速率，并把該信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)送給發(fā)動(dòng)機(jī)的控制電腦，作為控制噴油脈沖寬度、點(diǎn)火正時(shí)、怠速轉(zhuǎn)速、尾氣排放的主要修正信號(hào)，同時(shí)也是空氣流量傳感器或進(jìn)氣歧管壓力傳感器的輔助信號(hào)。

節(jié)氣門位置傳感器是一個(gè)可變電阻，大多數(shù)節(jié)氣門位置傳感器包含與節(jié)氣門軸相聯(lián)的滑動(dòng)觸點(diǎn)臂，該觸點(diǎn)臂繞在可動(dòng)觸點(diǎn)的軸所設(shè)置的電阻材料上滑動(dòng)。

模擬式節(jié)氣門位置傳感器是一個(gè)三線傳感器。其中一線從電腦電源引來(lái)的5V電壓對(duì)傳感器電阻材料供電，另一線連接電阻材料的另一端為傳感器提供（負(fù)極）接地。第三根線連至傳感器的可動(dòng)觸點(diǎn)上，提供信號(hào)輸出至（ECU）電腦，電阻材料上每點(diǎn)的電壓，由可動(dòng)觸點(diǎn)來(lái)探測(cè)，并與節(jié)氣門角度成正比。

開(kāi)關(guān)式節(jié)氣門位置傳感器是由兩個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)，一個(gè)常閉觸點(diǎn)構(gòu)成怠速開(kāi)關(guān)，節(jié)氣門處在怠速位置時(shí)，它位于閉合狀態(tài)，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦的怠速輸入信號(hào)端子接地搭鐵，發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦接到這個(gè)信號(hào)后，即可使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入怠速閉環(huán)控制，或者控制發(fā)動(dòng)機(jī)在（倒拖）狀態(tài)時(shí)停止噴射燃油，另一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)節(jié)氣門開(kāi)度達(dá)到全負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦的全負(fù)荷輸入信號(hào)端接地搭鐵。發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦接到這個(gè)信號(hào)后，即可使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入全負(fù)荷加濃控制狀態(tài)。

節(jié)氣門是一個(gè)很重要的傳感器，因?yàn)殡娔X用它的信號(hào)來(lái)計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、點(diǎn)火時(shí)間、排氣再循環(huán)控制、怠速控制。一個(gè)壞的節(jié)氣門體位置傳感器會(huì)引起加速滯后和怠速不穩(wěn)等問(wèn)題，以及駕駛性能問(wèn)題及排放試驗(yàn)失敗等。 

如果節(jié)氣門傳感器發(fā)生故障；發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，怠速不穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)性能不良，易熄火，減速時(shí)負(fù)載變化時(shí)會(huì)有顛簸。

氧傳感器

傳感器的結(jié)構(gòu)和原理發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對(duì)CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降。所以為了使裝有三元催化轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的排氣凈化性能，必須把混合氣的空燃比控制在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)。

氧傳感器用于檢測(cè)進(jìn)入三元催化轉(zhuǎn)換裝置的排氣氣體狀態(tài)，是使用三元催化轉(zhuǎn)換裝置發(fā)動(dòng)機(jī)上必不可少的傳感器。目前已在汽車上使用的氧傳感器有氧化鋯式和氧化鈦式兩種。

氧傳感器一般有單線、雙線、三線、四線4種引線形式。單線為氧化鋯式氧傳感器；雙線為氧化鈦式氧傳感器；三線和四線為氧化鋯式氧傳感器。

爆震傳感器

爆震傳感器是指燃燒室內(nèi)的終然混合氣所產(chǎn)生自燃的不正?，F(xiàn)象,由于爆震會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度的壓力波沖擊燃燒室,所以不僅能聽(tīng)到尖銳的金屬聲。還會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的部件產(chǎn)生較大的影響。點(diǎn)火時(shí)間過(guò)早是產(chǎn)生爆震的的主要原因。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)以最大功率運(yùn)行。最好能把點(diǎn)火時(shí)間提前到發(fā)動(dòng)機(jī)剛好不至于發(fā)生爆震的極限范圍,所以必須在點(diǎn)火系統(tǒng)中增設(shè)爆震傳感器。

爆震傳感器用來(lái)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程中是否發(fā)生爆震，并把爆震信號(hào)輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制電腦作為修正點(diǎn)火提前角的重要參考信號(hào)

常見(jiàn)的爆震傳感器有兩種，一種是磁致伸縮式爆震傳感器，另一種是壓電式爆震傳感器。

當(dāng)爆震傳感器發(fā)生故障時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)爆燃，點(diǎn)火正時(shí)失準(zhǔn)，高油耗，功率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴。

當(dāng)然，發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器還有很多，它就像我們的眼睛、耳朵、鼻子、皮膚，把看到的、聽(tīng)到的、聞到的、感覺(jué)到的信息，統(tǒng)統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，傳遞給汽車的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)做出正確的判斷，輔助駕駛員更好的駕駛車輛。隨著技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)上的傳感器必將越來(lái)越多，也越來(lái)越智能化。