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  • 北京天宇恒創傳感技術有限公司
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    傳感器在發動機上面的應用

    2020-03-26

    多種傳感器在發動機上面的應用

    汽車發動機在運行中,各系統會處于不同的工作狀態,比如水溫、油溫、進氣壓力、節氣門位置、等等,這些信息汽車的電腦是無法直接讀取的,必須轉化為電腦能夠識別的電信號。汽車傳感器就是執行這樣任務的,它把汽車運行中的光、電、溫度、壓力、時間等信息轉化成電信號,然后輸入車載電腦系統,然后由電腦中內部預先存儲的程序進行計算分析,從而判斷汽車的運行狀態。發動機傳感器控制系統是整個汽車傳感器的核心,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。這些傳感器向發動機的電子控制單元(ECU)提供發動機工作狀況的信息,供ECU對發動機工作狀況進行精確計算控制,以提高發動機的動力性、降低油耗、減少廢氣排放和進行故障檢測。

    由于發動機是在高溫下工作(發動機表面溫度可達150℃、排氣歧管可達650℃)、振動(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境中,因此發動機控制系統的傳感器必須能耐高溫并在惡劣環境下的技術指數要比一般工業用傳感器要高出1-2個數量級,其中最關鍵的是測量精度和可靠性。否則,由傳感器帶來的測量誤差將最終會導致發動機控制系統難以正常工作或產生故障因素等。

    溫度傳感器

     

    溫度傳感器主要用于檢測發動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化器內的溫度等。

    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,其應用場合也略有區別。

     

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

     

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

     

    發動機冷卻液溫度傳感器用來檢測發動機冷卻液的溫度,并將溫度信號轉變成電信號輸送給發動機控制模塊(ECU),作為汽油噴射、點火正時、怠速和尾氣排放控制的主要修正信號。

    進氣溫度傳感器用來檢測進氣溫度,并將進氣溫度信號轉變成電信號輸送給發動機控制模塊(ECU),作為汽油噴射、點火正時的修正信號。

     

    排氣溫度傳感器用來檢測再循環廢氣的溫度,用以反映廢氣再循環的流量。

    如果發動機溫度傳感器發生故障,會出現汽車在很低的溫度下冷啟動困難,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氣缸負壓、大氣壓、渦輪發動機的升壓比、氣缸內壓、油壓等。

     

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

     


    容式壓力傳感器主要用于檢測負壓、液壓、氣壓,測量范圍20~100kPa,具有輸入能量高,動態響應特性好、環境適應性好等特點;

     

    壓阻式壓力傳感器受溫度影響較大,需要另設溫度補償電路,但適應于大量生產;LVDT式壓力傳感器有較大的輸出,易于數字輸出,但抗干擾性差;

     

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

     

    進氣歧管壓力傳感器(MAP)的作用是檢測進氣歧管的真空度,并將壓力信號轉變成電子信號輸送給發動機控制電腦,是控制噴油脈沖寬度和點火正時的主要參考信號分為半導體壓敏電阻式和電容式進氣歧管壓力傳感器兩種。

     

    進氣歧管壓力傳感器發生故障,發動機會啟動困難,性能失常,加速性變差,怠速不穩,油耗大、加速不穩,加速時回火、放炮,油耗大,爆燃等故障現象。


     

    機油壓力傳感器用來檢測發動機機油壓力,在壓力不夠的情況下發出報警信號。機油壓力不夠的時候儀表盤上的機油燈會亮。一般有兩個,在主油道上一個,在缸蓋上一個。

      

    流量傳感器


    流量傳感器主要用于發動機空氣流量和燃料流量的測量??諝饬髁總鞲衅鞯淖饔檬菍挝粫r間內吸入發動機氣缸的空氣量轉換成電信號送至發動機控制模塊(ECU),是決定噴油量和點火正時的基本信號之一,用于發動機控制系統確定燃燒條件、控制空燃比、啟動、點火等。



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

     

    旋轉翼片式(葉片式)空氣流量計結構簡單,測量精度較低,測得的空氣流量需要進行溫度補償;

     

    卡門渦旋式空氣流量計無可動部件,反映靈敏,精度較高,也需要進行溫度補償;

     

    熱線式空氣流量計測量精度高,無需溫度補償,但易受氣體脈動的影響,易斷絲;

     

    熱膜式空氣流量計和熱線式空氣流量計測量原理一樣,但體積少,適合大批量生產,成本低。

     

    空氣流量傳感器的主要技術指標為: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生故障,會出現發動機啟動困難,性能失常,怠速不穩,加速時回火、放炮,油耗大,爆燃等現象。

     

    燃料流量傳感器用于檢測燃料流量,主要有水輪式和循環球式,其動態范圍0~60kg/h,工作溫度-40℃~120℃,精度 1%,響應時間<10ms。

     

    位置和轉速傳感器

     

    位置和轉速傳感器主要用于檢測曲軸轉角、發動機轉速、節氣門的開度、車速等。目前汽車上使用的位置和轉速傳感器主要有交流發電機式、磁阻式、霍爾效應式、簧片開關式、光學式、半導體磁性晶體管式等,其測量范圍0 ~360 ,精度 0.5 以下,測彎曲角達 0.1 。

     

    曲軸位置傳感器是發動機集中控制系統中最主要的傳感器之一,是確認曲軸轉角位置和發動機轉速不可或缺的信號源,發動機控制模塊(ECU)用此信號控制燃油噴射量、噴油正時、點火時刻(點火提前角)、點火線圈充電閉合角、怠速轉速和電動汽油泵的運行。

     


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

     

    當曲軸位置傳感器發生故障后,會出現發動機不能啟動,加速不良,怠速不穩,間歇性熄火等故障現象。

     

    凸輪軸位置傳感器用來檢測凸輪軸的轉角位置,發動機控制模塊(ECU)用此信號確定發動機的缸序,用以控制噴油順序、點火順序當凸輪軸位置傳感器發生故障后,發動機的輸出功率會降低。

     

    節氣門開度傳感器用來檢測節氣門的開度和開關的速率,并把該信號轉變為電壓信號送給發動機的控制電腦,作為控制噴油脈沖寬度、點火正時、怠速轉速、尾氣排放的主要修正信號,同時也是空氣流量傳感器或進氣歧管壓力傳感器的輔助信號。

    節氣門位置傳感器是一個可變電阻,大多數節氣門位置傳感器包含與節氣門軸相聯的滑動觸點臂,該觸點臂繞在可動觸點的軸所設置的電阻材料上滑動。

    模擬式節氣門位置傳感器是一個三線傳感器。其中一線從電腦電源引來的5V電壓對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(負極)接地。第三根線連至傳感器的可動觸點上,提供信號輸出至(ECU)電腦,電阻材料上每點的電壓,由可動觸點來探測,并與節氣門角度成正比。

     

    開關式節氣門位置傳感器是由兩個開關觸點構成一個旋轉開關,一個常閉觸點構成怠速開關,節氣門處在怠速位置時,它位于閉合狀態,將發動機控制電腦的怠速輸入信號端子接地搭鐵,發動機控制電腦接到這個信號后,即可使發動機進入怠速閉環控制,或者控制發動機在(倒拖)狀態時停止噴射燃油,另一個常開觸點節氣門開度達到全負荷狀態時,將發動機控制電腦的全負荷輸入信號端接地搭鐵。發動機控制電腦接到這個信號后,即可使發動機進入全負荷加濃控制狀態。

    節氣門是一個很重要的傳感器,因為電腦用它的信號來計算發動機負荷、點火時間、排氣再循環控制、怠速控制。一個壞的節氣門體位置傳感器會引起加速滯后和怠速不穩等問題,以及駕駛性能問題及排放試驗失敗等。 

     

    如果節氣門傳感器發生故障;發動機啟動困難,怠速不穩,發動機性能不良,易熄火,減速時負載變化時會有顛簸。

     

    氧傳感器

     

    傳感器的結構和原理發動機的空燃比一旦偏離理論空燃比,三元催化劑對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換裝置的發動機達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。

     

    氧傳感器用于檢測進入三元催化轉換裝置的排氣氣體狀態,是使用三元催化轉換裝置發動機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

     

    氧化鋯式氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體,即氧化鋯固體電解質,陶瓷體制成管狀(鋯管),固定在帶有安裝螺紋的固定套中。鋯管表面裝有透氣鉑電極,配有護管及電線接頭,其內表面與大氣相通,外表面與廢氣相通,外表面還加裝了一個防護套管,套管上開有通氣槽。鋯管的陶瓷體是多孔的,允許氧滲入該固體電解質內,溫度較高時(高于300℃),氧氣發生電離,如果在陶瓷體內(大氣)外(廢氣)測的氧氣濃度不同時,就會在2個鉑電極表面產生電壓降,含氧量高的一側為高電位。當混合氣稀時,排氣中含氧多,兩側濃度差小,只產生小的電壓;反之,混合氣濃時,產生高電壓。


    根據所測電壓值就可測量氧傳感器外表面氧氣含量,而發動機廢氣排放中的氧含量主要取決于混合氣的空燃比,因此,ECU根據氧傳感器輸入的電信號分析汽油的燃燒狀況,以便及時修正噴油量,使空燃比處于理想狀況,即λ=1,所以這種傳感器又稱為λ傳感器。

     

    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。

     

    三線和四線的區別:三線氧傳感器的加熱器負極和信號輸出負極共用一根線,四線氧傳感器的加熱器負極和信號負極分別各用一根線。

     

    爆震傳感器

     

    爆震傳感器是指燃燒室內的終然混合氣所產生自燃的不正?,F象,由于爆震會產生高強度的壓力波沖擊燃燒室,所以不僅能聽到尖銳的金屬聲。還會對發動機的部件產生較大的影響。點火時間過早是產生爆震的的主要原因。為了使發動機以最大功率運行。最好能把點火時間提前到發動機剛好不至于發生爆震的極限范圍,所以必須在點火系統中增設爆震傳感器。

     

     

    爆震傳感器用來檢測發動機的燃燒過程中是否發生爆震,并把爆震信號輸送給發動機控制電腦作為修正點火提前角的重要參考信號

     

    常見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。

     

    常見的爆震傳感器主要是壓電式,它安裝在發動機的缸體上,這種傳感器利用結晶體或者陶瓷多晶體的壓電效應。也可利用摻雜硅的壓電電阻效應等。傳感器的外殼內裝有壓電元件/配重塊及導線等。其原理是:當發動機的氣缸體出現振動傳遞到傳感器外殼時,外殼與配重塊之間產生相對運動。使夾在中間的壓電元件及配重塊產生擠壓發生變化,使其輸出的電壓信號發生變化,而控制組件僅能檢測出7KHZ振動而形成的電壓。根據此電壓的大小來判斷爆震強度。進而相應地把點火時間推遲,以避免爆震。

     

    磁致伸縮式爆震傳感器的外形與結構,其內部有永久磁鐵、靠永久磁鐵激磁的強磁性鐵心以及鐵心周圍的線圈。其工作原理是:當發動機的氣缸體出現振動時,該傳感器在7kHz左右處與發動機產生共振,強磁性材料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,從而在鐵心周圍的繞組中產生感應電動勢,并將這一電信號輸入ECU。


     

    爆震傳感器有非共振型和共振型壓兩種,一般安裝在2缸和3缸之間,或者1 ,2缸中間一個,3,4缸中間一個。一般的爆震傳感器的連接線上都用屏蔽線包裹的。

     

    當爆震傳感器發生故障時,發動機會爆燃,點火正時失準,高油耗,功率降低,發動機工作粗暴

     

    當然,發動機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、聽到的、聞到的、感覺到的信息,統統轉化成電信號,傳遞給汽車的計算機系統,讓發動機做出正確的判斷,輔助駕駛員更好的駕駛車輛。隨著技術的進步與發展,發動機上的傳感器必將越來越多,也越來越智能化。








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