毕业设计（论文）传感器故障对电控发动机运行状况的影响分析.doc

摘要随着现代电子技术的发展，汽车电子化的程度越来越高，汽车传感器成为汽车电子控制系统的重要组成部件，也是汽车电子技术领域研究的核心技术之一，传感器的使用数量和技术水平决定了现代汽车控制系统的性能，汽车的一些基本技术性能都直接或间接地与发动机传感器的性能相联系。其性能的好坏直接影响到汽车的动力性、经济性、可靠性、安全性、排放净化和舒适性。本文主要研究电控发动机常用传感器故障对其运行状况的影响，首先对国内外传感器的发展现状及发展趋势进行介绍，论述了电控发动机常见传感器的安装位置、功用及工作原理，主要有氧传感器、爆震传感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、温度传感器。其次详细分析传感器出现故障时对电控发动机运行状况的影响，并对传感器进行检测诊断，利用万用表测量其对应的电压值和电阻值，以判断传感器的工作状态是否良好。并以具体事例加以研究分析，证明传感器故障对电控发动机运行状况有严重的影响。关键词：电控发动机；传感器；故障分析；检测诊断AbstractWith the development of modern electronic technology，automotive electronics and the increasingly high，vehicle sensors automotive electronic control systems become an important component parts，automotive electronics technology is also on one of the core technology，the use of sensor technology and the number of decision Hyundai Motor control system performance，some of the basic vehicle technical performance are directly or indirectly，with the engine sensors linked to the performance. The performance of the car to have a direct impact on the momentum of the economy， reliability，safety and emissions purification and comfort.This paper studies，common control engine sensor fault of their impact on the operation of the first sensor on the development of domestic and international status and development trend，on a common electronic control engine sensor installation location， function and working principle，the main aerobic Sensors，knock sensors，air flow sensors， throttle position sensor，crankshaft position sensor，temperature sensor. This was followed by a detailed analysis of sensor failure of the electrical control engine operation in the impact of sensors to detect and diagnosis，the use of multimeter measured value of the corresponding voltage and resistance，the sensors to determine whether the good working condition. And to study specific examples of that sensor failures to the engine electronic control the operation of a serious impact.Key words：Engine Electronic Control； Sensors；Failure Analysis；Detection and Diagnosis目录第1章绪 论11.1国外传感器的发展现状11.2我国传感器的发展现状11.3传感器的发展趋势21.4研究的意义3第2章电控发动机传感器的基本工作原理52.1氧传感器的识别与工作原理52.2爆震传感器的识别与工作原理72.3空气流量传感器的识别与工作原理82.4节气门位置传感器的识别与工作原理112.5曲轴位置传感器的识别与工作原理132.6水温传感器的识别与工作原理14第3章传感器故障对发动机的影响分析153.1氧传感器对发动机的影响分析153.2爆震传感器对发动机的影响分析163.3空气流量传感器对发动机的影响分析173.4节气门位置传感器对发动机的影响分析193.5曲轴位置传感器对发动机的影响分析223.6水温传感器对发动机的影响分析22第4章发动机传感器的检测方法234.1氧传感器的检测234.2爆震传感器的检测244.3空气流量传感器的检测244.4节气门位置传感器的检测264.5曲轴位置传感器的检测274.6水温传感器的检测27第5章实例分析31第6章结论35参考文献36致谢37第1章 绪 论1.1 国外传感器的发展现状世界传感器市场正在以持续稳定的增长之势向前发展。世界车用传感器市场1998年为325亿美元，据预测，2010年将增加到866亿美元。1998年-2003年之间的年平均增长率为5.3%，2003年至2008年期间的年平均增长率将升到8.7%。而考虑到汽车传感器的发展和在汽车领域的普及，2008年至2010年期间的实际增长率很有可能达到45个百分点。另据Intechno报导2007年全球传感器市值为525亿美元，汽车传感器占20%，为105亿美元。到2010年市值可达到167亿美元，10年内汽车市值将翻一番。目前，一辆普通型汽车需要大约20个传感器，而一辆豪华汽车则需要60个。在不久的将来，那些目前专用于豪华汽车的高级传感器也将有望用于中档或经济型汽车上，另外，随着传感器逐渐替代机械系统，每辆汽车上的传感器平均数将会增加，例如，在诸如脚踏、方向盘等驱动传感系统中，位置传感器正在逐渐取代机械联动装置，另外，可变磁阻值设备正逐渐失去了其在电子控制模块中的牢固地位，取而代之的是霍尔元件和磁阻速度传感器。稳定性控制系统是汽车传感器技术的一个新领域，压力传感器和转角传感器有望适时添补。氧传感器功能的丰富使其在汽车控制系统中的地位更加稳固。例如，在引擎电子控制模块中，氧传感器可用于调节调节空燃比、燃料喷射器时间控制、点火时间控制和废气在循环。据Reed Electronics Research报导，汽车传感器讲保持稳定的增长趋势。Reed 强调指出目前以微机机硅为基础的传感器技术的发展尤为突出。他们将以其低消耗、高性能和对宽范围的物理化学变化的控制能力等方面的优势使其市场规模快速增长。1.2 我国传感器的发展现状我国车用传感器的演变在20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。自20世纪80年代以来，国内汽车仪表行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术，基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。然而随着众多轿车、轻型车及部分载货车中采用新的电子产品，需要大批量、高水平的汽车传感器。许多传感器厂家为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大，有的已成为几大“电喷”系统厂家的下游供应商。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。而伴随着国内汽车产量的迅速增长，近几年国内汽车工业对传感器及其配套变速器和仪表的需求亦将大大增加。实现汽车传感器的国产化势在必行。为适应这一形势，又重点开发新型压力、温度、流量、位移等传感器。1.3 传感器的发展趋势现代社会对汽车性能的要求越来越高，促使汽车传感器技术不断发展，今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化，开发新材料、新工艺和新型传感器。1.3.1 微型化利用微电子机械系统(MEMS)技术和计算机辅助设计技术可以出低成本、高性能的微型传感器。MEMS的核心技术是研究微电子、微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最多10多年的研究与发展，MEMS技术已经显示出了巨大的生命力，此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件。1.3.2 智能化智能化传感器主要包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备等组成部分，是能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器相当于是微型机与传感器的综合体，将信号处理和控制电路集成到了单个的芯片中，具有自诊断、多参数混合测量、误差补偿等特点。1.3.3 多功能化将若干种敏感元件组装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器具有体积小巧、能对不同种类的参数进行检测的特点，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来 同时实现多种传感器的功能。1.3.4 开发新材料开发新材料是传感器技术的重要基础。半导体和陶瓷材料是早期使用的传感器材料，现在光导纤维、纳米材料、超导材料等新型材料的出现为传感器的发展开辟了新天地，随着研究的不断深入，将会有更多更新的传感器材料被开发出来。1.3.5 开发新工艺传感器的功能不仅与其材料有关，还与其加工技术有关，加工技术的微精细化在传感器的生产中占有越来越重要的地位。微机械加工技术是近化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器制造年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器制造工艺。随着现代制造技术的发展，将会有更多的先进制造技术应用到汽车传感器的制作中。1.3.6 开发新型传感器传感器的工作原理是基于各种物理、化学、生物效应和定律， 由此启发人们进一步探索具有新效应的敏感功能材料，并以此研制具有新原理的新型传感器。这是发展低成本、高性能、多功能和微型化传感器的重要途径。1.4 研究的意义在竞争激烈的汽车市场上，世界各汽车生产厂商，为了争汽车市场份额，在不断地改进产品性能，每年都有大量的新车型推出，以适应市场的需要。这其中电子技术在汽车各个控制系统中的应用，起着非常重要的作用，使得当今的汽车已发展成机电一体化的高科技产品。在汽车电子控制系统中，传感器负担着信息的采集和传输功能，它是电子控制系统中非常重要的部件。现代汽车电子控制中，传感器广泛应用在发动机、底盘和车身各个系统中。由电脑（电子控制单元）对信息进行处理后向执行器发出指令，实行电子控制。传感器在电子控制和自我诊断系统中是非常重要的装置，它能及时识别外界的变化和系统本身的变化，在根据变化的信息去控制本身系统的工作。各个系统控制过程正是依靠传感器，进行信息反馈，实现自动控制工作的。提高发动机性能，关键在于精确控制燃油喷射量和点火时间确定达到两个参数就需要许多信息，在汽车上就得装用温度传感器，空气流量传感器，曲轴位置传感器以及测定排气中氧气浓度传感器等。如果没有各类传感器提供发动机，汽车行驶的工作状态和外部环境条件电子控制装置就失去了控制目标。可以说，汽车电子技术成功与否在很大程度上取决于传感器，所以传感器检测就变的非常重要。第2章 电控发动机传感器的基本工作原理传感器是能感受规定的被测量、并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置，是实现自动检测和自动控制的首要环节。汽车传感器是安装于汽车上， 用来感测行车过程中外在变化的传感器。汽车传感器是汽车计算机系统的输入装置， 它把汽车运行中各种工况 的信息， 如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等， 转化成电信号输给计算机， 使汽车处于最佳工作状态。汽车传感器可对温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等各种信息进行实时、准确的测量和控制。汽车传感器须能经受住-40+150的温度变化，而且要求精度高，响应快，可靠性好，抗干扰和抗震能力强。汽车传感器根据被测参数的不同，有温度传感器、压力传感器、流量传感器、气体浓度传感器、转速传感器、位置与角度传感器、加速度与振动传感器、电流传感器及距离传感器等。2.1 氧传感器的识别与工作原理2.1.1 氧传感器的识别目前汽车上大部分使用带加热器，主要由氧化锆、陶瓷管（固体电解质，或称为锆管）、电极和护套等组成。它一般安装在发动机排气管上。不同发动机排气管上的氧传感器安装位置有所不同。有加热型传感器有四根线，两根与ECU相连，另外两根是电源正、负极线。2.1.2 氧传感器的工作原理锆管是在二氧化锆固体电解质粉末中添加少量的添加剂压力成形后，再烧结而成的陶瓷管。锆管制做成试管形状，以便氧离子能均匀扩散与渗透。锆管内表面通大气，外表面通排气为了防止发动机排出的废气腐蚀外层铂电极，在外层铂电极表面还涂敷有一陶瓷保护层。内、外表面都涂覆有一层金属铂作为电极，并用金属线与传感器信号输出端子在催化剂的作用下，发动机排气中的一氧化碳与氧气接触时，就会生成二氧化碳。 (a)结构图 （b）局部放大图1.防护置2.氧化锆体3.壳体4.输出接头5.外套6.导线7.电动势8.大气侧的白金电极9.固态电解质（氧化铁元素）10.排气一侧的白金电极11.涂层（陶瓷）12.排气13.大气图2.1氧化锆式氧传感器氧化锆陶瓷管的强度很低，而且安装在排气管上，承受排气压力冲击。为了防止锆管受排气压力冲击而造成陶瓷管破碎，将锆管封装在钢质护管内。护管上制有若干个小孔以便于排气流通。在钢质壳体上制有六角对边和螺纹，以便于安装和拆卸传感器。氧化锆式氧传感器有加热型与非加热型两种。国产轿车大都采用非加热型氧传感器，其线束连接器只有1个或2个接线端子；中高档轿车大都采用加热型氧传感器，其线束连接器有3个或4个接线端子。加热器采用陶瓷加热元件制成，设在锆管内侧，由汽车电源通入电流进行加热。由于氧化锆式氧传感器在300以上环境时，才能输出稳定的信号电压，因此，加热的目的是保证低温(排气温度在 150200以下)时，氧传感器能投入工作，从而减少有害气体的排放量。(a)没有铂催化作用时的输出特性 （b）有铂催化作用时的输出特性图2.2氧传感器工作特性曲线如图2.2所示，当供给发动机的可燃混合气较浓(即空燃比A/F小于14.7或过量空气系数小于1)时，排气中氧离子含量较少、一氧化碳浓度较大。在锆管外表面催化剂铂的催化作用下，氧离子几乎全部都与一氧化碳发生氧化反应生成二氧化碳气体，使外表面上氧离子浓度为零。由于锆管内表面与大气相通，氧离子浓度很大，因此，锆管内、外表面之间的氧离子浓度差较大，两个铂电极之间的电位差较高，约为0.19 V。当供给发动机的可燃混合气较稀(即空燃比大于14.7或过量空气系数大于1)时，排气中氧离子含量较多、一氧化碳浓度较小，即使一氧化碳全部都与氧产生化学反应，锆管外表面上还是有多余的氧离子存在。因此，锆管内、外表面之间氧离子的浓度差较小，两个铂电极之间的电位差较低，约为0.11V。当空燃比A/ F接近于理论空燃比14.7(或空气系数接近于1)时，排气中的氧离子和一氧化碳都很少。在催化剂铂的作用下，氧离子与一氧化碳的反应从缺氧状态(一氧化碳过剩、氧离子浓度为零)变化为富氧状态(一氧化碳为零、氧离子过剩)。由于氧浓度差急剧变化，因此，铂电极之间的电位差急剧变化，使传感器输出电压从0.19V急剧变化到0.11V。由图2.2可见，当可燃混合气浓时，如果没有催化剂铂的催化作用使氧离子浓度急剧减小到零，在混合气由浓变稀时，固体电解质两侧氧离子的浓度差将连续变化，传感器的电动势将按曲线1所示连续变化，即电动势不会出现跃变现象。这正是氧化锆式氧传感器必须定期(汽车每行驶80万km)更换的原因。因为在使用过程中，燃油和润滑油硫化产生的硅酮等颗粒物质附着在铂电极表面上会导致铂电极逐渐失效；此外，传感器内部端子处用于防水的硅橡胶会逐渐污染内侧电极。2.2 爆震传感器的识别与工作原理2.2.1 爆震传感器的识别 爆震是由于气缸压力和温度异常升高，造成部分混合气不等火焰传播，就自行着火燃烧的现象。汽油发动机获得最大功率和最佳燃油经济性的有效方法之一就是增大点火提前角，但是点火提前角过大又会引起发动机爆震。爆震的危害主要是噪声大，而且会导致发动机使用寿命缩短甚至损坏。因此通过检测发动机是否发生爆震来控制点火提前角，使发动机工作在爆震的临界状态，从而提高发动机热效率，增加发动机的动力性和燃油经济性。爆震传感器也称为爆燃传感器用来检测发动机有无爆燃现象，并且将信号输送给电控单元（ECU）。ECU根据爆燃传感器的反馈信号来调整点火提前角，从而保持最佳的点火提前角。爆燃传感器分别安装在发动机缸体或火花塞上，如图2.3所示。 图2.3爆震传感器的安装位置2.2.2 爆震传感器的工作原理目前，发动机电子集中控制系统ECU己广泛使用点火提前闭环控制方法，它可以有效抑制发动机爆震现象的发生，爆震传感器是这一系统中不可缺少的反馈信号，它的作用是检测发动机有无爆震，并将信号送至ECU，以便更好控制点火时刻。一般来说，目前使用最广泛的方法是压电爆震传感器来检测发动机爆震。压电式爆震传感器分为共振型和非共振型，现代绝大多数汽车采用共振型传感器，它是利用发动机产生爆震时发动机的振动频率和传感器本身的固有频率一致而产生共振现象，用以检测爆震是否产生，其输出信号为电压，电压的大小表示爆震的强度。我们知道，压电式爆震传感器由压电元件、平衡块及导线等构成。当发动机缸体的振动传到传感器壳体时，壳体与平衡块之间产生相对运动，从而使夹在中间的压电元件所承受的推压力变化。于是，随着压电件承受推压作用力而产生电压。在ECU上只检出达到7kHz左右爆震所产生的电压，通过该电压值的大小可以判定发动机爆震强度。 2.3 空气流量传感器的识别与工作原理2.3.1 空气流量传感器的识别空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU)，作为决定喷油的基本信号之一。是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。电子控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。叶片式空气流量传感器内安装的进气温度传感器用于测量进气温度，它有两根线，分别与搭铁端子和温度信号端子THA相连接。它的作用就是为进气量作温度补偿。叶片式空气流量传感器的接线插头共有7个接线端子如果将电位计部分内部的燃油泵控制触电取消，则接线插头为5个接线端子。卡门涡旋式空气流量传感器，它的工作原理是在进气道内放置一个三角形或流线型涡流发生器。当空气流经三角形或流线形涡流发生器时，在发生器的后方气流中就会产生一系列不对称但十分规则的空气旋涡，这些旋涡称为卡门空气旋涡。 热线式空气流量传感器，按其铂金属线安装位置的不同可分为主流测量方式、旁通测量方式两种。旁通测量方式的热线式的热线式空气流量传感器与主流测量方式的热线式空气流量传感器的主要区别是，它把铂金属线（热线）和补偿电阻（冷线）安装在旁通空气道上，用铂线缠绕在陶瓷螺旋管上。热线式空气流量传感器还有自结功能，当发动机熄火时，电路会把热线自动加热至1000，以清洁流量。热线式空气流量传感器的控制线路板上有6端子插座与发动机ECU连接，用于输入信号。2.3.2 空气流量传感器的工作原理传统的波许L型汽油喷射系统及一些中档车型采用这种叶片式空气流量传感器，如丰田CAMRY(佳美)小轿车、丰田PREVIA(大霸王)小客车、马自达MPV多用途汽车等。其结构，由空气流量计和电位计两部分组成。空气流量计在进气通道内有一个可绕轴摆动的旋转翼片(测量片)，作用在轴上的卷簧可使测量片关闭进气通路。发动机工作时，进气气流经过空气流量计推动测量片偏转，使其开启。测量片开启角度的大小取决于进气气流对测量片的推力与测量片轴上卷簧弹力的平衡状况。进气量的大小由驾驶员操纵节气门来改变。进气量愈大，气流对测量片的推力愈大，测量片的开启角度也就愈大。在测量片轴上连着一个电位计。电位计的滑动臂与测量片同轴同步转动，把测量片开启角度的变化(即进气量的变化)转换为电阻值的变化。电位计通过导线、连接器与ECU连接。ECU根据电位计电阻的变化量或作用在其上的电压的变化量，测得发动机的进气量。 在叶片式空气流量传感器内，通常还有一电动汽油泵开关。当发动机起动运转时，测量片偏转，该开关触点闭合，电动汽油泵通电运转；发动机熄火后，测量片在回转至关闭位置的同时，使电动汽油泵开关断开。此时，即使点火开关处于开启位置，电动汽油泵也不工作。卡门涡旋式空气流量传感器的作原理。在进气管道正中间设有一流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。根据卡门涡流理论，这个旋涡行列是紊乱地依次沿气流流动方向移动，其移动的速度与空气流速成正比，即在单位时间内通过涡流发生器后方某点的旋涡数量与空气流速成正比。因此，通过测量单位时间内涡流的数量就可计算出空气流速和流量。 测量单位时间内旋涡数量的方法有反光镜检出式和超声波检出式两种。反光镜检出式卡门涡旋流量传感器，其内有一只发光二极管和一只光敏三极管。发光二极管发出的光束被一片反光镜反射到光敏三极管上，使光敏三极管导通。反光镜安装在一个很薄的金属簧片上。金属簧片在进气气流旋涡的压力作用下产生振动，其振动频率与单位时间内产生的旋涡数量相同。由于反光镜随簧片一同振动，因此被反射的光束也以相同的频率变化，致使光敏三极管也随光束以同样的频率导通、截止。ECU根据光敏三极管导通、截止的频率即可计算出进气量。凌志LS400小轿车即用了这种型式的卡门涡旋式空气流量传感器。 超声波检出式卡门涡旋式空气流量传感器。在其后半部的两侧有一个超声波发射器和一个超声波接收器。在发动机运转时，超声波发射器不断地向超声波接收器发出一定频率的超声波。当超声波通过进气气流到达接收器时，由于受气流中旋涡的影响，使超声波的相位发生变化。ECU根据接收器测出的相应变化的频率，计算出单位时间内产生的旋涡的数量，从而求得空气流速和流量，然后根据该信号确定基准空气量和基准点火提前角。热线式空气流量传感器的基本结构由感知空气流量的白金热线(铂金属线)、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻(冷线)、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板以及空气流量传感器的壳体等元件组成。根据白金热线在壳体内的安装部位不同，热线式空气流量传感器分为主流测量、旁通测量方式两种结构形式。是采用主流测量方式的热线式空气流量传感器的结构图。它两端有金属防护网，取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线线径为70m的白金丝(RH)，布置在支承环内，其阻值随温度变化。 热线式空气流量传感器的工作原理是：热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线通过的电流加大，反之，则减小。这样，就使得通过热线RH的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流IH随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，一般在50-120mA之间变化。波许LH型汽油喷射系统及一些高档小轿车采用这种空气流量传感器，如别克、日产MAXIMA(千里马)、沃尔沃等。2.4 节气门位置传感器的识别与工作原理2.4.1 节气门位置传感器的识别 节气门位置传感器（TPS）安装在节气门体上，与节气门轴相连，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，节气门位置传感器将节气门开度（即发动机负荷）大小转变为电信号并输入电控单元ECU，以便ECU判别发动机工况（如怠速工况、部分负荷工况、大负荷工况等），并根据不同工况对混合气浓度的需求来控制脉冲宽度。各型汽车采用的节气门位置传感器都安装在节气门体上节气门轴的一端。在装备电子控制自动变速器的汽车上，节气门位置传感器TPS信号除了输入发动机ECU之外，还要输入变速器电控单元，作为确定变速器换档时机和液力变矩器锁止时机的主要信号之一。节气门位置传感器信号同时用作空气流量传感器和怠速开关的替代功能信号。现代汽车上常用的有线形（量）输出式和开关（量）输出式两种节气门位置传感器。2.4.2 节气门位置传感器的工作原理 开关量输出型节气门位置传感器属两极型，是双触点电开关，由检测怠速位置的怠速触点IDL以及检测全负荷位置的全开触点PSW和可动触点构成，形成两副触点，一副是怠速触点，另一副是全负荷触点。这两副触点的开关状态由一个和节气门同轴的凸轮控制。原理如图2.4所示。 图2.4开关量输出型TPS的工作原理图节气门全关闭时，可动触点与怠速触点接触，产生怠速触IDL为ON的信号，ECU可检测节气门的全关闭状态，使怠速控制阀IAC启动工作或急减速断油。当节气门稍微打开后，可动触电与任何一个触电都不接触，ECU即可判定发动机处于中小负荷工况。当节气门开度达50%以上时，可动触电PSW接触，产生功率触电ECU的浓度调节单元，使空燃比变小，混合气加浓。节气门开度与输出电压信号的关系如图2.5所示。图2.5开关量输出型TPS的特性图开关量输出型节气门位置传感器不能检测节气门开启和关闭时的快慢程度，因此这种传感器只用于使用翼片式空气流量传感器的燃油喷射系统，利用翼片式空气流量传感器中电位器的“加速率”和“减速率”的输出功能，触发ECU浓度调节单元，发令加浓或断油。线性输出型节气门位置传感器由一个线性电位器和一个怠速开关组成，变阻电位器用炭精镀膜电阻或陶瓷薄膜电阻制成，滑动触点臂用复位弹簧控制，与节气门同轴转动，其上有2个滑动电刷触点，一个是节气门开度信号用滑动触点，另一个是怠速信号用滑动触点。图2.6线性输出型TPS的工作原理图工作原理如图2.6所示，节气门开度信号用滑动触点可在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度成正比的线性输出电压V信号。根据输出电压值，ECU可知节气门开度及节气门开度的变化率，从而精确地判断发动机的运行工况，提高控制精度和效果。怠速信号用滑动触点是常开触点，只有在节气门全关闭时才与怠速触点IDL闭合，产生IDL信号，主要用于怠速控制、断油控制和点火提前角的修正。节气门位置传感器的输出特性如图2.7所示。图2.7线性输出型TPS的特性图目前常用的线性输出型节气门位置传感器是三线式结构。该传感器的节气门全关闭信号即IDL信号由V输出信号的最小电压值决定。2.5 曲轴位置传感器的识别与工作原理2.5.1 曲轴位置传感器的识别曲轴位置传感器(CKP)的作用是向电脑准确提供各缸(尤其是第一缸)到达压缩冲程上止点时曲轴的位置和时刻，从而为发动机的点火和喷油提供最基本的依据。日产公司生产的轮齿磁脉冲式曲轴位置传感器由轮齿式信号盘、磁头、线圈、脉冲成形电路、连接器等组成，它安装在曲轴前端的皮带轮之后。在皮带轮后端有一个带细齿的薄齿盘，即信号盘。信号盘和曲轴皮带轮一起安装在曲轴上，与曲轴一起旋转。在信号盘的外缘，沿圆周隔4°加工一个齿，共90个齿。此外，每隔120°布置一个凸缘，共3个。2.5.2 曲轴位置传感器的工作原理发动机旋转一圈，在磁头2上产生三个120°脉冲信号；在磁头1和3上各产生相位差90°的90个脉冲信号，经信号合成后向电脑输送180个脉冲1°的信号。传感器盒上有四孔电连接器， 孔l为120°信号输出线，孔2为信号放大与整形 电路和电源线，孔3为1°信号输出线，4L4是接地线。通过该连接器将曲轴位置传感器的感应信号送至电脑。电脑根据120°信号判别何缸何时处于活塞上止点位置，以确定喷油正时和点火正时；根据1°信号感知曲轴的转角和发动机转速，以确定每次循环符合最佳空燃比的喷油量。 图2.8日产公司磁脉冲式曲轴位置传感器原理图2.6 水温传感器的识别与工作原理2.6.1 水温传感器的识别水温传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套上，与冷却水直接接触，用于测量发动机冷却水温度。冷却水温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻，它具有负的温度电阻系数(NTC)。2.6.2 水温传感器的工作原理水温传感器感知发动机水温，把水温信号传递给ECU，ECU根据该信号调整喷油量。当水温低时，燃油蒸发性差，供给浓的混合气，发动机的冷机运转性能得以改善。由图1和图2可知：发动机温度上升电阻变小喷油量脉宽下降喷油量减小;发动机温度下降电阻变大喷油量脉宽上升喷油量加大。 图2.9 结构与典型特性曲线 图2.10水温-喷油时间关系图第3章 传感器故障对发动机的影响分析3.1 氧传感器对发动机的影响分析氧传感器在失效初期，其响应速度慢，输出电压较低；ECU判断混合气的过稀，喷油量增加，导致发动机动力下降，排放污染严重，油耗增加。氧传感器在失效后期，则产生不变化的电压信号甚至无信号输出，这样发动机经常在较浓的混合气工况下运行时，造成碳阻塞；燃油压力过高；喷油器损坏；加速无力；甚至无法行驶；控制电脑出现故障等。图3.1氧传感器输出电压及波形氧传感器是电控发动机空燃比控制系统的核心部件。其功能是用来检测排气中的氧含量，以确定实际空燃比比理论空燃比(14.7)浓还是稀，并向ECU反馈相应的电压信号， ECU根据氧传感器反馈的空燃比浓稀信号来控制喷油量的增加或减少(如图3.2所示)。一般来说，排气中的氧含量越多， 空燃比越大，混合气越稀；氧含量越少，空燃比越小，混合气越浓。混合气的浓稀对于废气的排放有较大影响。图3.2氧传感器闭环控制系统图发动机在无氧传感器信号时，喷油脉宽、油耗显著增加；混合气明显加浓。因为中速中等负荷工况，发动机在有氧传感器信号时，处于闭环反馈控制，混合气的浓稀变化处于氧传感器的监测中，从而保持在1的范围内(实际测得=1.027)，油耗与喷油脉宽在合理的喷油闭环控制中；在切断氧传感器信号后，ECU无氧传感器的信号反馈，不能修正喷油量，只能按加浓处理。所以喷油脉宽、油耗量均有大幅增加，增加的这部分燃油量使燃烧变得不充分，从而造成发动机排放的恶化。对氧传感器正常工作和出现故障时对发动机排放和三元催化器转化效率的影响进行了分析，得出以下结论:(1)怠速工况，空燃比控制系统不以氧传感器信号作为反馈信号和进行喷油脉宽修正的依据，ECU以一个固定的空燃比提供给发动机工作所用。此时，空燃比在1左右， CO、HC、NOx的排放在氧传感器通断前后变化不大，三元催化器的转化效率较高，通断前后，转化效率下降不大。(2)中速中等负荷工况，氧传感器正常工作时，空燃比控制系统闭环控制，ECU按具体工况提供合适的空燃比并按氧传感器反馈信号随时进行修正，转化效率较高。断开氧传感器，CO、HC排放量较氧传感器正常工作时有较大提高，排放明显恶化。三元催化器的转化效率明显降低。(3)“氧传感器+三元催化转换”是降低汽车尾气排放的有效途径，对氧传感器和三元催化器要进行合理的检测、维护，保证它们处于正常工作状态。3.2 爆震传感器对发动机的影响分析爆震传感器在失效时，不能及时反映发动机爆震现象，ECU接不到爆震信号，发动机动力突然不足，车速下降，有制动感。加速无力，耗油量增加，发动机状态恶化，同时，爆震传感器也决定点火时刻的提前与迟后。点火过早和过迟都会对发动机的正常工作带来影响。若点火过早，熄火时发动机有反转趋势。若点火过迟，发动机转动无力并时有回火放炮现象。当点火次序与作功次序不一致即点火错乱时，也会出现无规则回火放炮现象。从而导致发动机无法进行工作。图3.3爆震控制的输入处理回路爆震传感器反馈的是发动机的综合工况，所以它反映许多与它相关联的其它部位故障信息。我对爆震传感器其他关联位置引起发动机故障现象，也进行了分析。（1）爆震传感器安装不当，过紧或过松。在安装爆震传感器时若扭矩过大，爆震传感器会感知气缸爆震信号电压太低，从而出现点火过早现象；若扭矩过小，爆震传感器会感知气缸爆震信号电压太高，出现点火过迟现象。因此，更换爆震传感器时应防止扭矩过大或过小。如桑塔纳2000CSi爆震传感器固定螺栓的拧紧力矩的标准值为20N·m。（2）发动机、发电机和压缩机等固定不紧。如发动机产生不正常振动，会使爆震传感器误诊断为发动机爆震而向电脑传送信号，使电脑一直延迟点火正时，出现爆震控制不良。（3）点火正时不对。爆震传感器有其调节范围，一般为+4°到-4°之间，所以点火正时不对会导致整个点火提前角不对，使ECU判定爆震传感器不良。（4）气门间隙过大或轴承间隙过大。因气门间隙和轴承间隙过大导致振动，使爆震传感器误以为发动机爆震而输送错误信号，出现爆震控制不良。3.3 空气流量传感器对发动机的影响分析空气流量传感器在失效时，无法将吸入的空气流量转换成电信号传给控制单元，作为决定喷油的基本信号之一。导致发动机无法起动，混合气出现过浓或过稀现象。燃油压力过高，喷油器损坏磨损及脏污，产生漏油，空气滤清器堵塞及电控失准，空气温度传感器、水温传感器及氧传感器工作不良。燃油压力过低，喷油器堵塞，进气系统存在漏气及电控失准。空气流量计反映的进气量信号偏低，导致ECU向气缸内喷射的燃油量也偏低，使混合气偏稀，从而导致发动机运转不平稳或不工作，运