模块1 汽车电子控制技术基础

课题一 传感器

学习目标

1．掌握传感器的结构及工作原理；

2．掌握传感器的分类；

3．能作电路分析，进行知识迁移。

知识结构

本课题的知识结构如表1-1所示。

案例导入

小王的捷达车最近怠速时发动机抖动，车辆行驶起来冒黑烟，有时换挡熄火。他赶忙到了4S店进行修理。维修技师使用专用的解码器进行了诊断，发现发动机电脑内故障存储为空气流量计故障，但具体检测空气流量计电路时情况正常，更换空气流量计故障依旧，更换电脑后冷车正常，热车后故障依旧。这时（用V.A.G1551故障诊断仪）再检测全车数据块，发现08数据组第7组第2区氧传感器电压变化频率慢，正常变化每分钟20～30次。为什么一个小小的传感器能制造出这么大的麻烦？车上到底还有哪些传感器呢？

一、空气流量传感器

空气流量传感器用于流量型汽油喷射系统，其直接测量发动机运转时吸入的空气流量。它的作用是将单位时间内吸入发动机汽缸的空气量转换成电信号送至ECU，作为决定喷油量和点火正时的基本信号之一。按其结构形式和进气量的检测原理可以分为翼板式空气流量传感器、卡门涡旋式空气流量传感器、热线式空气流量传感器和热膜式空气流量传感器四种。

1.翼板式空气流量传感器（见图1-1）

在发动机起动后，吸入的空气把计量板从全闭位置推开，使其绕轴偏转。当气流推力与计量板复位弹簧张力平衡时，计量板便停留在某一位置上。进气量愈大，计量板开启的角度也愈大。通常，电脑给传感器一个5V的电源电压，接收传感器反馈电位计电压为0～5V。当计量板转轴上的电位计滑臂绕轴转动时，电位计的输出电压也随之变化。这一信号输入到电控单元，电控单元再根据进气温度传感器的信号进行修正，即可测出实际的进气流量。缓冲室及缓冲板用于衰减加速时或减速时引起的计量板的摆振，使电位计得以实时地检测进气流量，防止进气管内气流脉动。旁通气道上的CO调整螺钉用于调整怠速混合气的浓度。空气流量计上还设有电动汽油泵开关。

这类空气流量计在早期电控车上使用较多，比如BMW525i型车。

如图1-2所示是丰田PREVIA（大霸王）车2TZ—FE发动机用叶片式空气流量传感器电路原理示意图。其检测方法有就车检测和单件检测两种。

（1）就车检测。点火开关置“OFF”，拔下该流量传感器导线连接器，用万用表电阻挡测量连接器内各端子间的电阻。其电阻值应符合如表1-2所示；如不符，则应更换空气流量传感器。

（2）单件检测。点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，拆下与空气流量传感器进气口连接的空气滤清器，拆开空气流量传感器出口处空气软管卡箍，拆除固定螺栓，取下空气流量传感器。

首先检查电动汽油泵开关，用万用表电阻挡测量E1与FC端子间电阻：在测量片全关闭时， E1与FC间不应导通，电阻为∞；在测量片开启后的任一开度上，E1与FC端子间均应导通，电阻为0。

然后用起子推动测量片，同时用万用表电阻挡测量电位计滑动触点Vs与E2端子间的电阻。在测量片由全闭至全开的过程中，电阻值应逐渐变小，且符合如表1-3所示；如不符，则须更换空气流量传感器。丰田CROWN 2.8小轿车5M—E发动机的叶片式空气流量传感器各端子间电阻标准值如表1-4所示。

2.卡门涡旋式空气流量传感器（见图1-3）

卡门涡旋式空气流量传感器通常与空气滤清器外壳安装成一体。它同样是接收5V的电压，反馈0～5V的电位计电压。在进气管道中间设有流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生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的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涡流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，再将空气通道的有效截面与空气流速相乘，就可以知道吸入空气的量。如凌志L400就采用此类传感器。

以丰田凌志 LS400 轿车 1UZ—FE 发动机用反光镜检出式空气流量传感器为例。该传感器与ECU的连接电路如图1-4所示。

（1）电阻检测。点火开关置“OFF”，拔下空气流量传感器的导线连接器，用万用表电阻挡（见图1-4）测量传感器上“THA”与“El”端子间的电阻，其标准值应符合如表1-5所示；如果电阻值不符合，则更换空气流量传感器。

（2）空气流量传感器的电压检测。插好此空气流量传感器的导线连接器，用万用表电压挡检测发动机ECU端子THA-E2、VC-E1、KS-E1间的电压，其标准电压值如表1-6所示。

3.热线式空气流量传感器（见图1-5）

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。

它的两端有金属防护网，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。热线线径为白金热线，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻，是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上黏结着一只精密电阻。此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻安装在控制线路板上。如日产 MAXIMA 轿车 VG30E 发动机热线式空气流量传感器就采用此类传感器。

日产MAXIMA车VG30E发动机热线式空气流量传感器的检测电路示意如图1-6所示。

（1）检查空气流量传感器输出信号。拔下此空气流量传感器的导线连接器，拆下空气流量传感器；如图1-7（a）所示，将蓄电池的电压施加于空气流量传感器的端子D和E之间（电源极性应正确），然后用万用表电压挡测量端子B和D之间的电压，其标准电压为（1.6±0.5）V；如其电压值不符，则须更换空气流量传感器。在进行上述检查之后，给空气流量传感器的进气口吹风，同时测量端子B和D之间的电压如图1-7（b）所示。在吹风时，电压应上升至2～4V；如电压值不符，则须更换空气流量传感器。

（2）检查自清洁功能。装好热线式空气流量传感器及其导线连接器，拆下此空气流量传感器的防尘网，起动发动机并加速到2500 r/min以上。当发动机停转5 s后，在空气流量传感器进气口处可以看到热线自动加热烧红（约1000℃）约1 s；如无此现象发生，则须检查自清信号或更换空气流量传感器。

4.热膜式空气流量传感器（见图1-8）

热膜式空气流量传感器的结构和工作原理与热线式空气流量传感器基本相同。与热线式相比，热膜式发热体的响应性稍差；但其电阻值较高，消耗的电流较小。此外因其发热元件是平面型的，从上游观察时，可设法使其投影面做得很小，这样可以减少计量通道内的附着物，从而有效提高空气流量传感器的可靠性。桑塔纳 3000 型超越者轿车使用的空气流量计如图1-8所示，属“L”形热膜式空气流量计（Air Flow Meter），安装在空气滤清器壳体与进气软管之间。电路连接如图1-9所示，其核心部件是流量传感元件和热电阻（均为铂膜式电阻）组合在一起构成热膜电阻。在传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套，相当于取样管，热膜电阻就设在护套中。

二、进气压力传感器

在D型喷射系统中，取消了空气流量传感器，但在系统中设置了用来检测进气歧管绝对压力的进气管绝对压力传感器，它主要测量进气管内的压力，并将压力信号转变成电信号传给发动机控制模块，作为决定喷油器基本喷油量和基本点火提前角的重要依据。

进气管绝对压力传感器根据信号产生的原理可分为可变电感式、膜盒传动式、电容式和半导体压敏电阻式。现在应用最广泛的是半导体压敏电阻式和电容式。

1.半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器

（1）基本原理：半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器由压力转换元件（硅膜片）和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路组成。是利用半导体压阻效应原理，使用硅膜片，并把硅膜片的一面抽成真空，另一面导入进气歧管的气体压力。硅膜片受到的压力不同，产生的电阻就不同，把它与惠灵顿电桥相连，就可以把电阻信号转变成电压信号输出，原理如图1-10所示。

（2）基本检测：皇冠3.0轿车2JZ—GE发动机用半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器与ECU的连接电路示意如图1-11所示。

① 传感器电源电压的检测。点火开关置于“OFF”位置，拔下进气歧管绝对压力传感器的导线连接器，然后将点火开关置于“ON”位置（不起动发动机），用万用表电压挡测量导线连接器中电源端VC和接地端E2之间的电压，如图1-12所示，其电压值应为4.5～5.5V。如有异常，应检查进气歧管绝对压力传感器与 ECU 之间的线路是否导通。若断路，应更换或修理线束。

② 传感器输出电压的检测。将点火开关置于“ON”位置（不起动发动机），拆下连接进气歧管绝对压力传感器与进气歧管的真空软管。在 ECU 导线连接器侧用万用表电压挡测量进气歧管绝对压力传感器PIM与E2端子间在大气压力状态下的输出电压，如图1-13所示，并记下这一电压值；然后用真空泵向进气歧管绝对压力传感器内施加真空，从13.3 kPa（100 mmHg）起，每次递增13.3 kPa（100 mmHg），一直增加到66.7 kPa（500 mmHg）为止，然后测量在不同真空度下进气歧管压力传感器（PIM 与 E2端子间）的输出电压。该电压应能随真空度的增大而不断下降。将不同真空度下的输出电压下降量与标准值相比较，如不符，应更换进气歧管压力传感器。皇冠3.0轿车2JZ—GE发动机和丰田HIACE小客车2RZ—E发动机进气歧管压力传感器的标准输出电压值如表1-7所示。

2.电容式进气歧管绝对压力传感器

如图1-14所示，传感器使用氧化铝材料，将氧化铝和底板制成电容，如果把进气歧管压力引到电容的一面，那么进气歧管压力的变化就会导致电容值的变化。电容连接在混合集成电路的振荡电路中，利用电容和电感的相互作用形成电磁震荡电路，当电容发生变化时就会产生频率信号。进气歧管的压力越大，传感器的信号频率越高。在不是真空的情况下，信号的频率大约为 160 Hz；而在怠速，即进气歧管压力为 483 mmHg 时，其信号频率大约为 105 Hz。如福特系和林肯系轿车就用此类型传感器。

三、氧传感器

在使用三元催化转换器来降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。一旦空燃比偏离理论数值，那么催化剂对CO、HC、NOx的净化能力就会急剧下降。故在排气管中插入氧传感器，根据排气中的氧气浓度来计算汽缸内混合气的浓度，进而向发动机控制模块发出反馈信号，以控制喷油器的喷油量，使其收敛于理论空燃比附近。目前实际中主要应用的氧传感器包括氧化锆式和氧化钛式两种。

1.氧化锆式传感器

氧化锆式氧传感器内部的敏感元件是二氧化锆固体电解质，如图1-15所示。在二氧化锆固体电解质粉末中添加少量的添加剂并烧制成管状，便称为锆管。紧贴锆管内、外表面的上一作为锆管内、外电机的铂膜，内、外电机通过电极引线与传感器的线束插接器相连。锆管内电极与外界大气相通，外电极与排气管内的排气相通。

发动机运转时，排气管内废气从锆管外电极表面的陶瓷层渗入，与外电极接触，内电极与大气接触。锆管内、外侧存在氧浓度差，使氧化锆电解质内部的氧离子开始向外电极扩散，扩散的结果是在内、外电极之间产生电位差，形成一个微电池。其外电极为锆管负极，内电极为锆管正极，如图1-16所示。

氧化锆式氧传感器的输出电压特性是：当汽缸内混合器较浓时，排气中氧含量较低，锆管内、外表面氧浓度相差很大，因此在内、外电极之间产生了较大的电压信号（0.8～1.0V）；反之，当混合气较稀时，产生较小的电压信号（0.1V）。氧传感器的输出电压在理论空燃比为14.7的附近发生突变。

在氧化锆式传感器的使用过程中，氧传感器的外侧铂电极会因汽油和润滑油硫化产生的物质附着在其表面上而逐渐失效，内侧铂电极也会被传感器内部端子处用于防水的橡胶逐渐污染，因此氧化锆式传感器应定期更换。

氧化锆式氧传感器的工作状态与工作温度有密切的关系。氧化锆式在温度低于300℃时无信号输出，而在300～800℃的温度范围内最敏感，输出信号最强。虽然可利用排气热量对其进行加热，但其工作温度不稳定，而且发动机启动后数分钟内才能达到正常工作温度，因此，大部分传感器都加了电热元件。加热式氧传感器的线束插接器一般有4个端子（也有3个的），其中两个是传感器信号输出端子，另外两个是加热元件的电源输入端子。如LS400就用此类传感器。

2.氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器的材料是二氧化钛。它在常温下的电阻值是稳定的，但当其表面缺氧时，其内部晶格就会出现缺陷，电阻会大大降低。当二氧化钛表面氧浓度发生变化时，其电阻值也随着变化，电脑根据此变化来确定混合气的浓度变化；另外，排气温度的变化也会影响到二氧化钛的电阻值。为了消除温度的影响，在氧化钛式传感器内部都设有电加热元件，使其在稳定的温度下工作。因此，氧化钛式传感器大多数是4线的。如北京现代伊兰特轿车就采用了氧化钛式氧传感器。

二氧化钛式氧传感器的输出信号为0～5V的可变电压信号，它的工作原理与发动机冷却液温度传感器和进气温度传感器相似，如图1-17所示。

3.电控汽油喷射系统的闭环控制

电脑根据氧传感器信号对喷油量进行修正。混合气较浓时，氧传感器电压接近 5V，电脑发出指令，减少喷油量，使混合气浓度降低；反之，电脑使喷油量增加。如此循环，使混合气始终保持在理论空燃比附近，从而使三元催化转换装置的转换效率最高，这样既降低了排气污染，同时也提高了燃料经济性。这种电脑根据氧传感器输入信号对喷油量进行修正的控制方式称为闭环控制，如图1-18所示；反之，电脑不接受氧传感器信号的控制方式则称为开环控制。

四、曲轴位置传感器

曲轴位置传感器是发动机控制系统中最主要的传感器之一，是确认曲轴转角位置和发动机转速不可缺少的信号之一，发动机控制模块用此信号控制燃油喷射量、喷油正时、点火时刻（点火提前角）、点火线圈充电闭合角、怠速转速和电动汽油泵的运行。

根据信号形成的原理分类，曲轴位置传感器又可分为电磁式、光电式和霍尔效应式三大类；就其安装部位而言，有在曲轴前端、凸轮轴前端、飞轮上和分电器内的。车辆不同，所采用的曲铀位置传感器的结构形式也不完全一样。

1.电磁式曲轴位置传感器

（1）电磁式曲轴位置传感器的基本原理，如图1-19所示，电磁式曲轴位置传感器的核心元件是一个电磁线圈，该线圈缠绕在一个永久性磁铁上，用螺栓固定在传感器安装支架上。绕组的两端与电器引线相连接。在电磁线圈的对面，安装着一个用作信号发生器的磁阻轮，该磁阻轮随发动机曲轴的转动而转动。对应特定的曲轴转角，磁阻轮上都有相应的一个凸齿与之相对应，磁阻轮转动时，这些凸齿以很小的间隙扫过传感器线圈。由于传感器线圈用螺栓固定在传感器安装支架上，因而磁阻轮凸齿与传感器之间的间隙通常是可调的。

当磁阻轮凸齿靠近传感器线圈不对中时，凸齿和感应线圈之间的空气间隙比较大，因而磁场比较弱；当磁阻轮的凸齿接近与传感器线圈对中时，空气间隙比较小，因而围绕传感器的磁场强度增大。当磁阻轮凸齿远离传感器线圈时，凸齿和感应线圈之间的空气间隙变大，因而磁场又变弱。这种交替变化的磁场使传感器线圈内感应出交流电压信号［见图1-19（c）］。

（2）电磁式曲轴位置传感器的基本检测。以皇冠3.0轿车2JZ—GE型发动机电子控制系统中使用的磁脉冲式曲轴位置传感器为例，说明其检测方法，曲轴位置传感器电路如图1-20所示。

① 曲轴位置传感器的电阻检查。将点火开关置于“OFF”位置，拔开曲轴位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻挡测量曲轴位置传感器上各端子间的电阻值，其标准值如表 1-8所示；如电阻值不在规定的范围内，则必须更换曲轴位置传感器。

② B曲轴位置传感器输出信号的检测。将点火开关置于“ON”位置，拔下曲轴位置传感器的导线连接器，当发动机转动时，用万用表的电压挡检测曲轴位置传感器上 G1-G-、G2-G-、Ne-G-端子间是否有脉冲电压信号输出。如没有脉冲电压信号输出，则须更换曲轴位置传感器。

（3）感应线圈与正时转子的间隙检查。用厚薄规测量正时转子与感应线圈凸出部分的空气间隙，其间隙应为0.2～0.4 mm。若间隙不合要求，则须更换分电器壳体总成。

2.光电式曲轴位置传感器

（1）光电式曲轴位置传感器的基本原理。日产公司光电式曲轴位置传感器设置在分电器内，它由信号发生器和带光孔的信号盘组成，信号盘安装在分电器轴上，外围有360条缝隙（光栅），相邻缝隙产生 1°曲轴转角信号；外围稍靠内间隔 60°曲轴转角分布着六个光孔（六缸），产生120°曲轴转角信号，其中有一个较宽的光孔是产生一缸上止点对应的120°曲轴转角信号的，如图1-21所示。

脉冲信号发生器固装在分电器壳体上，主要由两只发光二极管、两只光敏二极管和电子电路组成。两只发光二极管分别正对着两只光敏二极管，发光二极管以光敏二极管为照射目标。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，当信号盘随发动机曲轴运转时，因信号盘上有光孔，则产生透光和遮光的交替变化，使得信号发生器输出表征曲轴位置和转角的脉冲信号。

光电式曲轴位置传感器波形如图1-22所示。如尼桑300ZX车就用此类传感器。

（2）光电式曲轴位置传感器的基本检测。韩国“现代SONATA”汽车光电式曲轴位置传感器连接器（插头）的端子位置。检查时，脱开曲轴位置传感器的导线连接器，把点火开关置于“ON”位置，用万用表的电压挡测量线束侧4号端子与地间的电压应为12 V，线束侧2号端子和3号端子与地间电压应为4.8～5.2V，用万用表的电阻挡测量线束侧1号端子与地间应为0Ω（导通），如图1-23所示。

光电式曲轴位置传感器输出信号检测，用万用表电压挡接在传感器侧3号端子和1号端子上，在起动发动机时，电压应为 0.2～1.2V。在起动发动机后的怠速运转期间，用万用表电压挡检测2号端子和1号端子的电压应为1.8～2.5V，否则应更换曲轴位置传感器。

3.霍尔效应式曲轴位置传感器

（1）霍尔式曲轴位置传感器的基本原理。霍尔式曲轴位置传感器利用霍尔效应原理产生相对应的电压脉冲信号。在磁场中，运动电荷的偏移称为霍尔效应。霍尔式曲轴位置传感器安装在曲轴前端的扭转减震器背面，采用触发叶片的结构形式，如图1-24所示。

霍尔信号发生器由永久磁铁、导磁板和霍尔集成电路等组成。内外信号轮侧面各设置一个霍尔信号发生器，信号轮转动且当叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间的空气隙中时，霍尔集成电路中的磁场即被触发叶片所旁路（或称隔磁），这时不产生霍尔电压。当触发叶片离开空气隙时，永久磁铁1的磁通便通过导磁板2穿过霍尔元件，这时产生霍尔电压。将霍尔元件间歇产生的霍尔电压信号经霍尔集成电路放大整形后，即向微机控制装置输送电压脉冲信号，如图1-25所示。如北京现代车系就用此类传感器。

（2）霍尔式曲轴位置传感器的检测。以北京切诺基的霍尔式曲轴位置传感器为例来说明其检测方法。

曲轴位置传感器与ECU有三条引线相连，如图1-26所示，其中一条是ECU向传感器加电压的电源线，输入传感器的电压为 8V；第二条是传感器的输出信号线，当飞轮齿槽通过传感器时，霍尔传感器输出脉冲信号，高电位为5V，低电位为0.3V；第三条是通往传感器的接地线。曲轴位置传感器接头如图1-27所示。

① 传感器电源、电压的测试。点火开关置于“ON”，用万用表电压挡测量ECU侧7号端子的电压应为8V，在传感器导线连接器“A”端子处测量电压也应为8V，否则为电源线断路或接头接触不良。

② 端子间电压的检测。将点火开关置于“ON”位置，用万用表的电压挡对传感器的ABC三个端子间进行测试。A-C端子间的电压值约为8 V；B-C端子间的电压值在发动机转动时，电压在0.3～5V变化，且数值显示呈脉冲性变化，最高电压5 V，最低电压0.3 V；如不符合以上结果，应更换曲轴位置传感器。

（3）电阻检测。点火开关置于“OFF”位置，拔下曲轴位置传感器导线连接器，用万用表电阻挡跨接在传感器侧的端子A与B或端子A与C间，此时万用表显示读数为∞（开路），如果指示有电阻，则应更换曲轴位置传感器。

GM（通用）公司触发叶片式霍尔传感器的测试方法与上述相似，只是端子为 4个，上止点信号（内信号轮触发）输出端与接地端为脉冲电压显示

五、凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器又称同步信号传感器，主要用来检测凸轮轴的转角位置，发动机控制模块用此信号确定发动机某汽缸（如一缸）上止点的位置，以修正点火时间和喷油量。凸轮轴位置传感器的结构、工作原理及检修过程与曲轴位置传感器基本相同。

根据信号形成的原理分类，凸轮轴位置传感器又可分为电磁式、光电式和霍尔效应式三大类。就其安装部位而言，有在凸轮轴前端、凸轮轴后端、飞轮上和分电器内的。

六、节气门位置传感器

1.节气门位置传感器的作用

节气门位置传感器装在节气门体上，随节气门轴同步转动，主要用来检测节气门的开度和节气门开闭的速率，并将其转换成电信号送到发动机控制模块。该信号用于：

（1）控制怠速阀的动作。发动机怠速运转时，节气门位置传感器产生对应于节气门最小开度的电信号并输入电脑，电脑根据此信号判定发动机处于怠速工况，控制怠速控制阀动作，稳定、调节怠速转速。

（2）修正点火提前角。发动机怠速运转时，电脑会根据节气门位置传感器信号来调整点火提前角，以稳定怠速转速。

（3）修正喷油量。对于线性可变电阻型节气门位置传感器来说，当节气门开度变化（发动机负荷变化）时，其输出信号电压也变化。电脑根据此来修正喷油量，以适应不同工况对混合气浓度的要求。当节气门急速开、闭时，节气门位置传感器电压也急速变化，电脑根据此信号判断加速、减速工况，以控制喷油器在加速时多喷油，在急减速时少喷油。

（4）影响废气再循环系统的工作。当节气门位于怠速开度时，电脑根据节气门位置传感器输出的信号控制废气再循环系统停止工作，断开排气管至进气系统之间的通道，以稳定怠速。（5）控制自动变速器的工作。在电子控制自动变速器上，电脑根据节气门位置传感器输入的节气门位置开度信号、车速信号等控制变速器的换挡时刻以及锁止离合器的锁止时刻。

2.节气门位置传感器的结构分类

据其输出信号的特点，节气门位置传感器有线性输出和开关量输出两种形式。多数车型使用线性信号输出的节气门位置传感器；而开关量输出型节气门位置传感器在当前车辆中应用较少。

（1）线性输出节气门位置传感器。

（2）开关量输出型节气门位置传感器又称为节气门开关。它有两对触点，分别为怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW）。当节气门关闭时，活动触点与怠速触点闭合；节气门打开后，活动触点与怠速触点分开；节气门接近全开时，活动触点与全开触点闭合，如图1-28所示。

① 线性输出型节气门位置传感器的基本原理。线性输出型节气门位置传感器有一个三线的连接器，其中一根线是向传感器提供一个5 V的参考电压；第二根线是连接到传感器滑动电阻的另一端，为传感器提供搭铁；第三根线是与传感器的滑动触点相连接，从而向发动机控制模块提供电压信号。滑动电阻上任何一点的电压值都与节气门开启的角度成比例，该电压就是节气门位置传感器的输出信号。相对三线式线性输出型节气门位置传感器而言，四线式线性输出型节气门位置传感器多了一个怠速触点的闭合信号。

② 线性输出节气门位置传感器的检测。测量线性电位计的电阻，点火开关置于“OFF”位置，拔下节气门位置传感器的导线连接器，用万用表的电阻挡测量线性电位计的电阻（如图1-29所示中E2和VTA之间的电阻），该电阻应能随节气门开度的增大而呈线性增大。

在节气门限位螺钉和限位杆之间插入适当厚度的厚薄规，用万用表电阻栏测量此传感器导线连接器上各端子间的电阻，其应符合如表1-9所示的电阻值。

电压检查，插好节气门位置传感器的导线连接器，当点火开关置“ON”位置时，发动机ECU连接器上IDL、VC、三个端子处应有电压；用万用表电压挡检测IDL-E2、VC-E2、VTA-E2间的电压值应符合如表1-10所示的标准值。

七、温度传感器

温度传感器的种类很多，常见的温度传感器有热敏电阻式、双金属片式和蜡式等。热敏电阻的电阻值随温度的变化而变化。根据特性不同，热敏电阻可分为正温度系数、负温度系数和临界温度三类。正温度系数热敏电阻就是指在允许的工作范围内，其电阻值随着温度的升高而增加；而负温度系数热敏电阻的电阻值随温度的升高而减小；临界温度热敏电阻就是以某一临界温度为界，高于临界温度时的电阻为某一水平，低于临界温度时的电阻为另一水平。热敏电阻的温度特性如图1-30所示。

电脑控制汽油喷射系统中有两个温度传感器，即水温传感器和进气温度传感器，它们均采用负温度系数热敏电阻。这两个温度传感器在电脑汽油喷射系统的喷油量控制、点火提前角控制、排放控制等诸多功能中起着非常重要的作用。

1.水温传感器的作用

发动机冷却液温度传感器又称水温传感器，它用来检测发动机冷却液的温度，并将温度信号转变成电信号输送给发动机控制模块，作为汽油喷射、点火正时、怠速和尾气排放控制的主要修正信号。

2.水温传感器的结构分类

水温传感器按结构分类可分为绕线电阻式、扩散电阻式、半导体晶体管式、金属芯式、热电偶式和热敏电阻式。

热敏电阻式因其良好的输出特性和灵敏度高等优点，被现代车辆所广泛应用。该传感器有

NTC（负温度系数）和PTC（正温度系数）两种，其中负温度系数的水温传感器应用最多。

3.冷却水温度传感器的电阻检测

（1）就车检查。点火开关置于“OFF”位置，拆卸冷却水温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表电阻档，按如图1-31所示测试传感器两端子（丰田皇冠3.0为THW和E2北京切诺基为B和A）间的电阻值。其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1 kΩ。

（2）单件检查。拔下冷却水温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器；将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表电阻档测量在不同水温条件下水温传感器两接线端子间的电阻值，如图1-32所示。将测得的值与标准值相比较，如果不符合标准，则应更换水温传感器。

（3）冷却水温度传感器输出信号电压的检测。装好冷却水温度传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于“ON”位置时，从水温传感器导线连接器“THW”端子（丰田车）或从ECU连接器“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号（对北京切诺基是从传感器导线连接器“B”端子或从 ECU 导线连接器“2”端子上测量与接地端子间电压）。丰田车THW与E2端子间电压在80℃时应为0.25～1.0V。所测得的电压值应随冷却水温成呈比变化。当冷却水温度传感器线束断开时，从 ECU 导线连接器端子“2”（北京切诺基）上测试的电压值应为5V左右。

思考练习题

1．汽车上常用的传感器有哪些？

2．论述空气流量传感器的种类，以及各个传感器的基本原理。

3．论述进气压力传感器的种类。

4．论述曲轴位置传感器的主要作用。

5．如何对水温传感器进行检测？

思考题答案

1．汽车上常用的传感器有哪些？

答：空气流量计、进气压力传感器、氧传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器。

2．论述空气流量传感器的种类，以及各个传感器的基本原理？

答：（1）翼板式空气流量传感器。

在发动机起动后，吸入的空气把计量板从全闭位置推开，使其绕轴偏转。当气流推力与计量板复位弹簧张力平衡时，计量板便停留在某一位置上。进气量愈大，计量板开启的角度也愈大。通常，电脑给传感器一个5V的电源电压，接收传感器反馈电位计电压为0～5V。当计量板转轴上的电位计滑臂绕轴转动时，电位计的输出电压也随之变化。这一信号输入到电控单元，电控单元再根据进气温度传感器的信号进行修正，即可测出实际的进气流量。

（2）卡门涡旋式空气流量传感器。

卡门涡旋式空气流量传感器通常与空气滤清器外壳安装成一体。它同样是接收5V的电压电压，反馈0～5V的电位计电压。在进气管道中间设有流线形或三角形的涡流发生器，当空气流经涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生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涡流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，再将空气通道的有效截面与空气流速相乘，就可以知道吸入空气的量。

（3）热线式空气流量传感器。

它的两端有金属防护网，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。热线线径为白金热线，布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂。热线支承环前端的塑料护套内安装一个白金薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻，是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上黏结着一只精密电阻。此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂。该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压。惠斯顿电桥还有一个臂的电阻安装在控制线路板上。

（4）热膜式空气流量传感器。

热膜式空气流量传感器的结构和工作原理与热线式空气流量传感器基本相同。

3．论述进气压力传感器的种类？

答：（1）半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器；

（2）电容式进气歧管绝对压力传感器。

4．论述曲轴位置传感器的主要作用？

答：曲轴位置传感器是发动机控制系统中最主要的传感器之一，是确认曲轴转角位置和发动机转速不可缺少的信号之一，发动机控制模块用此信号控制燃油喷射量、喷油正时、点火时刻（点火提前角）、点火线圈充电闭合角、怠速转速和电动汽油泵的运行。

5．如何对水温传感器进行检测？

（1）就车检查。

点火开关置于“OFF”位置，拆卸冷却水温度传感器导线连接器，用数字式高阻抗万用表电阻档测量其电阻，其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1 kΩ。

（2）单件检查。

拔下冷却水温度传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器；将该传感器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表电阻档测量在不同水温条件下水温传感器两接线端子间的电阻值，电阻值应随着温度的升高而降低。

实训任务工作单

友情提示

在测量各传感器需要断开线插头时，首先要关闭点火开关，然后再断开插头进行测试。测量数据时，一定要注意万用表的挡位选择，避免选错挡位造成量具损坏和数据不准确的情况。