空气流量传感器电压低是怎么回事

任务二　电子控制系统的工作原理

【任务目标】

1.掌握电控单元（俗称电脑或ECU）的工作原理。

2.掌握各种传感器的工作原理。

【任务分析】

【相关理论】

通过本任务的学习，让学生掌握电控单元（俗称电脑或ECU）的工作原理，掌握各种传感器的工作原，使学生通过对电子控制系统工作原理的理解，进一步掌握电子控制系统的知识。

一、电控单元的工作原理

采集和处理各种传感器的输入信号，根据发动机工作的要求（喷油脉宽、点火提前角等），进行控制决策的运算，并输出相应的控制信号。

桑塔纳ECU各端子的含义

续表

二、空气流量计的工作原理

（一）叶片式空气流量计的工作原理（见图3-14）

空气通过空气流量计→测量板打开一个角度→与测量板同轴转动的电位计检测出叶片转动的角度→将进气量转换成电压信号VS送给ECU。

图3-14　叶片式空气流量计的工作原理示意图

（二）卡门旋涡式空气流量计的工作原理

在进气通道中放一个柱体，气体通过时，在柱体后产生许多旋涡，旋涡发生的频率f和空气的流速v及柱体直径d之间的关系是f=0.2v/d。根据这种关系，可以通过测量旋涡发生的频率，计算空气流动速度，而将空气通道的有效面积与空气流速相乘即可知空气的体积流量。

旋涡频率的检测：按其检测方式，分为反光镜检测方式和超声波检测方式两种类型。

1.反光镜检测方式（见图3-15）

反光镜检测方式由镜面、发光二极管和光电晶体管等组成。空气流经旋涡发生器时，压力发生变化，这种压力变化经压力导向孔作用于薄金属制成的反光镜面，使反光镜产生振动。反光镜振动时，将发光二极管投射的光反射给光电管，对反射光信号进行检测，即可得旋涡频率。高频率对应大进气量。

图3-15　反光镜检测方式示意图

2.超声波检测方式（见图3-16）

卡门旋涡式空气流量计是利用卡门旋涡引起的空气密度变化进行测量的。在与空气流动方向垂直的方向上安装超声波发生器，在与其相对的位置上安装超声波接收器。卡门旋涡造成空气密度变化受其影响，信号发生器发出的超声波到达接收器的电动机或变早或变晚，测出其相位差，利用放大器使之形成矩形波，矩形波的频率即为卡门旋涡频率。

图3-16　超声波检测方式示意图

（三）热线式空气流量计的工作原理（见图3-17）

图3-17　热线式空气流量计的工作原理示意图

热线式空气流量计的基本原理是：在空气中放置一发热体，空气流经发热体时带走其热量，使发热体变冷，发热体周围通过的空气流量越多，被带走的热量也越多。热线电阻R_H以铂丝制成，R_H和温度补偿电阻R_K均置于位于空气通道中的取气管内，与R_B、R_C共同构成桥式电路。R_H、R_K阻值均随温度变化。当空气流动时会带走热线电阻R_H的热量，使电桥失去平衡，混合集成电路A使流经R_H的电流加大，这一过程反应引起精密电阻R_C的压降变化，并且该电压信号作为热式空气流量计的输出电压信号送往ECU。

重点提示

　热线式空气流量计和热膜式空气流量计都为热式空气流量计，工作原理相同。

三、进气压力传感器的工作原理（见图3-18）

进气压力传感器是由压力转换元件和放大压力转换元件输出信号的混合IC构成。压力转换元件是利用半导体的压电效应制成的硅（膜）片。硅（膜）片的一面是真空，另一面作用的是进气管压力。在进气管压力作用下，硅（膜）片将产生变形，使硅（膜）片的电阻阻值发生变化。电桥电压值很小，在通过IC放大后输出，送到ECU的PIM端。

图3-18　进气压力传感器的工作原理示意图

四、节气门位置传感器的工作原理（见图3-19）

图3-19　节气门位置传感器的工作原理示意图

传感器有两个与节气门联动的可动电刷触点。一个触点VTA可在电阻体上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的线性输出电压，ECU根据输出的电压值，确定节气门开度。另一个电刷触点在节气门全闭时与怠速触点IDL接触。IDL信号主要用于断油控制和点火提前角的修正。节气门开度输出信号VTA则使ECU对喷油量进行控制，以获得相应的功率。随着节气门开度的增大，节气门开度输出电压线性增大。

五、发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理

（一）电磁式发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理

永久磁铁的磁力线经过转子、线圈、托架构成封闭回路，转子旋转时，由于转子凸起与托架间的磁隙不断发生变化，通过线圈的磁通也不断变化，线圈中便产生感应电压，并以交流形式输出。

图3-20　电磁式发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理示意图

1.G信号发生器的结构及波形

图3-21　G信号发生器的结构与波形示意图

2.Ne信号发生器结构与波形

图3-22　Ne信号发生器的结构与波形示意图

（二）霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理

图3-23　霍尔式凸轮轴/曲轴位置传感器的工作原理示意图

1.基本原理（霍尔效应）

当I_V通过放在磁场中的半导体基片，并且电流方向与磁场方向垂直时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上，即产生一个与电流和磁场强度成正比的霍尔电压。

2.霍尔式发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理

触发叶轮的叶片数等于发动机缸数，叶轮由分电器轴或飞轮带动旋转，叶片不断地进出磁场的空气隙，叶轮以其缺口对着空气隙时，磁铁产生的磁通经导板、空气隙到半导体基片构成回路，这时传感器输出霍尔电压。当叶轮的叶片进入空气隙时，原磁路被叶片旁通，此时，传感器无霍尔电压输出。

（三）光电式发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理（见图3-24）

图3-24　光电式发动机转速与曲轴位置传感器的工作原理示意图

发光二极管、光敏二极管和控制电路都装在固定底板上，发光二极管和光敏二极管位置相对，分别位于遮光盘的两侧。遮光盘固定在凸轮轴上，与凸轮轴一起转动，遮光盘边缘分别刻有360条缝隙，每转过一条缝隙对应凸轮轴1°转角。在遮光盘边缘还刻有表示一缸上止点位置的缝隙和60°（六缸机）或90°（四缸机）间隔的缝隙。当遮光盘挡住发光二极管的光线时，光敏二极管截止，控制电路输出低电平。当缝隙对准发光二极管与光敏二极管时，光线照射到光敏二极管上，控制电路输出高电平。凸轮轴转一周，由360条缝隙控制的电路将输出360个脉冲信号，每个脉冲信号对应于凸轮轴1°转角（曲轴2°转角），此信号作为向电脑输入的转速信号（Ne信号）。由缝隙较宽的一缸上止点位置标记和60°（或90°）间隔缝隙控制的电路将向电脑输入一缸上止点位置信号和缸序判别信号（G信号）。

六、温度传感器的工作原理（见图3-25）

图3-25　温度传感器的工作原理示意图

（一）进气温度传感器的工作原理

无论D型EFI系统，还是L型EFI系统中，均应考虑空气密度对实际进气量的影响。空气密度是随空气的温变化而变化的。ECU中的电阻与进气温度传感器的热敏电阻串联，热敏电阻阻值变化时，使得分压值THW信号的电压随之变化。

（二）冷却水温度传感器的工作原理

ECU中的电阻与水温传感器的热敏电阻串联，热敏电阻阻值变化时，得分压值THW信号的电压随之变化。水温低时，燃油蒸发性差，应供给浓的混合气。由于水温低，热敏电阻阻值大，ECU检测到的分压值THW信号的电压就高。根据该信号，ECU增加燃油喷射量，使发动机的冷机运转性能得以改善。水温高时，发动机已达正常工作温度，混合气形成条件较好，可燃用较稀混合气，要求少喷油。这时，由于热敏电阻阻值随水温上升而降低，则ECU检测到相应的小分压值THW信号电压，并依此信号减少喷油量。

重点提示

　所有温度传感器的构造、原理相同。

七、氧传感器的工作原理（见图3-26）

图3-26　氧传感器的工作原理示意图

在敏感元件陶瓷材料（氧化锆）的内外表面都覆盖了薄层铂，传感器内侧通大气，外测直接与排气接触。在400℃以上的高温时，若氧化锆内表面处气体中氧的浓度与外表面处排气中氧的浓度有很大差别，氧化锆元件内外侧两铂电极之间将会产生电压。当混合气稀（空燃比大）时，排气中氧的含量高，氧化锆元件内外侧两电极之间产生的电压很低（接近0V）；反之，混合气浓（空燃比小）时，在排气管中几乎没有氧，传感器元件内外侧氧浓度差很大，内外侧电极之间产生的电压高（约1V）。

当实际空燃比比理论空燃比小（混合气浓）时，氧传感器向ECU输入的是高电压信号（0.75～0.9V）。此时ECU将减小喷油量，空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比14.7时，氧传感器输出电压信号将突变下降至0.1V左右。此信号输入ECU后，ECU立即控制增加喷油量，空燃比又开始减小。只要空燃比刚减到理论空燃比以下时，氧传感器输出电压信号又突变，上升至0.75V以上，反馈给ECU后，ECU又将控制减小喷油量。如此反复，就能将空燃比精确地控制在理论空燃比14.7附近一个极小的范围内。

八、爆震传感器的工作原理

爆震传感器安装在气缸体上，利用电压晶体的电压效应，把爆震传到气缸体上的机械振动转换成电信号输入ECU，ECU把爆震传感器输出的信号进行滤波处理并判定有无爆震及爆震强度的强弱，推迟点火时间。爆震强，推迟点火角度大；爆震弱，推迟点火角度小。每次调整都以一固定的角度递减，直到爆震消失为止。而后又以一固定的角度提前，当发动机再次出现爆震时，ECU又使点火提前角再次推迟，调整过程如此反复进行。

【工作页】

1.写出桑塔纳ECU各端子的含义。

（1）端子9是＿＿＿＿＿电压，电压值为＿＿＿＿＿V。

（2）端子2、3、13、25是＿＿＿＿＿电压，电压值为＿＿＿＿＿。

（3）端子8、9连接＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，电阻值为＿＿＿＿＿Ω。

（4）端子8、5连接＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，电阻值为＿＿＿＿＿Ω。

（5）端子21在点火开关“ON”时，电压值为＿＿＿＿＿。

（6）端子10、25连接＿＿＿＿＿，冷机时电阻值为＿＿＿＿＿Ω，热机时电阻值为＿＿＿＿＿Ω。

（7）端子4是＿＿＿＿＿信号，启动机运转时，电压为＿＿＿＿＿。

2.空气流量计是测量发动机的＿＿＿＿＿，用于＿＿＿＿＿型EFI系统。

3.卡门旋涡式空气流量计的工作原理是在进气通道中放一个柱体，气体通过时，在柱体后产生许多旋涡，旋涡发生的＿＿＿＿＿和空气的＿＿＿＿＿及柱体＿＿＿＿＿之间的关系是f=0.2v/d。根据这种关系，可以通过测量旋涡发生的＿＿＿＿＿，计算空气流动速度，而将空气通道的有效面积与空气流速相乘即可知空气的＿＿＿＿＿流量。

4.卡门旋涡式空气流量计旋涡频率的检测按其检测方式，分为＿＿＿＿＿检测方式和＿＿＿＿＿检测方式两种类型。

5.热式空气流量计的基本原理是在空气中放置一发热体，空气流经发热体时带走其热量，使发热体变冷，发热体周围通过的＿＿＿＿＿越多，被带走的＿＿＿＿＿也越多。热线电阻R_H以铂丝制成，R_H和温度补偿电阻R_K均置于位于空气通道中的取气管内，与R_B、R_C共同构成＿＿＿＿＿电路。R_H、R_K阻值均随温度变化。当空气流动时会带走热线电阻R_H的热量，使电桥失去＿＿＿＿＿，混合集成电路A使流经R_H的＿＿＿＿＿加大，这一过程反应为精密电阻R_C的压降变化，并且该电压信号作为热式空气流量计的输出电压信号送往ECU。

6.进气压力传感器是由＿＿＿＿＿转换元件和放大压力转换元件输出信号的混合＿＿＿＿＿构成。压力转换元件是利用半导体的＿＿＿＿＿制成的硅（膜）片。硅（膜）片的一面是＿＿＿＿＿，另一面作用的是＿＿＿＿＿压力。在进气管压力作用下，硅（膜）片将产生＿＿＿＿＿，使硅（膜）片的＿＿＿＿＿发生变化。电桥电压值很小，在通过IC放大后输出，送到ECU的PIM端。

7.节气门位置传感器有两个与节气门联动的可动＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿触点。一个触点可在＿＿＿＿＿上滑动，利用变化的电阻值，测得与节气门开度对应的＿＿＿＿＿输出电压，ECU根据输出的电压值，确定＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿开度。另一个电刷触点在节气门全闭时与＿＿＿＿＿接触。IDL信号主要用于＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿的修正。节气门开度输出信号VTA则使ECU对喷油量进行控制，以获得相应的功率。随着＿＿＿＿＿开度的增大，节气门开度输出电压线性＿＿＿＿＿。

8.电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器安装于＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿或分电器处。两传感器有安装在一起的，也有分开安装的。

9.电磁式凸轮轴/曲轴位置传感器永久磁铁的＿＿＿＿＿经过转子、线圈、托架构成封闭回路，转子旋转时，由于转子凸起与托架间的＿＿＿＿＿不断发生变化，通过线圈的＿＿＿＿＿也不断变化，线圈中便产生＿＿＿＿＿，并以＿＿＿＿＿形式输出。

10.当I_V通过放在磁场中的半导体基片，并且电流方向＿＿＿＿＿与磁场方向时，在垂直于电流与磁场的半导体基片的横向侧面上，即产生一个与＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿成正比的霍尔电压。

11.霍尔传感器触发叶轮的＿＿＿＿＿数等于发动机缸数，叶轮由分电器轴或飞轮带动旋转，叶片不断地进出磁场的空气隙，叶轮以其＿＿＿＿＿对着空气隙时，磁铁产生的磁通经导板、空气隙到半导体基片构成回路，这时传感器输出霍尔电压。当叶轮的＿＿＿＿＿进入空气隙时，原磁路被＿＿＿＿＿旁通，此时，传感器无霍尔电压输出。

12.氧传感器检测排气管中氧气的含量，以确定＿＿＿＿＿空燃比是比＿＿＿＿＿空燃比浓还是稀，并向ECU反馈相应的＿＿＿＿＿信号，ECU根据氧传感器反馈的空燃比信号，控制喷油量的＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿。

13.当实际空燃比比理论空燃比＿＿＿＿＿（混合气浓）时，氧传感器向ECU输入的是＿＿＿＿＿电压信号（0.75～0.9V）。此时ECU将＿＿＿＿＿喷油量，空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比14.7时，氧传感器输出电压信号将突变下降至＿＿＿＿＿左右。此信号输入ECU后，ECU立即控制喷油量，空燃比又开始减小。只要空燃比刚减到理论空燃比以下时，氧传感器输出电压信号又突变，上升至0.75V以上，反馈给ECU后，ECU又将控制＿＿＿＿＿喷油量。如此反复，就能将空燃比精确地控制在理论空燃比＿＿＿＿＿附近一个极小的范围内。

14.爆震传感器安装在气缸体上，利用电压晶体的＿＿＿＿＿效应，把爆震传到气缸体上的＿＿＿＿＿转换成＿＿＿＿＿输入ECU，ECU把爆震传感器输出的信号进行滤波处理并判定＿＿＿＿＿爆震及爆震强度的＿＿＿＿＿，推迟＿＿＿＿＿时间。

15.爆震强，推迟点火角度＿＿＿＿＿；爆震弱，推迟点火角度＿＿＿＿＿；每次调整都以一固定的角度递减，直到＿＿＿＿＿消失为止。

通过对任务二的学习，你能给自己和老师一个评价吗？

1.老师的讲解生动、形象，态度和蔼可亲吗？　　　（　　　　）

2.工作页是独立完成的吗？给自己一个客观的评价。（　　　　）

［成绩等级］＿＿＿＿＿