汽车传感器课件第3章 压力.ppt

P 1 第三章压力传感器的结构 原理与检测 汽车传感器 P 2 第一节概述第二节进气压力传感器第三节大气压力传感器第四节制动主缸油压传感器第五节蓄压器压力传感器第六节空气滤清器真空开关第七节机油压力开关 P 3 压力传感器在汽车上应用较广 它的作用是检测气体或液体的压力变化情况 并把检测结果转换成电信号输入给电控单元 第一节概述 一 压力传感器的类型 1 压力传感器按结构可分为 3 电阻 应变效应式 电阻 应变效应是指金属导体的电阻在导体受力产生变形 伸长或缩短 时发生变化的现象 1 电磁式 或称膜盒传动的可变电感式 差动变压器组合式 敏感元件有膜盒 波纹管 U形管等 2 压阻效应式 压阻效应是指当半导体受到应力作用时 由于载流子迁移率的变化 其电阻率发生变化的现象 半导体压阻式传感器具有灵敏度高 动态响应好 精度高易于微型化和集成化等特点而应用广泛 P 4 1 电压型 有压阻应式 或半导体压敏电阻式 压力传感器 和电磁式 膜盒传动的可变电感式 压力传感器 2 按信号产生的原理可分为 2 频率性 电容膜盒式压力传感器和表面弹性波式压力传感器 3 按信号产生的应用可分为 进气歧管压力传感器 检测歧管压力 间接获取EFI系统流量 EGR控制 大气压力传感器 检测大气压力 空燃比修正 制动主缸压力传感器 检测制动主缸压力 蓄压器压力传感器 检测蓄压器压力 控制空气滤清器真空开关 检测压力差 判断滤清器是否堵塞 机油压力开关 检测发动机有无机油压力 变速器油压力传感器 检测变速器油压 控制换档 轮胎气压传感器 检测轮胎气压是否过高 P 5 1 国际压力计量单位及其标识符号 Pa kPa MPa 2 其他常用压力计量单位1 1bar 105Pa2 PSi为英制压力单位 磅力每平方英寸 1bf in2 1psi 6894 76pa 3 标准大气压1atm 101325pa 4 工程大气压1at 千克力每平方厘米kgf cm2 1at 98066 5pa5 毫米汞柱 mmHg 1mmHg 133 322Pa6 毫米水柱 mmH2O 1mmH2O 9 80665Pa 附 压力计量单位及其标识符号 P 6 第二节进气压力传感器 一 进气压力传感器的结构 原理 进气压力传感器是进气歧管绝对压力传感器的简称 绝对压力 相对于真空的压力 D型EFI系统是利用进气歧管绝对压力和发动机转速来计算吸入气缸的空气量 又称为速度 密度型EFI系统 其作用相当于L型EFI汽油喷射系统中的空气流量传感器 速度 密度方式 P 7 BOSCH压力型 D型 EFI P 8 传感器安装 节气门后部的进气歧管上 P 9 L型与D型区别 节气门下游漏气对L型 D型分别有什么影响 节气门下游漏气 对于L型喷射系统来说 外漏的气体没有经过进气流量传感器的计量 所以ECU不会令喷油量增加 以致使混合气变稀 发动机动力不足 怠速不稳甚至熄火 对于D型喷射系统来说 节气门下游的真空漏气 会使歧管内的真空度下降 绝对压力升高 由于D型喷射系统都是以绝对压力的信号输出给ECU的 所以ECU根据绝对压力升高的信号 令喷油量增加 提高发动机的转速 造成怠速过高 P 10 按其信号产生原理可分为电磁式 膜盒传动的差动变压器式 压阻式 电容式和表面弹性波式等传感器 压阻式传感器采用硅膜片与力敏电阻一体化的扩散型 这种传感器易于批量生产 能够方便地实现微型化 集成化和智能化 因而受到人们普遍重视 其中压阻式和电容式进气压力传感器在当今发动机电子控制系统中应用较为广泛 2 进气压力传感器的种类 测量节气门之后的进气歧管的真空度 来间接的测量进气量 将进气管道中的气体绝对压力转换成电信号 并送ECU 由ECU控制电动喷油器喷油的喷油量 1 进气压力传感器的作用 P 11 一 电磁式进气压力传感器 电磁式进气压力传感器结构图 1 传感器结构 2 铁心和传感线圈 转换为电量的元件 1 一对真空膜盒 压力计 检测敏感元件 a 节气门开启状态 b 节气门关闭状态 P 12 具有弹性的真空膜盒抽成真空 外部气压变化时 膜盒产生凸出或凹进的现象 通过传动机构 使线圈中铁心的位置发生改变 从而使线圈中穿过的磁通量发生变化 于是线圈变产生出大小不同的感应电动势来 由此即把气压变化的物理量转换成由线圈两端输出的电信号 a 节气门开启状态 b 节气门关闭状态 2 传感器工作原理 P 13 当节气门开启时 进气歧管内气体的绝对压力增加即真空度减小 真空膜盒被压缩 把动铁心往右拉 如图a所示 于是减小了磁轭与动铁心 衔铁 的间隙 使传感线圈中的感应电动势增大 当此信号输出给ECU后 ECU控制喷油器 使燃油的喷射量增加 节气门关闭时 则相反 a 节气门开启状态 b 节气门关闭状态 P 14 二 压阻效应式进气压力传感器 1 硅膜片 用半导体材料硅制成的 是利用半导体压阻效应的压力转换元件 硅膜片的一面是真空室 另一面是进气歧管压力 1 传感器结构 2 真空室 提供绝对压力基准 3 滤清器 滤除进气杂质 以免膜片受到腐蚀和脏污而 4 IC 集成传感器电路 5 接线端 压阻效应式进气压力传感器结构图 P 15 压阻式歧管压力传感器的硅膜片一面通真空室 另一面导入进气歧管压力 在压差作用下 硅膜片就会产生机械应变而产生应力 应变电阻的阻值在膜片应力的作用下就会发生变化 电桥上电阻值的平衡就被打破 从而使电桥输出电压变化 由于该电压值很小 再经过混合集成电路的放大处理后 从ECU的PIM端子提供给微电脑电路 2 传感器工作原理 P 16 说明 发动机电喷系统的汽油喷射 除了受进气压力 发动机转速等主要因素影响外 还必须考虑发动机在冷启动 热车后 满负荷 加速及停车时燃油供给的中断等诸多因素 为此 还设置许多附加或辅助装置 如节气门位置传感器和附加空气阀等 另外 由于压力传感器结构和测量原理的要求 因此压力传感器安装在振动较小的车身处 用一根橡胶管与进气总管相连作为取气管 P 17 由两片用绝缘垫平行隔开的氧化铝膜片形成电容 在铝片的内表面贴有两片极薄的硅片 分别与一根引线相连 氧化铝膜片与绝缘垫围成的空腔抽成真空提供绝对压力基准 三 电容膜盒式进气歧管压力传感器 1 传感器结构 电容膜盒式进气压力传感器结构图 P 18 氧化铝片和绝缘垫圈构成真空腔的膜盒 该盒装在与进气管相通的容器内 当进气歧管压力发生变化时 极板氧化铝片弯曲变形 极板的间隙发生变化 其电容随之变化 从而获得与压力成正比的电容值信号 把电容式传感器作为谐振电路的一部分 当进气压力发生变化时 谐振频率发生相应的变化 其输出信号的频率与进气压力成正比 其频率大约在80 120Hz内变化 2 传感器工作原理 ECU根据信号的频率便可算出进气歧管的绝对压力 利用两个极板之间的电容与极板间的间隙成反比原理 P 19 检测步骤 1 拔下传感器插头 接通点火开关 测量VCC端子与E2间电压应该为4 5 5 5V 二 进气压力传感器的检测 P 20 2 插回插头 拆下传感器上的软管 接通点火开关 测量ECU连接器上PIM与E2端子间的大气压下输出的电压 应符合图示的输出特性 3 对传感器施以13 3 66 7kPa的负压 真空度 再测ECU连接器上PIM与E2端子之间的电压 应符合表所列值的规律 P 21 第三节大气压力传感器 大气压力 BARO 传感器一般安装在发动机集中控制电脑ECM PCM 发动机控制模块 动力系统控制模块 内 电脑通过大气压力传感器测量车辆所处位置的海拔高度以及车辆爬山时的相对海拔高度 并把这种变化转换为输入的信号 输入到电脑内 从而调整点火正时和燃油供给量 使发动机性能得到稳定发挥 大气压传感器测量大气压的范围 10 1100mb 200PSi 大气压分辨率 0 1mbar测量温度范围 40 85 INTERSEMA大气压传感器MS5540B P 22 与歧管绝对压力传感器相似 以本田雅阁轿车为例 主要有硅片和放大电路组成 硅片覆盖着真空室 由发动机ECM向传感器提供5V电源与传感器内部电路搭铁成回路 真空室和大气压之间的压力差引起硅片弯曲变形 传感器产生一个电压信号 经放大电路放大修正后的信号再反馈到ECM 传感器结构图 一 大气压力传感器的结构 原理 P 23 以三菱轿车大气压力传感器为例 安装在空气流量传感器内 由惠斯登电桥组成 当海拔变化 输出信号到ECU的16号端子 ECU据此修正喷油量 13和23端子并联以减少接触电阻 接通点火开关 端子23与搭铁间电压应为5V 传感器信号输出端子5输出电压UO应为3 5 4 2V 二 检测方法 1 检查搭铁情况端子14与搭铁电阻为0 2 检测各端子间电压值 P 24 第四节制动主缸油压传感器 作用 检测制动蓄压器压力 以控制制动系统中油压助力装置中的油液压力 向外发出液压制动油泵接通与断开信号 油压异常时报警信号 1 传感器结构 由基片 半导体应变片 传感元件及壳体组成 2 传感器工作原理 利用应变片的电阻随形状变化的性质 通过金属膜片检测出压力的变化 并转变成电信号向外输出 P 25 安装位置 主缸下部 P 26 第五节蓄压器压力传感器 蓄压器 用于储存液压能量 吸收压力脉动与冲击压力的液压附件 广泛运用于离合器 自动变速器等的液压控制系统中如ABS的蓄压器用于储存液压能量 吸收压力脉动与冲击压力的液压附件 离合器的蓄压器用于离合器油压经过蓄压器 通过它里面的弹簧减缓油压 达到最佳离合器油压 不冲击 P 27 第五节蓄压器压力传感器 作用 检测牵引力控制系统 TRC 蓄压器油液压力 并将压力信号转换为电信号输入ECU 以控制液压泵的工作 2 传感器工作原理 当油液压力低时 它向ECU输入油压低信号 以便起动油压泵 使之运转 当油液压力高时 它输入ECU的信号使液压泵停止运转 1 传感器结构 由压力检测部分 半导体压敏元件 电路部分等组成 3 安装位置 液压控制组件的上方 蓄压器压力传感器接线图 P 28 TCS 英文全称是TractionControlSystem 即牵引力控制系统 又称循迹控制系统 ASR ASR驱动防滑系统也叫牵引力控制系统 即AccelerationSlipRegulation的缩写 TRC TRC功能与TCS相同 此种叫法多出现于丰田 雷克萨斯等日系车型上 ATC 功能与TCS相同 自动牵引力控制 又称为牵引力控制 AutomaticTractionControl的缩写 附 有关TRC相关的术语 P 29 1 检查电源电压1 拆下ABS TRCECU 连接器仍连着 2 启动发动机 使怠速运转30s 以使TRC执行器油压升高 蓄压器压力传感器检测步骤 3 发动机熄火 打开点火开关 用万用表测量ECU连接器PR端子与E2端子间电压 应为5V P 30 电阻的检查 1 2 1 拆下压力开关导线连接器 测量压力开关 传感器 连接器端子1与端子2之间的电阻值 应为0 2 接好连接器 起动发动机 使之怠速运转30s 以使TRC执行器压力升高 3 发动机熄火 接通点火开关 测量连接器端子1与2间电阻 应为1 5K 若检测不符合上述结果 应更换TRC执行器 2 检查压力开关 P 31 第六节空气滤清器真空开关 作用 通过测量压力差 来检测空气滤清器是否堵塞 从而判断空气滤清器的工作状况 AB腔之间会产生压力差 利用膜片向负压侧运动使舌簧开关动作 当空气滤清器发生堵塞时 因为B接头处为负压 舌簧开关闭合 使报警灯亮 膜片 磁铁 舌簧开关 弹簧以及A腔 B腔组成 1 结构 2 工作原理 P 32 1 拔下真空开关线束 接通点火开关 电源电压为12V 2 把手动真空泵接在真空开关的B接头处 进行抽真空 此时真空开关应当导通 指示灯应点亮 否则真空开关失效应当更换 采用真空开关的空气滤清器是否堵塞的检测系统 真空开关的检测 P 33 第七节机油压力开关 发动机工作时 各运动零件均以一定的力作用在另一个零件上 很多传动零件都是在很小的间隙下作高速相对运动的 如曲轴主轴颈与主轴承 曲柄销与连杆轴承 凸轮轴颈与凸轮轴承 活塞 活塞环与气缸壁面 配气机构各运动副及传动齿轮副等 有了相对运动 零件表面必然要产生摩擦 加速磨损 尽管这些零件的工作表面都经过精细的加工 但放大来看这些表面却是凹凸不平的 因此 为了减轻磨损 减小摩擦阻力 延长使用寿命 发动机上都必须有润滑系 若不对发动机内各机件表面进行润滑 它们之间将发生强烈的摩擦 金属表面之间的干摩擦不仅增加发动机的功率消耗 加速零件工作表面的磨损 而且还可能由于摩擦产生的热将零件工作表面烧损 致使发动机无法运转 润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够 温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面 并在摩擦表面之间形成油膜 实现液体摩擦 从而减小摩擦阻力 降低功率消耗 减轻机件磨损 以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的 P 34 汽车润滑系结构 P 35 发动机润滑系结构 油底壳 用来贮存润滑油 在大多数发动机上 油底壳还起到为润滑油散热的作用 机油泵 它将一定量的润滑油从油底壳中抽出经机油泵加压后 源源不断地送至各零件表面进行润滑 维持润滑油在润滑系中的循环 机油泵大多装于曲轴箱内 也有些柴油机将机油泵装于曲轴箱外面 机油泵都采用齿轮驱动方式 通过凸轮轴 曲轴或正时齿轮来驱动 机油滤清器 用来过滤掉润滑油中的杂质 磨屑 油泥及水分等杂物 使送到各润滑部位的都是 干净清洁的润滑油 分粗机油滤清器和细机油滤清器 它们是并联在油道中 机油泵输出决大多数的机油通过粗机油滤清器 只有很少部分通过细机油滤清器 但汽车每行使5km 机油被细机油滤清器滤清一遍 机油集滤器 它多为滤网式 能滤掉润滑油中粒度大的杂质 其流动阻力小 串联安装于机油泵进油口之前 机油粗滤器用来滤掉润滑油中粒度较大的杂质 其流动阻力小 串联安装于机油泵出口与主油道之间 机油细滤器能滤掉润滑油中的细小杂质 但流动阻力较大 故多与主油道并联 只有少量的润滑油通过细滤器过滤 P 36 发动机润滑系结构 主油道 是润滑系统的重要组成部分 直接在缸体与缸盖上铸出 用来向各润滑部位输送润滑油 限压阀 用来限制机油泵输出的润滑油压力 旁通阀与粗滤器并联 当粗滤器发生堵塞时 旁通阀打开 机油泵输出的润滑油直接进入主油道 机油细滤器进油限压阀用来限制进入细滤器的油量 防止因进入细滤器的油量过多 导致主油道压力降低而影响润滑效果机油泵吸油管 它通常带有收集器 浸在机油中 作用是避免油中大颗粒杂质进入润滑系统 曲轴箱通风装置 它的作用是防止一部分可燃混合气和废气经活塞环与气缸璧间的间隙窜入曲轴箱内 可燃混合气进入曲轴箱后 其中的汽油蒸气会凝结 并溶入润滑油中 使润滑油变稀 废气中水蒸气与酸性气体会形成酸性物质 从而对机件造成腐蚀 窜气还会使曲输箱灯压力增大 造成曲轴箱密封件失效而使润滑油透漏 为了防止这种现象 必须设置通风系统 P 37 发动机润滑油路当发动机工作时 机油从油底壳经集滤器被机油泵送入机油滤清器 如果油压太高 则机油经机油泵上的安全阀返回机油泵入口 全部机油经滤清器滤清之后进入发动机主油道 滤清器盖上设有旁通阀 当滤清器堵塞时 机油不经过滤清器滤清由旁通阀直接进入主油道 机油经主油道进入五条分油道 分别润滑五个主轴承 然后 机油经曲轴上的斜油道 从主轴承流向连杆轴承润滑连杆轴颈 主油道中的部分机油经第六条分油道供入 中间轴的后轴承 中间轴的前轴承由机油滤清器出油口的一条油道供油润滑 主油道的另一条分油道直通凸轮轴轴承润滑油道 此油道也有五个分油道 分别向五个凸轮轴轴承供油 在凸轮轴轴承润滑油道的后端 也就是整个压力润滑油路的终端装有最低机油压力报警开关 当发动机起动之后 机油压力较低 最低油压报警开关触点闭合 油压指示灯亮 当机油压力超过31kPa时 最低油压报警开关触点断开 指示灯熄灭 另外 在机油滤清器上也装有机油压力开关 当发动机转速超过2150r min时 机油压力若低于180kPa 这时开关触点闭合 报警灯闪亮 同时蜂鸣器鸣响报警 P 38 发动机润滑方式 由于发动机传动件的工作条件不尽相同 因此 对负荷及相对运动速度不同的传动件采用不同的润滑方式 1 压力润滑压力润滑是以一定的压力把机油供入摩擦表面的润滑方式 这种方式主要用于主轴承 连杆轴承及凸轮轴承中间轴 分电器和机油泵的传动轴 颈等负荷较大的摩擦表面的润滑 2 飞溅润滑利用发动机工作时运动件溅泼起来的油滴或油雾润滑摩擦表面的润滑方式 称飞溅润滑 该力式主要用来润滑负荷较轻的气缸壁面和配气机构的凸轮 挺柱 气门杆以及摇臂等零件的工作表面 P 39 第七节机油压力开关 2 工作原理 当无机油压力作用时 弹簧推动膜片 触点处于闭合 ON 状态 当机油压力达到规定值时 膜片克服弹簧作用力 使触点断开 OFF 作用 检测发动机有无机油压力 1 结构 由膜片 弹簧及触点组成 P 40 油压指示器工作原理 油压低于规定值时 膜片不具有推动弹簧的作用力 触点闭合 指示灯亮 油压高于规定值时 膜片推起弹簧 触点分开 指示灯熄灭 这时驾驶员应当知道油压已达规定值