电子控制输入传感器实用指南或电子控制输入传感器详解和应用

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：表5-2显示了发动机为提高排放废气的净化和降低燃料消耗率在动力传动系统中配置的各种传感器。下面主要对汽油机电控系统中最基本的空气流量传感器、氧传感器和温度传感器进行说明。表5-2 动力传动控制传感器图5-35 空气量检测方法2.氧传感器氧传感器检测排气中的氧气浓度，是为把燃烧之前的混合气浓度控制为理论空燃比而进行反馈控制所需的传感器。

随着汽油机电控技术的普及化，传感器应用也越加广泛。从类型上有力学式传感器、电子式传感器、光电式传感器、热敏电阻式传感器等，且传感器种类各种各样。表5-2显示了发动机为提高排放废气的净化和降低燃料消耗率在动力传动系统中配置的各种传感器。

下面主要对汽油机电控系统中最基本的空气流量传感器、氧传感器和温度传感器进行说明。

1.空气流量传感器

为了精确地控制空燃比，正确测量进气量尤其重要。测量空气量的方法主要有测量进气系统压力并进行计算进气量的方法和直接测量空气流量的方法。最初的进气量检测方式为利用进气系统压力、节气门开度和发动机转速间接计算进气量的速度密度，最近采用了直接测量空气质量流量的方法。如图5-35所示，质量流量传感器有叶片式、卡曼漩涡式、热线式等。

叶片式为用电位计检测叶片的开启角度并推算空气流量的方法，卡曼漩涡式为利用超声波检测三角柱下游生成的涡流频率并推算空气流量的方法，热线式为利用正温度系数热线流量计检测热线的冷却量（电阻）并计算空气流量的方法。

表5-2 动力传动控制传感器

图5-35 空气量检测方法

2.氧传感器

氧传感器检测排气中的氧气（O₂）浓度，是为把燃烧之前的混合气浓度控制为理论空燃比而进行反馈控制所需的传感器。

三元催化转化器发挥最大效率的空燃比为理论空燃比（λ=1）。发动机随运行条件的变化会脱离理论空燃比，通过排气中的氧含量可以判定是否脱离了理论空燃比。氧传感器有检测电势变化的氧化锆（Z_rO₂）式和检测电阻变化的氧化钛（T_iO₂）式两种。

图5-36a所示为氧化锆式氧传感器（λ传感器）的构造。通常，传感器本体为在氧化锆（Z_rO₂）中掺入少量钇（Y₂O₃）的固溶体氧化锆元件的内外侧表面上镀白金层的元件，其内外侧表面分别与大气和排放气体接触。在氧化锆元件上通电时，其内外侧表面产生氧浓度差，与氧浓度差成比例的氧离子移动，以形成电流的流动，并生成电势的性质。因此，在传感器元件的内侧提供氧浓度较高的大气，外侧与氧浓度较低的排放气体接触。如图5-36b所示，氧传感器的电势以排气中氧含量0.5%（空燃比A/F=14.5，看成理论空燃比）为界限发生巨大的变化。控制模块（ECU）根据氧传感器的信号判定空燃比的浓稀状态，并控制修正燃料的喷射时间（燃料喷射量），以控制燃烧前混合气的空燃比尽可能接近理论空燃比。

图5-36 氧化锆式氧传感器的结构与输出信号特性

3.稀薄空燃比传感器

汽油稀薄燃烧和直喷式汽油机在空气过量系数为λ>1的稀薄空燃比条件下也可以运行。稀薄空燃比传感器是在稀薄运行条件下正确检测空燃比的传感器。稀薄空燃比传感器（或空燃比传感器、A/F传感器）的检测原理与传统氧传感器的工作原理相同。

氧传感器的氧化锆元件根据氧浓度差产生电势，相反地如果在氧化锆的两端接通电压使电流流动，氧离子通过固体电解质移动。这时氧化锆内流动的氧离子移动量与氧浓度差成正比，以电流信号检测氧离子的移动量，即可判断排气中的氧浓度。

4.温度传感器

发动机温度传感器检测发动机冷却液温度、燃料温度、进气温度、排气温度等，通常使用随温度变化电阻值变化明显的热敏电阻。

进气温度传感器是为了补偿随温度变化的空气密度的变化，通常与空气流量传感器组合在一起，也有单独安装在进气缓冲器上的类型。

冷却液温度传感器的作用是提高起动性能和暖机特性，安装在发动机冷却液出口或气缸盖侧面或气缸体侧。当冷却液温度低时，大量燃料粘附在壁面上，燃烧室内混合气处于稀薄状态，会恶化起动或暖机时的燃烧特性。因此，冷却液温度多与起动开关联动，在冷起动时利用冷起动专用喷油器增加燃料喷射量。

5.爆燃传感器

爆燃传感器是发动机发生爆燃时检测气缸体振动量的传感器。图5-37所示为爆燃传感器的构造、安装位置和输出特性。

图5-37 爆燃传感器

爆燃传感器检测振动的压电元件安装在振动板上，振动板焊接在基座上，并把基座夹在壳体上进行固定。传感器体安装在气缸体上，压电元件的一侧电极端子通过插接器连接到终端上，另一侧电极通过振动板→基座→壳体最终与气缸体搭铁。

燃烧室内发生的爆燃振动通过气缸体→壳体→基座→振动板进行传递，最终压电元件变形（弯曲）。压电元件变形时，发生伸张、压缩生成电压。爆燃传感器振子的固有振动频率调节成与爆燃振动频率（6～8kHz）共振，这样也能检测到微小的爆燃。

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