Question

桑塔纳2000电控系统部件十一个传感器的使用原理

Answer 1

桑塔纳3000型轿车电子控制汽油喷射系统由电控单元（ECU）、六个传感器、点火线圈、分电器、油压调节器、喷油器等组成，其基本组成和布置，如图2-1所示。 如图2-2所示，驾驶员通过节气门控制进气量，节气门位置传感器检测节气门开度的信息传给电控单元（ECU），由电控单元综合诸因素调整喷油量，使混合气最佳。发动机工作时，节气门位置传感器检测驾驶员控制的节气门开度，进气压力传感器检测进入气缸的空气量，这两个信号作为汽油喷射的主要信息输入ECU，由ECU计算出喷油量。再根据水温、进气温度、氧、爆震等四个传感器输入的信息，ECU对上喷油量进行必要的修正，确定出实际喷油量，最后再根据霍尔传感器检测到的曲轴转角信号，ECU确定出最佳喷油和点火时刻并指令喷油器喷油、火花塞跳火。 系统中有一个爆震传感器，当发动机产生爆震时，通知电控单元适当推迟点火正时而减弱爆震。爆震传感器不仅可保证使用低牌号汽油时不损坏发动机，同时也保证发动机在使用高质量汽油时能发出最大功率；系统中的水温传感器可保证发动机在冷起动时，能适当加浓混合气浓度；而系统中的氧传感器则可随时监测发动机的燃烧情况，由电控单元随时调整喷油量，从而将排气污染减小到最低程度；ECU是一个32位计算机，它可处理及控制发动机的喷油时间。喷油持续时间和点火提前角等指令，使喷油嘴和火花塞最佳工作。 电子控制汽油喷射系统分为汽油供给系统、空气供给系统和控制系统三部分。 图2-1 电子控制汽油喷射系统的基本组成和布置l-活性炭罐（位于右前翼子板内侧） 2-活性炭罐电磁阀（位于空气滤清器旁） 3-进气软管 4-节气门位置传感器 5-汽油分配管 6-喷油器 7-电控单元（ECU，位于驾驶员侧仪表板下） 8-爆震传感器 9-4针插头连接器（用于氧传感器） 10-点火分电器 11-怠速调节器 12-进气压力和进气温度传感器 13-空气滤清器 图2-2 电子控制供油喷射系统示意图1-ECU 2-节气门位置传感器 3-怠速旁通阀 4-进气压力传感器 5-汽油滤清器 6-爆震传感器 7-进气温度传感器 8-油压调节器 9-喷油器 10-氧传感器 11-点火线圈 12-水温传感器 13-分电器 14-电动汽油泵 一、汽油供给系统主要部件 汽油供给系统的作用是根据ECU的指令，以恒定的压差将一定数量的汽油喷入进气管中：它主要包括汽油箱、汽油分配管、电动汽油泵，汽油滤清器、油压调节器、喷油器等组成，如图2-3、图2-4和图2-5所示。 图2-3 汽油供给系统零件图l-回油软管 2-进油软管 3、8、28-油管夹头 4、7、9、21、26-夹箍 5-汽油滤清器罩壳 6-汽油滤清器 10-固定螺钉 11-回油管 12-通气细管 13-进油管 14-锁紧螺母（用工具3217拆卸和安装） 15-凸缘（注意在汽油箱上的安装位置） 16-密封圈 17-汽油油位传感器 18-汽油泵 19-汽油箱（拆卸时，用发动机和变速器框杆V.A.G1383支撑） 20-安装汽油泵固定环 22-固定螺钉 23-卡环 24-支承座 25-防尘罩 27-橡胶连接管。 图2-4 汽油箱加油管总成l-固定支架 2-中间支架 3、6、7-螺栓（拧紧力矩4N·m） 4-加油管（带止回阀） 5-夹箍 8-集油罩 9-卡簧 10-密封塞 11-油箱锁盖 图2-5 喷油器部分零件图l-供油软管 2-回油软管 3-喷油器电阻器 4-夹箍 5-喷油器总供油管 6-密封圈 7-喷油器 8-曲轴箱强制通风阀（PCV阀） 9-水温传感器 10-安装支架 11-油压调节器 油压调节器与喷油器相连接，控制供油系统的压力，使喷油器中的油压与进气管负压之差始终保持在0.24MPa，这样可使喷油量只受通电时间长短的控制。喷油器根据ECU指令将汽油以雾状喷入进气管。 电动汽油泵将汽油从汽油箱中吸出，经汽油滤清器过滤后，送往汽油分配管。汽油分配管将汽油均匀分配到电子控制的喷油器中，喷油器再适时地将汽油喷入进气管中。汽油分配管上有一个油压调节器，使汽油压力与进气管压力之间的压力差保持不变，并经回油管将多余的汽油送回汽油箱。汽油供应系统不断受到汽油冲涤，故经常提供冷的汽油，从而避免了汽油形成泡沫，改善了高温起动特性。 1、汽油泵 电动汽油泵的结构如图2-6所示，它是由永磁电动机驱动的带滚柱的转子泵，主要由驱动油泵的直流电动机、滚柱式油泵、保持汽油输送管压力不致过高的限压阀和保持剩余压力的单向阀组成。电动汽油泵安装在汽油箱中，并不断受到汽油冲涤，使电动机充分冷却。汽油泵的供油量大于发动机的最大汽油需要量，以便所有发动机工况下都能保持汽油供给系统中的油压。 图2-6 电动汽油泵l-限压阀 2-滚柱式油泵 3-电动机 4-单向阀 A-进油口 B-出油口 起动时，只要起动开关起作用，汽油泵就一直工作。发动机一起动，汽油泵就处于接通状态，ECU经一个外部的汽油泵继电器控制汽油泵的。为安全起见，在点火开关接通（不起动发动机）及发动机停止工作时，汽油泵不泵油。 2、汽油箱 桑塔纳2000GLi型轿车汽油箱内的汽油蒸汽不是排入大气，而是引入进气管，为此在汽油箱与进气系统之间并联一个汽油蒸汽回收装置，即活性炭罐，如图2-7所示。 图2-7 活性炭罐部分零件图1-电源插头 2-活性炭罐电磁阀 3-支架 4-橡胶支架 5-通向发动机进气系统的管路 6-通气管（来自汽油箱的通气管） 7-螺栓（拧紧力矩10N·m） 8-活性炭罐（安装在右前车轮罩内） 活性炭罐内的活性炭粒是一种极好的油蒸汽吸附剂，它有很大的表面积，有利于吸附汽油蒸汽。罐内装有单向止回阀，以防汽油蒸汽倒流。罐的底部有空气滤网，新鲜空气经滤网进入，从炭粒中带走汽油蒸汽分子，防止混合气过浓现象。 当汽车停止运行时，在高温作用下，汽油箱内的汽油蒸发产生压力，使单向阀打开，汽油蒸汽进入活性炭罐，炭粒吸附汽油蒸汽并储存起来。发动机在热态工作时，活性炭罐电磁阀（N80）在ECU的控制下打开，通过新鲜空气带走汽油蒸汽，经管路吸入进气管，从而回收了汽油蒸汽，防止汽油浪费和减小大气污染。 3、汽油滤清器 电动汽油泵后面接了一个滤清器，它位于中地板下面，包括一个网目宽为10μm的纸质滤芯及接在后面的纤维质滤网。一块支承板将滤清器固定在外壳中。滤清器外壳由金属制成，滤清器寿命取决于汽油的污染程度。 汽油滤清器安装时，注意其上箭头表示汽油的流动方向。 4、汽油分配管 汽油分配管的任务是将汽油均匀地分配到所有喷油器中。 汽油分配管具有储油功能，为了克服压力波动，其容积比发动机每工作循环喷入的汽油量大得多，从而使接在分配管上的喷油器处于相同汽油压力之下。此外，分配管使喷油器便于拆装。 5、油压调节器 油压调节器任务是保持汽油压力与进气管压力之间的压力差不变，从而使喷油器喷出的汽油量仅取决于阀的开启时间。油压调节器装在汽油分配管上。如图2-8所示，这是一种膜片控制的溢流调节器，将汽油压力调节到约0.24MPa。它有一个金属外壳。一个卷进的膜片将此外壳分为两个腔室，一个是弹簧室，有一定预紧力的螺旋弹簧对膜片施加一个作用力；另一个胶室用于容纳汽油（汽油室），汽油室直接与供油总管相通。 图2-8 油压调节器 l-进油口 2-回油接头管 3-球阀 4-阀座 5-膜片 6-压力弹簧 7-进气管接头 6、喷油器 每个发动机气缸都配置一个电子控制的喷油器，喷油器装在进气门前的进气道中，其作用是将精确定量的汽油喷到发动机各个进气管末端的进气门前面。 喷油器由喷油器体、滤网、磁场绕组、针阀、阀体、螺旋弹簧、调整垫等组成，如图2-9所示。 图2-9 喷油器 l-汽油接头 2-接线插头 3-电磁线圈 4-磁心 5-行程 6-阀体 7-壳体 8-针阀 9-凸缘部 10-调整垫 11-弹簧 12-滤网 13-喷口 喷油器为电磁式，由ECU的电脉冲控制其打开或关闭。各喷油器是并联的，当磁场绕组无电流时，喷油嘴针阀被螺旋弹簧压在喷油器出口处的密封锥座上。磁铁被激励时，针阀从其座面上升约0.1mm，汽油从精密环形间隙中流出，与空气一起被吸入气缸，并通过旋流作用在进气和压缩冲程中形成易于点燃的均匀空气汽油混合气。为使汽油充分雾化，针阀前端磨出一段喷油轴针。喷油器吸动及下降时间为 l～1.5ms。 电子控制的喷油器将汽油喷到各进气歧管末端的气缸进气门前面。每循环喷入的汽油量基本上决定于喷油器的开启持续时间，此时间由ECU根据发动机工况算出。 喷油器用专门的支座安装，支座为橡胶成型件。其隔热作用可防止喷油器中的汽油产生气泡，有助于提高发动机的高温起动性能。另外，橡胶成型件可保护喷油器不受过高振动应力的作用。喷油器经带保险夹头的连接插座与汽油分配管连接。 二、空气供给系统主要部件的结构和工作原理 空气供给系统作用是提供并控制汽油燃烧所需的空气量。它主要包括空气滤清器、节气门体、进气压力传感器、稳压箱和附加空气阀等组成，如图2-10所示。 图2-10 空气供给系统零件图l-进气连接管 2-节气门体 3-衬垫 4-进气歧管 5-节气门位置传感器 6-怠速调节器 7-附加空气滑阀 8-热起动节流器进气压力传感器与稳压箱相连，它的作用是把进气管内的压力变化转换成信号输给ECU。ECU根据进气压力和发动机转速推算出每一循环发动机所需的空气量，同时计算出汽油的喷射量。由空气滤清器过滤后的空气，由节气门体流入稳压箱并分配给各缸进气管，空气与喷油器喷出的汽油混合后形成可燃混合气后进入气缸。 1、空气滤清器 空气滤清器为恒温式（如图2-11所示〕，它通过用真空控制阀开启的大小，来控制进入空气滤清器热空气的多少，从而保持进入发动机的进气温度为某一恒定值。真空控制阀的开店由温控开关控制，当进气温度低时，温控开关打开，通向节气门体的真空使控制阀打开热空气道；当温度高时，温控开关关闭，截断通向节气门体的真空通道，温控开关关闭热空气道。 2、节气门体 节气门体（如图2-12所示）位于空气滤清器和稳压箱之间，与加速踏板联动，用以控制进气通路截面积的变化，从而实现发动机转速和负荷的控制。为检测节气门位置的开度大小，在节气门轴的一端（下端）装有节气门位置传感器，用来向ECU传递节气门的开度信号。 节气门体上装有旁通道，当节气门关闭、发动机怠速运转时，汽油燃烧所需要的空气由怠速旁通阀进入发动机。为自动控制怠速转速，在怠速通道中设置了可以改变通道截面积的旋转滑阀式怠速凋节器，如图2-13所示。 图2-11 空气滤清器l-滤芯 2-空气滤清器上部 3、13-夹箍 4-进气软管 5-夹箍（固定与节气门体连接的进气软管） 6-通向怠速调节阀的进气软管 7-曲轴箱排气管 8真空管（通向节气门体） 9-真空管（通向真空控制阀） 10-热空气导流板 11-固定螺母 12-热空气软管（连接热空气导流板和空气滤清器） 14-真空控制阀 15-空气滤清器下部 图2-12 节气门体、怠速调节器及汽油分配器 1、14、18、20、21、37、42-螺栓（拧紧力矩10N·m） 2-垫圈 3、10、40-橡胶垫 4-怠速调节器 5、24-密封垫 6-连接体（用于安装怠速调节器） 7、9-套管 8-橡胶管 11-进气歧管 12-垫片 13-连接体（用于安装进气压力和进气温度传感器） 15-密封圈 16-进气压力和进气温度传感器 17-螺栓（拧紧力矩3N·m） 19-隔热板 22-螺栓（拧紧力矩21.6N·m） 23-节气门体（节气门体上的限位螺钉在工厂内已经调好，不得改变） 25、36、41-垫圈 26、34-橡胶垫 27-螺栓（拧紧力矩20N·m） 28-节气门位置传感器 29-螺栓（拧紧力矩2N·m） 30-卡簧（固定油压调节器） 31-油压调节器 32-汽油分配管 33-喷油器 35-密封圈（损坏后要及时更换） 38-进气歧管密封垫 39-气门罩盖 43-螺栓（拧紧力矩6N·m） 图2-13 旋转滑阀式怠速调节器 1-接线插头 2-外壳 3-永久磁铁 4-电枢 5-空气通道 6-转速调节滑阀 在冷起动结束后、发动机进入暖机阶段，发动机需要附加的暖机加浓。附加空气滑阀（见图2-10中7所示）作为节气门的旁通阀，根据发动机温度向发动机输送附加空气。在计量空气量时，已考虑到这部分附加空气量，喷油器会输送更多的汽油。发动机温度升高时，附加空气滑阀减少通往节气门的旁通支路中的附加空气量。 附加空气滑阀由一孔板控制，而孔板又由一个双金属片控制。孔板控制分通管道（即旁通阀）的开启截面，双金属片是用电加热的，随着发动机温度的上升，它逐渐减小附加空气滑阀的开启截面。附加空气滑网安装位置选在发动机上易感受其温度的部位。从而当发动机暖机结束后，附加空气滑阀不再工作。当减速时，驾驶员突然松开加速踏板，节气门迅速关闭，进入气缸的空气量急减，发动机输出功率大幅度下降，导致不应有的冲击，甚至熄火，为了防止这种不良现象的产生，在节气门外部设有节气门缓冲装置，如图2-14所示。 图2-14 节气门缓冲装置1-空气滤网 2-阻尼孔 3-阻尼弹簧 4-膜片 5-杠杆 6-节气门 三、控制系统的主要部件 控制系统的作用是收集发动机的工况信息并确定最佳喷油量、最佳喷油时刻及最佳点火时刻，它由电控单元（ECU）、水温传感器、氧传感器、节气门位置传感器、进气温度传感器、进气压力传感器、爆震传感器及霍尔传感器等组成。传感器是检测发动机实际工作状况、感知各种信号的主要部件，并将各种信号传送给ECU，ECU通过计算分析后，发出相应指令，使发动机在最佳的工作状态下工作。 1、电控单元电控单元俗称电脑或ECU。ECU是一种电子综合控制装置，它是电子控制汽油喷射装置的控制中枢，它由模拟数字转换器，只读存储器ROM，随机存储器RAM、逻辑运算装置和一些数据寄存器等组成。它通过分析各种传感器提供的发动机工况数据，并借助于编好程序的综合特性曲线，发出喷油器和点火提前角的控制脉冲。ECU安装在驾驶员仪表板下，如图2-15所示。图2-15 ECU及氧传感器和水温传感器1-接线插头 2-ECU 3-固定板 4-插头连接 5-氧传感器 6-搭铁线 7-接管 8-O形圈 9-水温传感器 10-接线插头 ECU在更换后，应与发动机相互匹配，并进行怠速检测。氧传感器安装在排气管内，安装力矩为50N·m，需用“G5”润滑螺纹，但“G5”不得进入传感器体的缝隙。在折卸水温传感器之前，排泄掉冷却系统内的部分冷却液。ECU的端子如图2-16所示，端子的用途如表2-l所示。图2-16 ECU端子2、节气门位置传感器 节气门位置传感器安装在节气门体上，用来检测节气门的开度，它通过杠杆机构与节气门联动，进而反映发动机的不同工况（怠速、加速、减速和全负荷等）。此传感器可把发动机的这些工况检测后输入ECU，从而控制不同的喷油量。 表2-1 ECU端子用途端子条件端子用途标准值9用遥控装置驱动电源系统电压2、5、13和25 搭铁端0Ω8和9 进气温度传感器160～300Ω8和7起动时，并逐渐踏下加速踏板空气流量计电阻值会变化8和5 空气流量计340～450Ω21点火开关“ON” 系统电压10和25 水温传感器冷机：1080～2750Ω热机：150～500Ω4起动机运转时起动信号蓄电池电压3遥控装置驱动时，节气门全开节气门位置传感器 14遥控装置驱动时，节气门全闭节气门位置传感器 9和129和24 1、4缸喷油器电阻器2、3缸喷油器电阻器 3.9～4.5Ω1点火开关“ON”，1处有“+”电压与点火线圈端子1连接 15和20用导线连接15和20，再断开点火控制插头，并检查端子16和17间电阻 应是0Ω 节气门位置传感器属于开关触点式，如图2-17所示。它主要由活动触点、怠速触点、功率触点。节气门轴、控制杆、导向凸轮和槽等组成。活动触点可在导向凸轮槽内移动，导向凸轮由固定在节气门轴上的控制杆驱动。 图2-17 节气门位置传感器l-导向凸轮 2-节气门轴 3-控制杆 4-活动触点 5-怠速触点 6-功率触点 7-连接装置 8-导向凸轮槽 3、进气压力传感器 进气压力传感器与稳压器相连，用以将进气管内的压力变化转换成电信号。它与转速信号一起输送到ECU，作为决定喷油器基本喷油量的依据。 进气压力传感器采用半导体压敏电阻式（全称是进气歧管绝对压力传感器）。它由硅膜片、集成电路、滤清器、真空室和壳体等组成，如图2-18所示。硅膜片是压力转换元件，它是利用半导体的压电效应制成的。硅膜片的一面是真空室，另一面是导入的进气压力。集成电路是信号放大装置，它的端头与ECU连接。 图2-18 进气压力传感器 （a）平面图 （b）立体图1-硅膜片 2-真空室 3-集成电路 4-滤清器 5-进气端 6-接线端 发动机工作时，从进气管来的空气经传感器的滤清器滤清后作用在硅膜片上，硅膜片产生变形（由于进气流量对应着相应的进气压力，故进气流量越大，进气管压力就越高，硅膜片变形也就越大）。硅膜片的变形，使扩散在硅膜片上电阻的阻值改变，导致电桥输出的电压变化。传感器上的集成电路将电压信号放大处理后，作用进气管压力信号送到电控单元，此信号成为电控单元计算进入气缸空气量的主要依据。 4、进气温度传感器 进气温度传感与进气压力传感器一体安装于节气门之后的进气管上，用以检测进气温度，测量进气温度的目的是为了确定进气的密度，它与进气压力传感器联合使用，可以准确地反映进入气缸的空气量。进气温度传感器的材料采用负温度系数（NTC）热敏电阻，ECU根据进气温度传感器检测到的进气温度修正喷油量，使发动机自动适应外部环境的变化。 5、水温传感器 水温传感器作用是测定发动机冷却液温度，并将它变为电信号送入ECU，为其修正喷油量提供重要依据。水温传感器装在发动机的冷却液回路中，如图2-19所示。目前是利用负温度系数半导体电阻来测定温度。负温度系数的电阻在温度上升时，其电阻值是下降的。 图2-19 水温传感器1-负温度系数电阻 2-外壳 3-电气接头 6、爆震传感器爆震传感器安装于气缸体上，如图2-20所示。它能将发动机爆震情况转换成电信号，输入给电控单元，供其修正点火时刻。 图2-20 爆震传感器的安装位置 爆震传感器是一种固有频率大于25kHz的宽带加速度传感器，控制元件由压电陶瓷制成。为了隔热，传感器用塑料套包起来，允许工作温度为130℃。 7、氧传感器 氧传感器（λ传感器）又称空气汽油混合比传感器，用以控制发动机的燃烧状况，随时向ECU提供修正喷油量的电信号。氧传感器装在发动机排气管上，伸入到废气流中，外电极端受废气拂过，内电极端与外界空气接通。 氧传感器基本上由一专用陶瓷体构成，其表面装有可透气的铝电极，如图2-21所示。传感器起作用的原理是陶瓷材料为多孔的，允许空气中的氧扩散（团体电解质），陶瓷在高温下是导电的。如果两电极端的含氧量不一样，则电极上产生一个电压，即测定出排气管中的含氧浓度，并随时向ECU反馈信号来修正喷油量，以保证空气和汽油混合气过量空气系数a=l.00（理想混合气）。 图2-21 氧传感器l-接触部分 2-陶瓷衬套 3-传感陶瓷 4-护套（排气端） 5-电线接头 6-碟形弹簧 7-护套（空气端） 8-外壳（-） 9-电极（-） 10-电极（+）氧传器的安装位置如图2-222所示。传感器陶瓷体固定在支架上，它有护套及电线接头。 图2-22 氧传感器安装位置 8、霍尔传感器霍尔传感器安装在分电器内，用以检测发动机曲轴的转角和转速，为ECU点火时刻和喷油时刻提供电信号。