淺談傳感器在汽車發(fā)動機上的應(yīng)用

李 源

（昆明冶金高等專科學(xué)校， 云南 昆明 650033）

人們對現(xiàn)代汽車安全、舒適、環(huán)保、經(jīng)濟性、動力性及自動化程度等性能要求的逐步提高，使得汽車必須能夠?qū)崿F(xiàn)對各部位進行精密的自動控制，而實現(xiàn)精密控制的第一信號源就是各種各樣的傳感器，汽車電子化越發(fā)達，智能化程度越高，對傳感器的依賴性也就越大，普通汽車上大約安裝幾十只傳感器，而高級豪華轎車上的傳感器數(shù)量可達200多只。在當(dāng)前汽車電子控制系統(tǒng)中，傳感器的應(yīng)用越來越多，在完善電子控制系統(tǒng)功能方面發(fā)揮著重要作用，相關(guān)研究人員需要充分把握對傳感器的應(yīng)用，了解到汽車在運行過程中可能出現(xiàn)的問題，從而更全面地滿足汽車使用需求，提髙汽車發(fā)動機的動力、排放性能；改善底盤的制動、操縱性能、轉(zhuǎn)向性能和汽車行駛的安全、舒適性能。

1 傳感器的作用

傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。它是一種檢測裝置，是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。

汽車傳感器是安裝于汽車上，作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，用來感測行車過程中外在變化的傳感器。汽車傳感器是電子控制系統(tǒng)的輸入裝置，它把汽車運行中各種工況的信息，如溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、濕度、電磁、光電、氣體、振動等各種信息進行實時、準(zhǔn)確測量，并轉(zhuǎn)化成電信號輸送給ECU （中央控制單元），使汽車處于最佳工作狀態(tài)。

2 發(fā)動機控制系統(tǒng)中常用傳感器

2.1 發(fā)動機控制系統(tǒng)中的傳感器

在整個汽車電子控制系統(tǒng)中，發(fā)動機控制系統(tǒng)屬于關(guān)鍵部分與核心內(nèi)容，這一控制系統(tǒng)中傳感器的應(yīng)用在整個汽車傳感器的應(yīng)用中也就成為核心的內(nèi)容，該系統(tǒng)中所應(yīng)用的傳感器主要有空氣流量傳感器、進氣壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、水溫傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、爆震傳感器、氧傳感器，在這些傳感器的實際應(yīng)用過程中，主要作用是對發(fā)動機工況信息進行收集，并且將收集的信息提供給電子控制單元，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)精確控制，使發(fā)動機動力性能實現(xiàn)有效提升，有利于降低發(fā)動機運行過程中所產(chǎn)生油耗，還能夠在一定程度上減少排放的廢氣，對于發(fā)動機中存在的故障可有效進行檢驗。

2.2 常見幾種車用傳感器的分布和應(yīng)用

由于發(fā)動機工作在高溫 （發(fā)動機表面溫度可達150℃，排氣歧管可達650℃）、振動 （加速度30g）、沖擊 （加速度50g）、潮濕 （100% RH，-40～120℃） 以及鹽霧、腐蝕和油泥等污染的惡劣環(huán)境中，使得發(fā)動機控制系統(tǒng)傳感器出現(xiàn)故障的可能性增強，因此在實際應(yīng)用過程中要求時時檢測及保障測量精度和可靠性。

2.2.1 空氣流量傳感器

空氣流量傳感器，主要用于監(jiān)測發(fā)動機的燃燒條件、起動、點火等，并為計算供油量提供依據(jù)。它將吸入發(fā)動機的空氣量轉(zhuǎn)換成電信號送給ECU，通過空燃比初步確定基本噴油量。空氣流量傳感器實物見圖1，其布置位置見圖2。

圖1 空氣流量傳感器實物

2.2.2 進氣壓力傳感器

壓力傳感器主要以力學(xué)信號為媒介，把流量等參數(shù)與電信號聯(lián)系起來，可測量發(fā)動機的進氣壓力。進氣壓力傳感器可以根據(jù)發(fā)動機的負荷狀態(tài)測出進氣歧管內(nèi)的絕對壓力，并轉(zhuǎn)換成電信號和轉(zhuǎn)速信號一起送入微機，作為決定噴油器基本噴油量的依據(jù)。進氣壓力傳感器實物見圖3，布置位置見圖4。

圖2 空氣流量傳感器布置位置

圖3 進氣壓力傳感器實物

圖4 進氣壓力傳感器布置位置

2.2.3 節(jié)氣門位置傳感器

節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門上，用來檢測節(jié)氣門的開度。可把發(fā)動機的不同工況檢測輸入電子控制器（ECU），從而控制不同的噴油量。安裝在節(jié)氣門體上，可同時把節(jié)氣門開度、怠速、大負荷等信息轉(zhuǎn)變成電信號送給ECU。節(jié)氣門位置傳感器實物見圖5，布置位置見圖6。

圖5 節(jié)氣門位置傳感器實物

圖6 節(jié)氣門位置傳感器布置位置

2.2.4 水溫傳感器

水溫傳感器安裝在氣缸體上，提供發(fā)動機冷卻水溫度信息。把冷卻水溫度轉(zhuǎn)換為電信號，輸入ECU后有：①修正噴油量：當(dāng)?shù)蜏貢r增加噴油量；②修正點火提前角：低溫時增大點火提前角，高溫時，為防止爆燃，推遲點火提前角；③影響怠速控制閥：低溫時ECU根據(jù)水溫傳感信號控制怠速控制閥動作，提高轉(zhuǎn)速。水溫傳感器實物見圖7，布置位置見圖8。

圖7 水溫傳感器實物

圖8 水溫傳感器布置位置

2.2.5 凸輪軸位置傳感器

凸輪軸位置傳感器的功用是采集配氣凸輪軸的位置信號，并輸入ECU，以便ECU識別氣缸1壓縮上止點，從而進行順序噴油控制、點火時刻控制和爆燃控制。凸輪軸位置傳感器實物見圖9，布置位置見圖10。

圖9 凸輪軸位置傳感器實物

圖10 凸輪軸位置傳感器布置位置

2.2.6 曲軸位置傳感器

曲軸位置傳感器也稱曲軸轉(zhuǎn)角傳感器 （圖11），是微機控制的點火系統(tǒng)中最重要的傳感器，其作用是檢測上止點信號、曲軸轉(zhuǎn)角信號和發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號，并將其輸入微機，從而使微機能按氣缸的點火順序發(fā)出最佳點火時刻指令。曲軸位置傳感器可向ECU提供發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角位置、活塞行程位置信號及發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號。曲軸位置傳感器布置位置見圖12。

圖11 曲軸位置傳感器實物

2.2.7 爆燃傳感器

它被布置在發(fā)動機機體上，可檢測氣缸壓力、振動和燃燒噪聲，判斷發(fā)動機的爆燃程度，再通過調(diào)整點火來排除隱患。爆燃傳感器用于檢測發(fā)動機是否爆燃，當(dāng)發(fā)動機出現(xiàn)爆燃時，傳感器便產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，輸送給發(fā)動機ECU，ECU發(fā)出指令推遲點火提前角，以消除發(fā)動機爆燃。爆燃傳感器實物見圖13，布置位置見圖14。

圖13 爆燃傳感器實物

圖14 爆燃傳感器布置位置

2.2.8 氧傳感器

用來檢測發(fā)動機廢氣中的氧含量，進而向ECU輸送空燃比信號，ECU根據(jù)該信號進行噴油量的混合氣空燃比反饋修正控制，將混合氣濃度控制在理論空燃比附近，以使置于排氣管處的三元催化轉(zhuǎn)化器對排氣中HC、CO、NO的催化達到最佳效果。安裝在排氣管上，用于向ECU反饋實際空燃比信號，以此將實際空燃比收斂于理論值附近的狹窄范圍內(nèi)，形成閉環(huán)控制。氧傳感器實物見圖15，布置位置見圖16。

圖15 氧傳感器實物

圖16 氧傳感器布置位置

3 結(jié)束語

在當(dāng)前汽車實際的機件構(gòu)成中，電子控制系統(tǒng)屬于極其重要的構(gòu)成，汽車傳感器作為汽車電子控制的信號源，把汽車運行中的各種工況信息轉(zhuǎn)化成電信號輸送給中央控制單元，使汽車處于最佳工作狀態(tài)，在保證汽車穩(wěn)定良好運行方面發(fā)揮著重要的作用。本文主要介紹了汽車發(fā)動機上的8大傳感器的類型、作用及布置，可為汽車相關(guān)方面工作人員對汽車發(fā)動機傳感器的應(yīng)用提供借鑒與幫助，在此基礎(chǔ)上使傳感器在汽車控制系統(tǒng)的作用更好發(fā)揮，從而使汽車控制系統(tǒng)具有更完善的功能。