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發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器工作原理及故障排查

時(shí)間:2023-07-05 15:19:36來(lái)源:傳感器技術(shù)

導(dǎo)語(yǔ):?在電控多點(diǎn)燃油噴射系統(tǒng)中,精確測(cè)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)空氣量大小非常重要,該信號(hào)是電控單元精確計(jì)算噴油量的主要依據(jù)。

  測(cè)量進(jìn)氣量的傳感器,其作用是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量大小,并將進(jìn)氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入電控單元(ECU)以供計(jì)算確定噴油量。

  通常,測(cè)量空氣量方法的傳感器可分為兩種,進(jìn)氣歧管壓力傳感器(即負(fù)壓力型)和空氣流量傳感器。壓力傳感器檢測(cè)進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力,測(cè)量方法屬于間接測(cè)量法。

  由于空氣在進(jìn)氣歧管內(nèi)流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力波動(dòng),因此,使用壓力傳感器的測(cè)量精度不高,但控制系統(tǒng)的制造成本較低。有很多電噴發(fā)動(dòng)機(jī)不用空氣流量計(jì)而用歧管壓力傳感器,它和曲軸位置傳感器一起決定著發(fā)動(dòng)機(jī)工作的基本供油量。

  進(jìn)氣壓力傳感器基本工作原理

  進(jìn)氣壓力傳感器通過(guò)測(cè)量進(jìn)氣管中的絕對(duì)壓力來(lái)獲知空氣的密度,配合發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,計(jì)算出進(jìn)入的空氣量。這里需要說(shuō)明的是普通發(fā)動(dòng)機(jī)從節(jié)氣門到進(jìn)氣門之間的歧管一般是處于真空狀態(tài)的。除了增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)外。普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣動(dòng)力來(lái)自活塞的抽吸,也就是說(shuō),活塞端是主動(dòng)端,而節(jié)氣門平常是關(guān)閉的,這樣需求多于供給,于是歧管就會(huì)產(chǎn)生真空度。即使節(jié)氣門完全打開(kāi),由于空氣的流動(dòng)存在的阻力,有一定的滯后性,主動(dòng)端在于活塞,所以還是會(huì)產(chǎn)生真空,只是真空度較低而已。從這個(gè)道理我們也不難看出,為什么渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的功率。主要原因還在于空氣不是被動(dòng)吸入,而是被主動(dòng)灌入,空氣量大了,壓縮率也就高了,當(dāng)然功率也就大了。

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  發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),歧管壓力傳感器測(cè)量進(jìn)氣歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力和環(huán)境大氣壓之間的差值,使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。電腦板根據(jù)這個(gè)信號(hào)計(jì)算出精確的進(jìn)氣量,進(jìn)而使噴油嘴輸出一定寬度的噴油脈沖信號(hào),使混合氣濃度為最佳空燃比。

  進(jìn)氣壓力傳感器檢測(cè)的是節(jié)氣門后方的進(jìn)氣歧管的絕對(duì)壓力,它根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的大小檢測(cè)出歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的變化,然后轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓送至ECU,ECU依據(jù)信號(hào)電壓的大小,控制基本噴油量的大小。

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  圖中應(yīng)變電阻R1.R2.R3.R4.他們構(gòu)成惠思頓電橋并與硅膜片粘連在一起,硅膜片在歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力作用下可以變形,從而引起應(yīng)變電阻R值得變化,歧管內(nèi)的真空度越大,硅膜片的變形越大,從而電阻R的阻值變化也越大,即把硅膜片機(jī)械式的變化轉(zhuǎn)變成了電信號(hào),再有集成電路放大輸出至ECU。

  發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),隨著節(jié)氣門開(kāi)度的變化,進(jìn)氣歧管的真空度、絕對(duì)壓力以及輸出信號(hào)特性曲線均在變化。

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  發(fā)動(dòng)機(jī)工作,節(jié)氣門開(kāi)度越小,進(jìn)氣歧管的真空度越大,歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力就越小,輸出電壓也越小。節(jié)氣門開(kāi)度越大,進(jìn)氣歧管的真空度越小,歧管內(nèi)的絕對(duì)壓力就越大,輸出信號(hào)也越大,輸出信號(hào)與歧管內(nèi)絕對(duì)壓力的大小成正比。

  進(jìn)氣壓力傳感器的功用

  1、檢測(cè)節(jié)氣門后方進(jìn)氣管內(nèi)的進(jìn)氣壓力,計(jì)算進(jìn)氣量,決定基本噴油量和基本點(diǎn)火提前角。進(jìn)氣壓力越大,進(jìn)氣量越多,噴油越多,點(diǎn)火提前角越小。

  2、監(jiān)測(cè)廢氣循環(huán)量和油箱蒸汽回收量。

  3、與進(jìn)氣流量傳感器共用,提高檢測(cè)精度。

  進(jìn)氣壓力傳感器的種類

  在當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中,應(yīng)用較為廣泛的壓力傳感器按輸出信號(hào)分類有電壓型和頻率型兩種。電壓型壓力傳感器又可分為半導(dǎo)體壓敏電阻式和真空膜盒傳動(dòng)式兩種。頻率型壓力傳感器有電容式和表面彈性波式兩種。

  1、電壓型壓力傳感器

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  半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器

  半導(dǎo)體壓敏電阻式進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器由壓力轉(zhuǎn)換元件(硅膜片)和把轉(zhuǎn)換元件輸出信號(hào)進(jìn)行放大的混合集成電路組成。

  壓力轉(zhuǎn)換元件是利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)制成的硅膜片。硅膜片的一側(cè)是真空室,另一側(cè)導(dǎo)入進(jìn)氣歧管壓力,所以進(jìn)氣歧管內(nèi)絕對(duì)壓力越高,硅膜片的變形越大,其變形量與壓力成正比。附著在薄膜上的應(yīng)變電阻的阻值則產(chǎn)生與其變形量成正比的變化。利用這種原理,可把進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力的變化變換成電信號(hào)。

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  一般此種傳感器與 ECU有3根導(dǎo)線相連:ECU向傳感器供電的電源線,供電電壓一般為4.8-5.1V,傳感器的信號(hào)輸出線和傳感器的接地線。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),進(jìn)氣歧管的真空度高(絕對(duì)壓力低),傳感器的電阻值大,傳感器輸出1.5-2.1V的低電壓信號(hào);當(dāng)節(jié)氣門全開(kāi)時(shí),歧管真空度低(絕對(duì)壓力高),傳感器電阻小,傳感器輸出3.9-4.8V的高電壓信號(hào)。

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  真空膜盒傳動(dòng)的可變電感式進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器

  真空膜盒傳動(dòng)的可變電感式進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器主要由膜盒、鐵心、感應(yīng)線圈和電子電路等組成。

  膜盒是由薄金屬片焊接而成,其內(nèi)部被抽成真空,外部與進(jìn)氣歧管相通。外部壓力變化將使膜盒產(chǎn)生膨脹和收縮的變化。置于感應(yīng)線圈內(nèi)部的鐵芯和膜盒聯(lián)動(dòng)。感應(yīng)線圈由2個(gè)繞組構(gòu)成,其中一個(gè)與振蕩電路相連,產(chǎn)生交流電壓,在線圈周圍產(chǎn)生磁場(chǎng),另一個(gè)為感應(yīng)繞組,產(chǎn)生信號(hào)電壓。當(dāng)進(jìn)氣歧管壓力變化時(shí),膜盒帶動(dòng)鐵心在磁場(chǎng)中移動(dòng),使感應(yīng)線圈產(chǎn)生的信號(hào)電壓隨之變化。該信號(hào)電壓由電子電路檢波、整形和放大后,作為傳感器的輸出信號(hào)送至

  電控單元(ECU)。

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  由于這種傳感器是利用12V電源完成變壓作用的,所以拔下插座就無(wú)法檢查傳感器的好壞。檢測(cè)時(shí),將萬(wàn)用表(電壓擋)的表筆分別插入導(dǎo)線連接器與兩端子接觸,測(cè)量其輸出電壓。測(cè)量方法如下:在不動(dòng)插座的情況下閉合點(diǎn)火開(kāi)關(guān)(ON),將萬(wàn)用表表筆與Vs、E端子接觸。在開(kāi)放真空管道、加上大氣壓的情況下,電壓值約為1.5V,而在用嘴巴對(duì)真空管道吸氣的情況下,電壓值應(yīng)從1.5V起向降低方向變化;發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電壓值約為0.4V ,而當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí),此電壓值也升高。

  2、頻率型壓力傳感器

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  3、電容式進(jìn)氣壓力傳感器

  電容式進(jìn)氣壓力傳感器是用氧化鋁膜片和底板彼此靠近排列形成電容,利用電容膜片上下壓力差而改變的性質(zhì),獲得與壓力成正比的電容值信號(hào)。將電容連接到傳感器混合集成電路的震蕩電路中,傳感器產(chǎn)生可變頻率的信號(hào)。輸出頻率與進(jìn)氣壓力成正比,在80.120Hz之間變化。

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  4、表面彈性波式進(jìn)氣壓力傳感器

  表面彈性波式進(jìn)氣壓力傳感器是在一塊壓電基片上用超聲波方法加工出一個(gè)薄膜敏感區(qū),上面刻制換能器(壓敏SAW延時(shí)線),換能器與電路組合成振蕩器。換能器是在拋光的壓電基片上設(shè)置2個(gè)金屬叉指構(gòu)成,若在輸入換能叉指T1上加電信號(hào),便由逆壓電效應(yīng)在基片壽面激勵(lì)起彈性表面波,傳播到換能文指T2轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)放大后反饋到T1以便保持振蕩狀態(tài)。表面彈性波(SAW)在2個(gè)換能叉指之間的傳播時(shí)間即是所獲得的延遲時(shí)間,其大小取決于2個(gè)換能叉指間的距離。由于導(dǎo)入的進(jìn)氣歧管壓力作用于壓電基片上,壓力變化將在薄膜敏感區(qū)產(chǎn)生應(yīng)變,即使換能叉指間距離發(fā)生變化。因而,表面彈性波傳播的延遲時(shí)間相應(yīng)變化。這樣,根據(jù)與延遲時(shí)間成反比的振蕩頻率,即可輸出壓力信號(hào)。

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  頻率型壓力傳感器信號(hào)電壓一般是5V或12V。當(dāng)空氣流量變化時(shí),電壓始終不變,而輸出的脈沖頻率發(fā)生變化,因此不能根據(jù)測(cè)量電壓高低確定流量變化。檢測(cè)時(shí)用萬(wàn)用表找到壓力傳感器的頻率信號(hào)輸出線,將汽車萬(wàn)用表打到“DC”擋,按SELECT功能選擇鍵轉(zhuǎn)換成“DC+Hz”擋。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸加速觀察,主顯示直流電壓和副顯示上的頻率,是否隨轉(zhuǎn)速變化而變化,一般的頻率型的壓力傳感器隨著進(jìn)氣量的增加頻率也在改變。

  發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力傳感器的故障表現(xiàn)及檢測(cè)

  

  發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作

  怠速不穩(wěn)

  經(jīng)常熄火

  不能啟動(dòng)

  油耗驚人。

  2、檢測(cè)方法

  2.1傳感器電源電壓的檢測(cè)

  A、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“OFF”位置,拔下進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器的導(dǎo)線連接器,

  B、將點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于“ON”位置(不起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)),用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量導(dǎo)線連接器中電源端VCC和接地端E2之間的電壓。其電壓值應(yīng)為4.5-5.5V。如有異常,應(yīng)檢查進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器與ECU之間的線路是否導(dǎo)通。若斷路,應(yīng)更換或修理線束。

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  2.2傳感器輸出電壓的檢測(cè)

  A、接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。

  B、脫開(kāi)進(jìn)氣室一側(cè)的真空軟管。

  C、用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量ECU插接器側(cè)進(jìn)氣壓力傳感器PIM-E2端子間在大氣壓力狀態(tài)下的輸出電壓,并記下這一電壓值。

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  D、用手提式真空泵向進(jìn)氣壓力傳感器內(nèi)施加真空,從13.3kPa (100mmHg)起,每次遞增13.3kPa(100mmHg),一直增加到66.7kPa (500 mmHg)為止,測(cè)量在不同真空度下傳感器PIM-E2端子間的輸出電壓。該電壓應(yīng)能隨真空度的增大而不斷上升。將不同真空度下的輸出電壓下降量與標(biāo)準(zhǔn)值相比較,如不符,應(yīng)更換進(jìn)氣歧管壓力傳感器。

  3、進(jìn)氣壓力傳感器檢修步驟

  3.1讀資料,讀圖,識(shí)別電路

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  3.3檢測(cè)方法

  故障診斷儀:讀取故障碼、讀取數(shù)據(jù)流。

  萬(wàn)用表:流量信號(hào)、搭鐵線、電源線

  示波器:測(cè)量流量信號(hào)波形

  3.4萬(wàn)用表檢測(cè)

  信號(hào)線:接腳PIM與E2間的動(dòng)態(tài)信號(hào)電壓,隨進(jìn)氣壓力增大而增大,大氣壓3.3V~3.9V。

  搭鐵線:插頭E2與搭鐵間的搭鐵電阻電阻,應(yīng)為0Ω。

  電源線:插頭ACC與搭鐵間的供電電壓,應(yīng)為4.5-5.5V。


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