2.3 電控燃油噴射系統(tǒng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理

2.3.1 歧管壓力傳感器

1．歧管壓力傳感器的作用

歧管壓力傳感器（圖2.25）用于測量發(fā)動機的進氣量，又稱為進氣歧管絕對壓力傳感器或進氣絕對壓力傳感器。歧管壓力傳感器采用間接測量方式測量進氣量，即依據(jù)發(fā)動機的負荷變化測出進氣歧管內(nèi)絕對壓力值，進而測算發(fā)動機的進氣量。

2．歧管壓力傳感器的分類

歧管壓力傳感器按其信號產(chǎn)生的原理可分為電容式、半導(dǎo)體壓敏電阻式、膜盒傳動的可變電感式和表面彈性波式等。其中電容式和半導(dǎo)體壓敏電阻式歧管壓力傳感器在D型燃油噴射系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

1）電容式歧管壓力傳感器

電容式歧管壓力傳感器（MAP）利用傳感器的電容效應(yīng)測量進氣歧管絕對壓力，主要由氧化鋁膜片及厚膜電極等構(gòu)成，如圖2.26所示。

壓力轉(zhuǎn)換元件由可產(chǎn)生電容效應(yīng)的厚膜電極構(gòu)成，電極被附在氧化鋁膜片上。當發(fā)動機進氣歧管絕對壓力變化時，可使氧化鋁膜片產(chǎn)生變形，導(dǎo)致傳感器電極的電容產(chǎn)生相應(yīng)變化，引起與其相關(guān)的振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生相應(yīng)變化。

ECU則根據(jù)傳感器輸出信號的頻率便可確定進氣歧管的絕對壓力。其信號頻率和進氣歧管絕對壓力值成正比，該頻率在80～120Hz范圍內(nèi)變化。

2）半導(dǎo)體壓敏電阻式歧管壓力傳感器

半導(dǎo)體壓敏電阻式歧管壓力傳感器利用半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)測量進氣歧管的絕對壓力，主要由壓力轉(zhuǎn)換元件和將轉(zhuǎn)換元件輸出信號進行放大的混合集成電路等構(gòu)成，如圖2.27所示。

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。硅膜片為約3mm2的正方形，其上面是真空室，而另一面則導(dǎo)入進氣歧管壓力，如圖2.28所示。其中部經(jīng)光刻、腐蝕形成直徑約2mm，厚約50mm的薄膜，薄膜周圍安置有4個應(yīng)變電阻，且以惠斯頓電橋方式連接而成。

當硅膜片受力變形時，其中應(yīng)變電阻R2和R4受拉，其電阻值隨應(yīng)力增加而增加；而應(yīng)變電阻R1和R3受壓，電阻變化則相反，即隨應(yīng)力增加而減小，使惠斯頓電橋失去平衡，有信號輸出；此外，進氣歧管絕對壓力越大，硅膜片受力變形越大，輸出的信號越強烈。該傳感器的輸出信號電壓具有隨進氣歧管絕對壓力的增大而呈線性增大的特性。

由于輸出信號較弱，需用混合集成電路進行放大后再輸出。該電路采用了差動電橋放大方式，可明顯提高傳感器靈敏度。

該類傳感器具有尺寸小、精度高、成本低、響應(yīng)性好、通用性強和測量范圍廣等優(yōu)點，是目前進氣壓力傳感器中最先進的一種，應(yīng)用廣泛。

3）膜盒傳動的可變電感式（LVDT）歧管壓力傳感器

膜盒傳動的可變電感式歧管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，如圖2.29所示。

膜盒是由薄金屬片焊接而成，其內(nèi)部被抽成真空，外部與進氣歧管相通，膜盒外表壓力變化將使其產(chǎn)生膨脹和收縮。置于感應(yīng)線圈內(nèi)部的鐵心與膜盒聯(lián)動。

感應(yīng)線圈由兩個繞組構(gòu)成，如圖2.30所示，一個與振蕩電路相連，產(chǎn)生交流電壓，在線圈周圍產(chǎn)生磁場；另一個為感應(yīng)繞組，用于產(chǎn)生信號電壓。

當進氣歧管壓力變化時，膜盒帶動鐵心在磁場中移動，使感應(yīng)線圈產(chǎn)生的信號電壓隨之變化，再將該電壓信號送到電子電路，后經(jīng)檢波、整形和放大后，作為傳感器的輸出信號送至ECU。

4）表面彈性波式（SAW）歧管壓力傳感器

表面彈性波式（SAW）歧管壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖2.31所示，在一塊壓電基片上用超聲波加工出一薄膜敏感區(qū)，上面刻制換能器（壓敏SAW延時線），換能器與電路組合成振蕩器。

為了提高測量精度，補償溫度對基片的影響，在薄膜敏感區(qū)邊緣設(shè)置一只性能相同的換能器（溫基SAW延時線）。換能器是由在拋光的壓電基片上設(shè)置兩個金屬叉指構(gòu)成，若在輸入換能叉指T1上加電信號，便因逆壓電效應(yīng)在基片表面上激勵起彈性表面波，傳播到換能叉指T2轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大后反饋到T1，以便保持振蕩狀態(tài)。

表面彈性波（SAW）在兩個換能叉指之間的傳播時間即是所獲得的延遲時間，其大小取決于兩換能叉指間的距離。由于導(dǎo)入的歧管壓力作用于壓電基片上，壓力變化使得薄膜敏感區(qū)產(chǎn)生應(yīng)變，即換能叉指間距離發(fā)生變化，引起表面彈性波傳播的延遲時間相應(yīng)變化。根據(jù)與延遲時間成反比的振蕩頻率，即可輸出絕對壓力信號。

2.3.2 空氣流量傳感器

1．空氣流量傳感器的作用

空氣流量傳感器（AFS）又稱為空氣流量計（AFM），一般安裝在進氣道中空氣濾清器的后方（圖2.32），用于檢測發(fā)動機的進氣量，并將進氣量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入ECU，以供ECU計算確定噴油時間（即噴油量）和點火時間，是發(fā)動機ECU計算噴油時間和點火時間的主要依據(jù)。

2．空氣流量傳感器的分類

目前車用空氣流量傳感器主要有翼片式空氣流量傳感器、卡門渦旋式空氣流量傳感器和熱式空氣流量傳感器等。

1）翼片式空氣流量傳感器

（1）翼片式空氣流量傳感器的結(jié)構(gòu)。翼片式空氣流量傳感器（圖2.33）由測量板（葉片）、緩沖板、阻尼室、旁通氣道、怠速調(diào)整螺釘、回位彈簧等組成。此外，其內(nèi)部還設(shè)有電動汽油泵開關(guān)及進氣溫度傳感器等，如圖2.34所示。

當點火開關(guān)接通而不起動發(fā)動機時，電動汽油泵開關(guān)控制電動汽油泵不工作，一旦翼片式空氣流量傳感器中有空氣流過時，此開關(guān)閉合，電動汽油泵開始工作。

翼片由測量葉片和緩沖葉片組成，兩者鑄成一體。葉片轉(zhuǎn)軸安裝在殼體上，轉(zhuǎn)軸一端裝有螺旋回位彈簧。

當回位彈簧的彈力與吸入空氣氣流對測量葉片的推力平衡時，葉片即處于穩(wěn)定位置。測量葉片隨進氣量的變化在空氣主通道內(nèi)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，緩沖葉片在緩沖室內(nèi)與其同步偏轉(zhuǎn)，緩沖室對葉片起阻尼作用。當發(fā)動機吸入空氣量急劇變化和氣流脈動時減小翼片的脈動，使翼片運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

在空氣流量傳感器空氣主通道的下方設(shè)置有空氣旁通通道，在旁通通道的一側(cè)安置了可改變旁通空氣量的CO調(diào)整螺釘，以便在小空氣流量時對空氣流量傳感器的輸出特性進行調(diào)節(jié)。

發(fā)動機怠速時的A/F，因發(fā)動機、燃油噴射裝置及系統(tǒng)的不同，會出現(xiàn)若干偏差，因此也同樣需要通過調(diào)整旁通通道面積，使空氣流量傳感器的輸出與目標值一致。

電位計安裝在空氣流量傳感器殼體上方，內(nèi)裝有平衡配重、滑臂、回位彈簧、調(diào)整齒扇和印刷電路板等，如圖2.35所示。

螺旋回位彈簧的一端固定在翼片轉(zhuǎn)軸上，另一端固定在調(diào)整齒扇上。調(diào)整齒扇用卡簧定位，其上有刻度標記。改變調(diào)整齒扇的固定位置，可調(diào)整回位彈簧的預(yù)緊力，使用中用以調(diào)整空氣流量傳感器的輸出特性。

翼片轉(zhuǎn)軸上端裝著平衡配重和滑臂，隨翼片一起動作，滑臂與印刷電路板上的鍍膜電阻接觸，并在其上滑動。

印刷電路板采用陶瓷基鍍膜工藝制成，由可變電阻、汽油泵開關(guān)和進氣溫度傳感器電路組成。

可變電阻的中央抽頭是與翼片轉(zhuǎn)軸聯(lián)動的滑臂，且通過接線連接器將進氣量信號輸出。汽油泵開關(guān)觸點也受翼片轉(zhuǎn)軸的控制，當翼片處于靜止位置時，汽油泵控制觸點被頂開，切斷汽油泵電路；當翼片偏轉(zhuǎn)時，觸點閉合，接通汽油泵電路。進氣溫度傳感器安裝在空氣流量計主空氣通道的進氣口上。

由于不同溫度時的空氣密度不同，因此不同溫度下同一體積的空氣具有不同的質(zhì)量。翼片式空氣流量傳感器只能測進氣量而不能測進氣質(zhì)量。利用進氣溫度傳感器，可對進氣量信號進行修正，以提高進氣量的測量精度。

（2）翼片式空氣流量傳感器的工作原理。如圖2.36所示，當空氣通過空氣流量傳感器主通道時，翼片將受到吸入空氣氣流的壓力及回位彈簧的彈力作用，當空氣流量增大，則氣流壓力增大，使翼片逆時針偏轉(zhuǎn)α角，直到兩力平衡為止。

與此同時，電位計中的滑臂與翼片同軸旋轉(zhuǎn)，使得滑片電阻輸出電位VS提高，即電壓US減小。ECU則根據(jù)空氣流量傳感器輸出的US/UB電壓比信號，測量發(fā)動機的進氣量。US/UB信號與空氣流量成反比，且線性下降，當吸入的空氣流量減小時，翼片轉(zhuǎn)角α減小，US電壓值上升，則US/UB的電壓比值隨之增大。

2）卡門渦旋式空氣流量傳感器

直接用電子方法測量進氣量，與翼片式空氣流量傳感器相比，具有體積小、質(zhì)量輕、進氣道簡單、進氣阻力小等優(yōu)點。

卡門渦旋式空氣流量傳感器（Karman Scroll Type Air Flow Meter）在進氣管道中央設(shè)置一個錐體狀的渦流發(fā)生器，當空氣流過時，在渦流發(fā)生器的后部將會不斷產(chǎn)生稱之為卡門渦旋的渦流串，若測出卡門渦流的頻率便可感知進氣量的大小。

按照渦旋數(shù)的檢測方式不同，卡門渦旋式空氣流量傳感器有超聲波檢測方式和反光鏡檢測方式兩種。

采用超聲波檢測方式的卡門渦旋式空氣流量傳感器，如圖2.37所示。

利用卡門渦旋引起的空氣疏密度變化進行測量，用接收器接收連續(xù)發(fā)射的超聲波信號，因接收到的信號隨空氣疏密度的變化而變化，由此即可測得渦旋頻率，從而測得空氣流量。

在卡門渦旋發(fā)生區(qū)空氣通道的兩側(cè)，分別裝上超聲波發(fā)生器5和超聲波接收器8，超聲波發(fā)射頭4沿渦旋的垂直方向發(fā)射超聲波，由于渦旋使超聲波的傳播速度發(fā)生變化，超聲波受到周期性的調(diào)制，使其振幅、相位、頻率發(fā)生變化。

這種被調(diào)制后的超聲波被超聲波接收器接收后，變換成相應(yīng)的電壓，再經(jīng)整形、放大電路，形成與渦旋數(shù)目相應(yīng)的矩形脈沖信號，然后送入發(fā)動機ECU作為空氣流量信號。

采用反光鏡檢測方式的卡門渦旋式空氣流量傳感器，如圖2.38所示。

將卡門渦旋發(fā)生器兩側(cè)的壓力變化，通過導(dǎo)壓孔而引向薄金屬制成的反光鏡表面，使反光鏡產(chǎn)生振動，反光鏡一邊振動，一邊將發(fā)光二極管發(fā)射來的光反射給光電晶體管，渦旋頻率在壓力作用下轉(zhuǎn)換成鏡面的振動頻率，鏡面的振動頻率通過光電耦合器轉(zhuǎn)換成脈沖信號，進氣量愈大，脈沖信號的頻率愈高；進氣量愈小，脈沖信號頻率愈低。ECU根據(jù)該脈沖信號的頻率檢測進氣量（當然也要經(jīng)過進氣溫度修正）和基準點火提前角。

由于卡門渦旋式空氣流量傳感器沒有可動部件，反應(yīng)靈敏，測量精度高，故應(yīng)用廣泛。

卡門渦旋式空氣流量傳感器與翼片式空氣流量傳感器直接測得的均是空氣的體積流量，因此在空氣流量傳感器內(nèi)均裝有進氣溫度傳感器，以便對隨氣溫而變化的空氣密度進行修正，從而正確計算出進氣的質(zhì)量流量。

3）熱式空氣流量傳感器

熱式空氣流量傳感器有熱線式和熱膜式兩種形式，直接檢測發(fā)動機吸入空氣的質(zhì)量流量，檢測原理完全相同。

熱線式空氣流量傳感器的檢測元件是鉑金屬絲，熱膜式空氣流量傳感器的檢測元件是鉑金屬膜。鉑金屬檢測元件的響應(yīng)速度很快，能在幾毫秒內(nèi)反映出空氣流量的變化，因此測量精度不受進氣氣流脈動的影響（氣流脈動在發(fā)動機大負荷、低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時最為明顯）。此外還具有進氣阻力小、無磨損部件等優(yōu)點，目前大多數(shù)中高檔轎車都采用這種傳感器。

熱線式與熱膜式空氣流量傳感器主要由發(fā)熱元件（熱線或熱膜）、溫度補償電阻（冷絲或冷膜）、信號取樣電阻和控制電路等組成。

（1）熱線式空氣流量傳感器。傳感器殼體兩端設(shè)置有與進氣道相連接的圓形連接接頭，空氣入口和出口都設(shè)有防止傳感器受到機械損傷的防護網(wǎng)。傳感器入口與空氣濾清器一端的進氣管連接，出口與節(jié)氣門體一端的進氣管連接，如圖2.39所示。

傳感器內(nèi)部套裝有一個取樣管，管中設(shè)有一根直徑很小（約70μm）的鉑金屬絲作為發(fā)熱元件，稱為熱線，并制作成Π形張緊在取樣管內(nèi)。

由于進氣溫度變化會使熱線的溫度發(fā)生變化而影響進氣量的測量精度，因此在熱線附近的氣流上游設(shè)有一只溫度補償電阻。該溫度補償電阻相當于一只進氣溫度傳感器，其電阻值隨進氣溫度的變化而變化。當進氣溫度降低（或升高）使發(fā)熱元件的電阻值減小（或增大）時，溫度補償電阻的電阻值也會減小（或增大）。

溫度補償電阻的溫度起到參考基準的作用，控制電路提供的電流將使溫度補償電阻的溫度始終低于發(fā)熱元件的溫度（120℃），使進氣溫度的變化不至于影響發(fā)熱元件（熱線）測量進氣量的精度。

（2）熱膜式空氣流量傳感器。熱膜式空氣流量傳感器（圖2.40）對熱線式空氣流量傳感器進行了改進，其發(fā)熱元件采用平面形鉑金屬薄膜（厚約200μm）電阻器，故稱為熱膜電阻。

捷達AT、GTX和桑塔納2000GSi型轎車均采用了熱膜式空氣流量傳感器。

熱膜式空氣流量傳感器內(nèi)部的進氣通道上設(shè)有一個矩形護套（相當于取樣管），熱膜電阻設(shè)在護套內(nèi)。為了防止污物沉積到熱膜電阻上影響測量精度，在護套的空氣入口側(cè)設(shè)有空氣過濾網(wǎng)，用于過濾空氣中的污物。

為了防止進氣溫度變化使測量精度受到影響，在熱膜電阻附近的氣流上游設(shè)有鉑金屬膜式溫度補償電阻，如圖2.41所示。

溫度補償電阻和熱膜電阻與傳感器內(nèi)部控制電路連接，控制電路與線束連接器插座連接，線束插座設(shè)在傳感器殼體中部。

熱膜式空氣流量傳感器與熱線式空氣流量傳感器相比，由于熱膜電阻的電阻值較大，所以消耗電流較小，使用壽命較長，但其發(fā)熱元件表面制作有一層絕緣保護膜，起到輻射熱傳導(dǎo)作用，因而響應(yīng)特性略低于熱線式空氣流量傳感器。

3．空氣流量傳感器的性能比較

空氣流量傳感器的性能比較見表2-1。

2.3.3 節(jié)氣門位置傳感器

1．節(jié)氣門位置傳感器的作用

發(fā)動機工況（如起動、怠速、加速、減速、小負荷和大負荷等）不同，對混合氣濃度的要求也不相同。節(jié)氣門位置傳感器（圖2.42）將節(jié)氣門開度（即發(fā)動機負荷）大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氚l(fā)動機ECU，以便確定A/F的大小。

在裝備電子控制自動變速器的汽車上，節(jié)氣門位置傳感器信號還要輸入變速器ECU，作為確定變速器換擋時機和變矩器鎖止時機的主要信號。

節(jié)氣門位置傳感器（TPS）一般都安裝在節(jié)氣門體上節(jié)氣門軸的一端（圖2.43）。

2．節(jié)氣門位置傳感器的分類

按結(jié)構(gòu)不同，節(jié)氣門位置傳感器分為觸點式、可變電阻式、觸點與可變電阻組合式3種類型；按輸出信號的類型不同，節(jié)氣門位置傳感器可分為線性（量）輸出型和開關(guān)（量）輸出型。

1）觸點式節(jié)氣門位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)特點。觸點式節(jié)氣門位置傳感器主要由節(jié)氣門軸、大負荷觸點（又稱為功率觸點）、凸輪、怠速觸點和接線插座組成，如圖2.44所示。

凸輪隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動，節(jié)氣門軸隨節(jié)氣門開度（發(fā)動機負荷）大小的變化而變化。

（2）輸出特性。當節(jié)氣門關(guān)閉時，怠速觸點閉合、功率觸點斷開，怠速觸點輸出端子輸出的信號為低電平“0”，功率觸點輸出的信號為高電平“1”。

ECU接收到TPS輸入的信號時，如果車速傳感器輸入ECU的信號表示車速為零，則ECU判定發(fā)動機處于怠速狀態(tài)，并控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而不致熄火。

如果車速傳感器輸入ECU的信號表示車速不為零，則ECU判定發(fā)動機處于減速狀態(tài)運行，并控制噴油器停止噴油，以降低排放和提高經(jīng)濟性。

當節(jié)氣門開度增大時，凸輪隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動并將怠速觸點（IDL）頂開，如果功率觸點（PSW）保持斷開狀態(tài)，則IDL端子和PSW端子都將輸出高電平“1”。

ECU接收到這兩個高電平信號時，將判定發(fā)動機處于部分負荷狀態(tài)，此時ECU根據(jù)空氣流量傳感器信號和曲軸轉(zhuǎn)速信號計算確定噴油量，保證發(fā)動機的經(jīng)濟性和排放性能。

當節(jié)氣門接近全部開啟（80%以上負荷）時，凸輪轉(zhuǎn)動使端子PSW閉合，端子PSW輸出低電平“0”, IDL端子保持斷開而輸出高電平“1”。ECU接收到這兩個信號時，將判定發(fā)動機處于大負荷狀態(tài)運行，并控制噴油器增加噴油量，保證發(fā)動機輸出足夠的功率，故大負荷觸點稱為功率觸點。

在此狀態(tài)下，控制系統(tǒng)將進入開環(huán)控制模式，ECU不采用氧傳感器信號。如果此時空調(diào)系統(tǒng)仍在工作，則ECU將中斷空調(diào)主繼電器信號約15s，以便切斷空調(diào)電磁離合器線圈電流，使空調(diào)壓縮機停止工作，增大發(fā)動機的輸出功率，提高汽車的動力性。

2）組合式節(jié)氣門位置傳感器

（1）結(jié)構(gòu)特點。組合式節(jié)氣門位置傳感器主要由可變電阻滑動觸點、節(jié)氣門軸、怠速觸點和殼體組成，如圖2.45所示。

可變電阻為鍍膜電阻，制作在傳感器底板上，可變電阻的滑臂隨節(jié)氣門軸一同轉(zhuǎn)動，滑臂與輸出端子VTA連接。

（2）輸出特性。怠速觸點輸出特性如圖2.46（a）所示。當節(jié)氣門關(guān)閉或開度小于1.2°時，怠速觸點閉合，其輸出端子IDL輸出低電平“0”；當節(jié)氣門開度大于1.2°時，怠速觸點斷開，輸出端子IDL輸出高電平“5V”。

當節(jié)氣門開度變化時，可變電阻的滑臂便隨節(jié)氣門軸轉(zhuǎn)動，滑臂上的觸點便在鍍膜電阻上滑動，傳感器的輸出端子VTA與E2之間的信號電壓隨之發(fā)生變化，如圖2.46（b）所示，節(jié)氣門開度越大，輸出電壓越高。

傳感器輸出的線性信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再輸入ECU。

2.3.4 曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器

ECU控制噴油器噴油和控制火花塞跳火時，先要確定哪一個氣缸的活塞即將到達壓縮行程上止點和排氣行程上止點，然后才能根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角信號控制噴油提前角與點火提前角。

曲軸位置傳感器（圖2.47）又稱為發(fā)動機轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)角傳感器，用于采集發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角信號并輸入ECU，以便計算確定并控制噴油提前角與點火提前角。

凸輪軸位置傳感器又稱為氣缸識別傳感器（CIS）用于采集配氣凸輪軸的位置信號并輸入ECU，以便確定活塞處于壓縮（或排氣）行程上止點的位置。由于大多數(shù)汽車將曲軸與凸輪軸兩種位置傳感器制成一體，故同類型傳感器的工作原理完全相同。

曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器分為磁感應(yīng)式、霍爾式和光電式幾類。豐田系列轎車采用磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器；捷達AT、CTX型，桑塔納2000GSi型，奧迪200型轎車采用磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器和霍爾式凸輪軸位置傳感器；紅旗CA7220E型轎車和切諾基吉普車采用霍爾式曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器，且曲軸位置傳感器為差動霍爾式傳感器；日產(chǎn)公爵王轎車、三菱與獵豹吉普車采用光電式曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器。

關(guān)于曲軸位置傳感器和凸輪軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)原理，可參閱本教材的姊妹篇《汽車電氣設(shè)備（第2版）》（本書參考文獻 [2]）的相關(guān)內(nèi)容，為節(jié)省篇幅，本書不再贅述。

2.3.5 氧傳感器

1．氧傳感器的作用

氧傳感器是排氣氧傳感器（EGOS）的簡稱，又稱為氧含量傳感器、入傳感器（圖2.48）。氧傳感器安裝在發(fā)動機排氣管上（圖2.49），通過監(jiān)測排氣中氧離子的含量獲得混合氣的A/F信號，并將A/F信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氚l(fā)動機ECU。

ECU根據(jù)氧傳感器信號對噴油時間進行修正，實現(xiàn)A/F反饋控制（閉環(huán)控制），從而將A/F控制在14.7左右，使發(fā)動機得到最佳濃度的混合氣，從而達到降低有害氣體排放和節(jié)約燃油的目的。

2．氧傳感器的分類

氧傳感器分為氧化鋯（ZrO2）式和氧化鈦（TiO2）式兩種類型。氧化鋯式氧傳感器又分為加熱型與非加熱型氧傳感器兩種，氧化鈦式一般都為加熱型傳感器。由于氧化鈦式氧傳感器價格比氧化鋯式便宜，且不易受到硅離子的腐蝕，因此為越來越多的汽車采用。

1）氧化鋯式氧傳感器結(jié)構(gòu)原理

（1）結(jié)構(gòu)特點。氧化鋯式氧傳感器主要由鋼質(zhì)護管、鋼質(zhì)殼體、鋯管、加熱元件、電極引線、防水護套和線束連接器等組成，如圖2.50所示。

鋯管是在二氧化鋯固體電解質(zhì)粉末中添加少量的添加劑，經(jīng)壓力成型后，再燒結(jié)而成的陶瓷管。鋯管制作成試管形狀，以便氧離子能均勻擴散與滲透。鋯管內(nèi)表面通大氣，外表面通排氣，為了防止發(fā)動機排出的廢氣腐蝕外層鉑電極，在外層鉑電極表面還涂敷有陶瓷保護層。

在鋯管的內(nèi)、外表面都涂覆有一層金屬鉑作為電極，并用金屬線與傳感器信號輸出端子連接。金屬鉑作為電極將信號電壓引出傳感器，同時還起催化作用。在催化劑鉑的作用下，當發(fā)動機排氣中的一氧化碳（CO）與氧氣（O2）接觸時，則生成二氧化碳（CO2）無害氣體。

氧化鋯陶瓷管的強度很低，而且安裝在排氣管上承受排氣壓力沖擊，為了防止鋯管受排氣壓力沖擊而造成陶瓷管破碎，將鋯管封裝在鋼質(zhì)護管內(nèi)。護管上制有若干個小孔以便于排氣流通。在鋼質(zhì)殼體上制有六角對邊的螺紋，以便于安裝和拆卸傳感器。

氧化鋯式氧傳感器有加熱型與非加熱型兩種。國產(chǎn)轎車大都采用非加熱型氧傳感器，其線束連接器只有一個或兩個接線端子；中高檔轎車大都采用加熱型氧傳感器，其線束連接器有3個或4個接線端子。加熱器采用陶瓷加熱元件制成，設(shè)在鋯管內(nèi)側(cè)，由汽車電源通入電流進行加熱。

由于氧化鋯式氧傳感器在300℃以上的環(huán)境中時，才能輸出穩(wěn)定的信號電壓，因此，加熱的目的是保證低溫（排氣溫度在150～200℃以下）時，氧傳感器就能投入工作，從而減少有害氣體的排放量。

（2）測量原理。氧化鋯式氧傳感器的測量原理如圖2.51所示。

鋯管內(nèi)側(cè)與氧離子濃度高的大氣相通，外側(cè)與氧離子濃度低的排氣相通，且鋯管外側(cè)的氧離子隨可燃混合氣濃度變化而變化。

當氧離子在鋯管中擴散時，鋯管內(nèi)外表面之間的電位差將隨可燃混合氣濃度變化而變化，即鋯管相當于一個氧濃差電池，傳感器的信號源相當于一個可變電源。

（3）工作特性。氧化鋯式氧傳感器的工作特性如圖2.52所示。

當供給發(fā)動機的可燃混合氣較濃（即A/F小于14.7）時，排氣中氧離子含量較少、CO濃度較大。在鋯管外表面催化劑鉤的催化作用下，氧離子幾乎全部都與CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2氣體，使外表面上氧離子濃度為零。

由于鋯管內(nèi)表面與大氣相通，氧離子濃度很大，因此鋯管內(nèi)、外表面之間的氧離子濃度差較大，兩個鉑電極之間的電位差較高，約為0.9V。

當供給發(fā)動機的可燃混合氣較稀時，排氣中氧離子含量較多、CO濃度較小，即使CO全部都與氧產(chǎn)生化學反應(yīng)，鋯管外表面上還是有多余的氧離子存在，因此鋯管內(nèi)、外表面之間氧離子的濃度差較小，兩個鉑電極之間的電位差較低，約為0.1V。

當A/F接近于理論A/F（14.7）時，排氣中的氧離子和CO都很少。在催化劑鉤的作用下，氧離子與CO的反應(yīng)從缺氧狀態(tài)（CO過剩、氧離子濃度為零）變化為富氧狀態(tài)（CO為零、氧離子過剩）。由于氧濃度差急劇變化，因此鉑電極之間的電位差急劇變化，使傳感器輸出電壓從0.9V急劇變化到0.1V。

當可燃混合氣濃時，如果沒有催化劑鉑的催化作用使氧離子濃度急劇減小到零，在混合氣由濃變稀時，固體電解質(zhì)兩側(cè)氧離子的濃度差將連續(xù)變化，傳感器的電動勢將按曲線3連續(xù)變化，即電動勢不會出現(xiàn)突變現(xiàn)象。這正是氧化鋯式氧傳感器必須定期（汽車每行駛8×104km）更換的原因，因為在使用過程中燃油和潤滑油硫化產(chǎn)生的硅酮等顆粒物質(zhì)附著在鉑電極表面上會導(dǎo)致鉑電極逐漸失效，同時傳感器內(nèi)部端子處用于防水的硅橡膠會逐漸污染內(nèi)側(cè)電極。

（4）工作條件。氧化鋯式氧傳感器必須滿足以下3個條件，才能正常調(diào)節(jié)混合氣濃度。

①發(fā)動機工作在怠速工況和部分負荷工況。

②發(fā)動機溫度高于60℃。

③氧傳感器自身溫度高于300℃。

氧傳感器安裝在溫度較高的排氣管上，為了使氧傳感器迅速達到工作溫度（300℃）而投入工作，現(xiàn)代汽車采用了加熱器對鋯管進行加熱。加熱器一般采用陶瓷加熱元件制成，并引出兩個電極直接由汽車電源（12～14V）通電進行加熱，加熱器的加熱溫度一般設(shè)定為300℃。

2）氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理

（1）結(jié)構(gòu)特點。氧化鈦式氧傳感器的外形與氧化鋯式氧傳感器相似，主要由二氧化鈦傳感元件、鋼質(zhì)殼體、加熱元件和電極引線等組成，如圖2.53所示。

鋼質(zhì)殼體上制有螺紋，以便于傳感器安裝。氧化鈦式氧傳感器不需要與大氣壓進行比較，因此傳感元件的密封與防水十分方便，利用玻璃或滑石粉等密封即可達到使用要求。

此外，在電極引線與護套之間設(shè)置一個硅橡膠密封襯墊，可以防止水浸入傳感器內(nèi)部而腐蝕電極。

氧化鈦傳感元件目前使用較多的有芯片式和厚膜式兩種。

加熱元件用鎢絲或陶瓷材料制成，加熱的目的是使傳感元件二氧化鈦的溫度保持恒定，從而使傳感器的輸出特性不受溫度影響。二氧化鈦是一種多孔性的陶瓷材料，達到激活溫度（規(guī)定溫度為600℃）需要的時間很短，這對降低發(fā)動機剛剛起動后HC的排放量十分有利。

（2）測量原理。由于二氧化鈦半導(dǎo)體材料的電阻具有隨氧離子濃度變化而變化的特性，因此氧化鈦式氧傳感器的信號源相當于一個可變電阻，其電阻值與過量空氣系數(shù)的關(guān)系如圖2.54所示。

當發(fā)動機的可燃混合氣濃時，由于燃燒不完全，排氣中會剩余少量氧氣，傳感元件周圍的氧離子很少，二氧化鈦呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。與此同時，在催化劑鉑的催化作用下，使剩余氧離子與排氣中的CO產(chǎn)生化學反應(yīng)，生成CO2，將排氣中的氧離子進一步消耗掉，從而大大提高了傳感器的靈敏度；當發(fā)動機混合氣稀時，排氣中氧離子含量較多，傳感元件周圍的氧離子濃度較大，二氧化鈦呈現(xiàn)低阻狀態(tài)；因此氧化鈦式氧傳感器的電阻將在混合氣的A/F約為14.7時產(chǎn)生突變。

氧化鈦式氧傳感器的工作電路如圖2.55所示。當給氧傳感器施加穩(wěn)定的電壓（該電壓由ECU內(nèi)部的穩(wěn)壓電源提供）時，在其輸出端便可得到一個交替變化的信號。

（3）工作條件。氧化鈦式氧傳感器滿足以下3個條件，才能正常調(diào)節(jié)混合氣。

①發(fā)動機工作在怠速工況和部分負荷工況。

②發(fā)動機溫度高于60℃。

③氧傳感器自身溫度高于600℃。

2.3.6 溫度傳感器

1．溫度傳感器的作用

溫度傳感器將被測對象的溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎隕CU, ECU修正控制參數(shù)或判斷檢測對象的熱負荷狀態(tài)。

2．溫度傳感器的分類

按檢測對象不同，溫度傳感器主要有發(fā)動機冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器（圖2.56）、燃油溫度傳感器、排氣溫度傳感器、空調(diào)溫度傳感器（或空調(diào)溫控開關(guān)）等。

按結(jié)構(gòu)與物理性能不同，溫度傳感器可分為熱敏電阻式、雙金屬片式、熱敏鐵氧體式和石蠟式等。

熱敏電阻式和熱敏鐵氧體式溫度傳感器屬于物性型傳感器，雙金屬片式和石蠟式溫度傳感器屬于結(jié)構(gòu)型傳感器。現(xiàn)代汽車廣泛采用物性型熱敏電阻式溫度傳感器。

（1）熱敏電阻的特性。根據(jù)熱敏電阻的特性不同，可分為負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻、正溫度系數(shù)（FTC）熱敏電阻和臨界溫度熱敏電阻（CTR）。

電阻值隨溫度升高而減小的稱為負溫度系數(shù)熱敏電阻；電阻值隨溫度升高而增大的稱為正溫度系數(shù)熱敏電阻；熱敏電阻的電阻值以某一溫度（稱為臨界溫度）為界，高于此溫度時電阻值為某一水平，低于此溫度時電阻值為另一水平，這類熱敏電阻稱為臨界溫度熱敏電阻。

（2）結(jié)構(gòu)特點。熱敏電阻式溫度傳感器主要由熱敏電阻、金屬引線、接線插座和殼體等組成，如圖2.57所示。

熱敏電阻是溫度傳感器的主要部件，其外形制成珍珠形、圓盤形（藥片形）、墊圈形、梳狀芯片形、厚膜形等，放置在傳感器的金屬管殼內(nèi)。在熱敏電阻的兩個端面各引出一個電極并連接到傳感器插座上。

傳感器殼體上制有螺紋，便于拆裝。接線插座分為單端子式和兩端子式，低檔轎車燃油噴射系統(tǒng)及汽車儀表一般采用單端子式溫度傳感器，中、高檔轎車燃油噴射系統(tǒng)一般采用兩端子式溫度傳感器。如傳感器插座上只有一個接線端子，則殼體為傳感器的一個電極。

目前電控系統(tǒng)使用的溫度傳感器插座大多數(shù)都有兩個接線端子，分別與ECU插座上的相應(yīng)端子連接，以便可靠傳遞信號。

（3）車用溫度傳感器特性與測量電路。負溫度系數(shù)熱敏電阻式溫度傳感器，如冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器、排氣溫度傳感器等應(yīng)用廣泛。

對于結(jié)構(gòu)一定的NTC型熱敏電阻式溫度傳感器，其電阻值與溫度的關(guān)系曲線如圖2.58所示。

NTC型熱敏電阻具有溫度升高電阻值減小、溫度降低電阻值增大的特性，呈明顯的非線性關(guān)系。

溫度傳感器的工作電路如圖2.59所示，傳感器的兩個電極與ECU連接。ECU內(nèi)部串聯(lián)一只分壓電阻，ECU向熱敏電阻和分壓電阻組成的分壓電路提供一個穩(wěn)定電壓（5V），傳感器輸入ECU的信號電壓等于熱敏電阻的分壓值。

當被測對象的溫度升高時，傳感器電阻值減小，熱敏電阻上的分壓值降低；反之，當被測對象的溫度降低時，傳感器電阻值增大，熱敏電阻上的分壓值升高。ECU根據(jù)接收到的信號電壓值，便可計算求得對應(yīng)的溫度值，從而進行實時控制。