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模块二 传感器与执行器
一、教学目标
1．了解汽车传感器和执行器的种类及作用；
2．了解汽车上典型传感器和执行器的作用、结构和工作原理。
二、课时分配
本项目共2个课题，安排2课时。
三、教学重点
通过本模块的学习，让学生掌握传感器的作用及组成；了解传感器的类别及特性；了解汽车常用传感器的结构和原理；了解汽车上主要执行器的类别、作用、结构和原理。
四、教学难点
1．掌握执行器的作用和类别；
2．掌握汽车上常用传感器的种类、作用。
五、教学内容
课题一 传感器
一、传感器的作用及组成
传感器组成
传感器是用来检测汽车运行中的各种工况信息，如车速、温度、压力、位移等，并转化成电信号输送给ECU。
二、汽车传感器类型
根据传感器的作用，可分为测量温度、压力、流量、位置、气体浓度、速度等类型的传感器。
汽车上使用的传感器种类如下表所示。
汽车传感器的种类
三、汽车传感器特性
①　有良好的环境适应性。因为汽车的工作环境复杂，它要在各种不同路面、烈日、暴风雨或冰雪、蒸汽、盐雾、腐蚀和油泥污染的恶劣环境等情况下工作，因此要求传感器要耐振、耐温、耐冲击、耐腐蚀、抗干扰等。
②　易于实现批量生产，以降低成本。
③　具有良好的可靠性和稳定性。
④　传感器要体积小、质量轻，便于安装。
⑤　符合国家或行业的有关法规要求。
四、汽车常用传感器
1．温度传感器
汽车中检测的温度量有：发动机冷却液温度、进气温度、排气温度、车内外空气温度、蒸发器温度、散热器温度等。　
冷却液传感器构造、特性和控制电路
锐志2.5L发动机水温传感器位置
冷却液温度与传感器阻值的关系
2．压力传感器
压力传感器主要用于检测汽车中的气体压力、油压、制冷剂压力并把检测结果转换成电信号输入给ECU，以控制执行元件的工作等。
安装在进气歧管上的进气压力传感器
膜盒式进气歧管绝对压力传感器的结构与原理图
1—膜盒；2—感应线圈；3—至进气歧管；4—铁心；5—回位弹簧。
3．空气流量传感器
（1）叶片式空气流量传感器
空气流量传感器也称翼片式空气流量传感器，其结构如上图所示。它由叶片、电位计、线束插头三部分组成。
叶片式空气流量传感器
叶片式空气流量传感器的结构
1—进气温度传感器；2—电动汽油泵触点；3—卷簧（回位弹簧）；4—电位计；5—导线连接器；6—CO调节螺钉；7—旋转翼片（测量片）；8—电动汽油泵静触点。
叶片的结构
1—空气进口；2—进气温度传感器；3—阀门；4—阻尼室；5—缓冲片；6—旋转翼片（测量片）；7—主气路；8—支气路（旁通气道）。
与测量片同轴的电位计
1—空气进口；2—电动汽油泵触点；3—平衡块；4—回位簧（卷簧）；5—电位计；6—空气出口。
叶片式空气流量传感器电路原理
1—电动汽油泵开关；2—可变电阻；3—固定电阻；4—进气温度传感器。
（2）热线式和热膜式空气流量传感器
热线式空气流量传感器由感知空气流量的白金热线（铂金属线）、温度补偿电阻（冷线）、控制线路板、取样管、防护网及壳体等组成，如下图所示。
热线式空气流量传感器结构
1—防护网；2—取样管；3—白金热线；4—温度补偿电阻 ；5—控制线路板；6—连接器。
热线式空气流量传感器工作原理
A—混合集成电路；RH—热线电阻；RK—温度补偿电阻；RA—精密电阻；RB—电桥电阻。
工作原理：热线RH温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线RH通过的电流加大，反之，减小。
日产VG30E热线式空气流量传感器的电路
桑塔纳时代超人热膜式空气流量计
1—电路盒；2、6—空气；3—热膜；4—温度补偿电阻；5—滤网。
（3）卡门涡旋式空气流量计
在卡门涡旋空气流量计［图（a）］的进气管道正中间设有一个涡流发生器。当空气流经该涡流发生器时，在其后部的气流中会不断产生一列不对称却十分规则的被称为卡门涡流的空气涡流。
卡门涡旋式空气流量计结构和原理图
1—整流栅；2—涡流发生器；3—超声波发生器；4—卡门旋涡；5—至进气管；6—超声波接收器；7—反光镜；8—发光二极管；9—簧片；10—压力传递孔；11—光敏三极管。
4．节气门位置传感器
（1）开关型节气门位置传感器
开关型节气门位置传感器有两副触点：怠速触点（IDL）和全负荷触点（PSW），两开关触点的开启和闭合由一个和节气门同轴的凸轮控制。
开关型节气门位置传感器的结构
1—连接器；2—动触点；3—全负荷触点；4—怠速触点；5—控制臂；6—节气门轴；7—凸轮；8—槽。
开关型节气门位置传感器与ECU的连接（丰田1GEU）
（2）线性节气门位置传感器
线性节气门位置传感器是一种线性电位计，电位计的滑动触点由节气门轴带动。
（3）综合型节气门位置传感器
综合型节气门位置传感器是在线性可变电阻型节气门位置传感器的基础上设一怠速触点而成。
线性节气门位置传感器结构
皇冠3.0线性节气门位置传感器与ECU的连接线路
5．曲轴/凸轮轴位置传感器
曲轴位置传感器又称发动机转速与曲轴位置传感器，或称曲轴位置/判缸/转速传感器。
丰田锐志2.5L曲轴位置传感器
曲轴/凸轮轴位置传感器的安装位置
（1）磁脉冲式曲轴位置传感器
磁脉冲式曲轴位置传感器是利用电磁感应原理产生脉冲信号，如图（a）所示。
磁脉冲式曲轴位置传感器原理
1—永久磁铁；2—转子；3—感应线圈；4—铁芯
桑塔纳时代超人磁脉冲式曲轴位置传感器原理及信号波形图
（2）霍尔式曲轴位置传感器的检测
霍尔式曲轴位置传感器是利用霍尔效应的原理，产生与曲轴转角相对应的电压脉冲信号的，经放大整形后即为曲轴位置传感器的输出信号。
霍尔式信号发生器的原理
1—信号轮的触发叶片；2—霍尔元件；3—永久磁铁；4—底板；5—导磁板。
霍尔式曲轴位置传感器（GM公司）
1—外信号轮；2—内信号轮
霍尔式曲轴位置传感器输出信号（GM公司）
6．氧传感器
氧传感器安装在发动机排气管上，如图（a）所示为安装在排气管上的氧传感器、图（b）氧传感器实物。
氧传感器实物与安装位置
①　氧化锆式氧传感器
氧化锆式氧传感器结构图
1—保护套管；2—废气；3—锆管；4—电极；5—弹簧； 6—绝缘体；7—信号输出导线；8—空气。
氧化锆传感器工作原理与控制电路
1—正极；2—加热器；3—ZrO2元件；4—负极；5—多孔涂层；6—不锈钢保护套。
② 氧化钛式氧传感器
二氧化钛式氧传感器
1—保护套；2—连接线；3—二氧化钛元件
二氧化钛氧传感器控制电路
1—氧化钛式氧传感；2—1V电压端子；3—ECU；4—输出电压端子
课题二 执行器
一、执行器的作用与种类
汽车执行器（亦称汽车执行元件）是电子控制系统的终端，主要是执行ECU的指令，对被控对象实施控制。按对被控对象实施调控的方式不同，汽车电控系统的执行元件可分两类：一类是直接控制式，如喷油器、炭罐电磁阀等；另一类是间接控制式，如燃油泵、启动机等；按结构原理不同，可分为：电磁式、电液式、电气式等；按运动状态可分为：开关式（电磁阀）和连续动作式（如直流电机）。
二、汽车主要执行器结构与原理
1．继电器
滑阀式燃油泵主继电器主要由电磁线圈和触点等组成。作用是通过对线圈的电流控制，达到控制经过触点的工作电流的目的。
主继电器的结构
1—线圈；2—滑阀（可动铁心）；3—调整块；4—触点
主继电器电路
2．电磁阀
电磁阀常用来控制液（气）体的通路；或是控制油路中的油压和流量；或者进行线性模拟控制。按ECU输出的控制信号是否连续可分为开关型和连续型两种，开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀芯和阀球等组成。
开关式电磁阀
1—电磁线圈；2—衔铁和阀芯；3—阀球；4—泄油孔；5—主油道；6—控制油道
3．喷油器
多点式汽油喷射系统（MPI）的喷油器安装在各缸进气歧管上，单点式汽油喷射系统（SPI）喷油器安装在节气门体上，现代汽车广泛使用多点顺序喷射。
喷油器实物
喷油器的结构
1—针阀；2—回位弹簧；3—电磁线圈；4—电插头
电动汽油泵实物
4．电动汽油泵
常见的电动汽油泵有两种类型：滚柱式和平板叶片式。
滚柱式电动汽油泵
1—缓冲器；2—单向阀；3—油泵；4—进油器；5—限压阀；6—电动机；7—出油口；8—膜片；9—转子；10—泵体；11—滚柱。
ECU控制的电动汽油泵控制电路原理图
1—蓄电池；2—启动机；3—点火开关；4—发动机转速传感器；5—主继电器；6—电动汽油泵继电器；7—ECU；8—检查插座；9—电动汽油泵。
怠速控制阀
5．怠速控制阀
（1）步进电动机式怠速控制阀
步进电机式怠速控制阀由步进电动机、螺旋机构（螺杆和螺母）、阀芯、阀座等组成。螺旋机构中的螺母和步进电动机的转子制成一体。
步进电动机式怠速控制阀
1—节气门；2—怠速控制阀；3—ECU；4—线束连接器；5—壳体；6—阀芯；7—螺杆；8—定子线圈；9—螺母；10—转子。
皇冠3.0轿车发动机怠速控制阀电路
（2）线性脉冲式电磁阀怠速控制阀
线性脉冲式怠速控制阀是用一个脉冲电磁阀来控制通过旁通空气道的空气量，脉冲电磁阀与普通电磁阀的结构基本相同。
线性脉冲式电磁怠速控制阀
1—阀；2—阀轴；3—电磁线圈；4—回位弹簧；5—壳体；6—阀座；7—波纹管。
六、课后作业
完成所有课题的学后测评。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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