的霍耳元件产生霍耳电动势输出。这样,随着叶轮的旋转,每个叶片都会使霍耳集成电路产生脉冲 输出。该脉冲或经电子点火组件控制点火或经ECU点火。 霍耳式曲轴位置传感器具有工作可靠、正时精度高,工作频带宽、耐高温、耐潮湿、耐油污等 优点,因而被汽车生产厂商广泛采用 图3.5霍尔式曲轴位置传感器工作原理 a)触发叶片进人空气隙内b)触发叶片离开空气隙 1.触发叶片2.霍尔开关集成电路3.永久磁铁4.底板5.导磁板 ③光电式位置传感器 光电式位置传感器的结构如图3.6所示。光源为发光二极管,它以接近红外线的频率发出不可 见光束,经过其半球形透镜的聚焦,使其在遮光点的宽度约为1.25mm;光接收器是光敏三极管:遮 光盘(信号转子叶片)上开有4个缺口(与4缸汽油机相匹配)。 光源照射 遮蔽光源 图3.6光电式位置传感器 a)结构b)工作原理 1.波形电路2.光敏晶体管3.发光二极管 4.分火头5.密封盖6.转盘 当遮光盘(叶片)随分电器轴(转子轴)旋转时,遮光片和缺口不断地经过光源与光接收器之 间。当遮光片转至光源与接收器之间时,便把光源所发出的光束阻断,使其不能射入光敏三极管 该三极管无电流通过而处于截止状态,于是光敏三极管(接收器)的输出端输出高电位;而当遮光
- 6 - 的霍耳元件产生霍耳电动势输出。这样，随着叶轮的旋转，每个叶片都会使霍耳集成电路产生脉冲 输出。该脉冲或经电子点火组件控制点火或经 ECU 点火。 霍耳式曲轴位置传感器具有工作可靠、正时精度高，工作频带宽、耐高温、耐潮湿、耐油污等 优点，因而被汽车生产厂商广泛采用。 图 3.5 霍尔式曲轴位置传感器工作原理 a）触发叶片进人空气隙内 b）触发叶片离开空气隙 l.触发叶片 2.霍尔开关集成电路 3.永久磁铁 4.底板 5.导磁板 ③光电式位置传感器 光电式位置传感器的结构如图 3.6 所示。光源为发光二极管，它以接近红外线的频率发出不可 见光束，经过其半球形透镜的聚焦，使其在遮光点的宽度约为 1.25mm；光接收器是光敏三极管；遮 光盘（信号转子叶片）上开有 4 个缺口（与 4 缸汽油机相匹配）。 图 3.6 光电式位置传感器 a）结构 b）工作原理 l.波形电路 2.光敏晶体管 3.发光二极管 4.分火头 5.密封盖 6.转盘 当遮光盘（叶片）随分电器轴（转子轴）旋转时，遮光片和缺口不断地经过光源与光接收器之 间。当遮光片转至光源与接收器之间时，便把光源所发出的光束阻断，使其不能射入光敏三极管， 该三极管无电流通过而处于截止状态，于是光敏三极管（接收器）的输出端输出高电位；而当遮光
盘上的缺口通过光源与光接收器中,发光二极管所发出的光束直接照射到光敏三极管上,使其有基 极电流通过而处于导通状态,光接收器的输出端输出低电位。分电器旋转一周,输出与缺口数(或 孔数)相等的4个电压脉冲信号,此电信号可供ECU判定曲轴位置或计算转速。 光电式曲轴位置传感器工作十分可靠,即使发光二极管(光源)的表面受到灰尘等污染时,也 不会影响其正常工作。因为即使光电三极管(光接收器)只接收到10%的光束时,也能处于饱和导 通状态而输出低电位。光电式曲轴位置传感器输出信号呈方波,具有清晰、明快的特点。与磁电式 相比,具有明显的优点,即没有时间上的滞后现象;不会引起点火提前离心调节特性曲线的畸变; 其输出信号不受汽油机转速的影响;能使点火正时长久不变等。 (2)曲轴转角和转速传感器 该传感器可将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入电控单元,电控单元通过这个信号计算 出曲轴转过的角度,也可以通过此信号计算出曲轴的转速。 舌簧开关式转车速传感器的构造如图3.7所示。 图3.7舌簧开关式转速传感器 1.磁铁2.舌簧开关3.转干 舌簧开关是在一个玻璃管内装有两个细长的触头构成的开关元件。其触头由磁性材料制成。当 其附近有磁场作用时,其触头就会互相吸引而闭合或者互相排斥而断开。 舌簧式转速传感器一般安装在分电器内,永久磁铁与分电器轴连接,两个舌簧开关装在分电器 壳体上。当分电器轴转动时,舌簧开关就会在转子永久磁铁作用下周期性地开关动作,分电器轴每 转一周,两个舌簧开关各开闭1次,并以180°的相位差输出4个脉冲给ECU进行计数及运算,就 可以得到发动机转速。 除舌簧式转速传感器外,转速传感器还有磁脉冲式、光电式、霍耳式等。磁脉冲式(或光电式 霍耳式等)转速传感器的结构、工作原理与磁脉冲式(或光电式、霍耳式等)曲轴位置传感器类似 即将输出脉冲信号经ECU处理后,就可得到转速输出。这几种传感器的结构与工作电路等在相关章 节中详细介绍 (3)进气压力传感器
- 7 - 盘上的缺口通过光源与光接收器中，发光二极管所发出的光束直接照射到光敏三极管上，使其有基 极电流通过而处于导通状态，光接收器的输出端输出低电位。分电器旋转一周，输出与缺口数（或 孔数）相等的 4 个电压脉冲信号，此电信号可供 ECU 判定曲轴位置或计算转速。 光电式曲轴位置传感器工作十分可靠，即使发光二极管（光源）的表面受到灰尘等污染时，也 不会影响其正常工作。因为即使光电三极管（光接收器）只接收到 10％的光束时，也能处于饱和导 通状态而输出低电位。光电式曲轴位置传感器输出信号呈方波，具有清晰、明快的特点。与磁电式 相比，具有明显的优点，即没有时间上的滞后现象；不会引起点火提前离心调节特性曲线的畸变； 其输出信号不受汽油机转速的影响；能使点火正时长久不变等。 （2）曲轴转角和转速传感器 该传感器可将发动机曲轴转过的角度变换为电信号输入电控单元，电控单元通过这个信号计算 出曲轴转过的角度，也可以通过此信号计算出曲轴的转速。 舌簧开关式转车速传感器的构造如图 3.7 所示。 图 3.7 舌簧开关式转速传感器 l.磁铁 2.舌簧开关 3.转干 舌簧开关是在一个玻璃管内装有两个细长的触头构成的开关元件。其触头由磁性材料制成。当 其附近有磁场作用时，其触头就会互相吸引而闭合或者互相排斥而断开。 舌簧式转速传感器一般安装在分电器内，永久磁铁与分电器轴连接，两个舌簧开关装在分电器 壳体上。当分电器轴转动时，舌簧开关就会在转子永久磁铁作用下周期性地开关动作，分电器轴每 转一周，两个舌簧开关各开闭 1 次，并以 180°的相位差输出 4 个脉冲给 ECU 进行计数及运算，就 可以得到发动机转速。 除舌簧式转速传感器外，转速传感器还有磁脉冲式、光电式、霍耳式等。磁脉冲式（或光电式、 霍耳式等）转速传感器的结构、工作原理与磁脉冲式（或光电式、霍耳式等）曲轴位置传感器类似， 即将输出脉冲信号经 ECU 处理后，就可得到转速输出。这几种传感器的结构与工作电路等在相关章 节中详细介绍。 （3）进气压力传感器
在D形电控燃油喷射系统中,此传感器用来检测发动机的负荷,并将其转换为电信号输入电控 单元,电控单元以此作为确定点火提前角的基本信号。 (4)空气流量传感器 在L形电控燃油喷射系统中,此传感器用来测量进入气缸的空气量,作为发动机的负荷信号, 同时也作为点火提前的基本信号。空气流量传感器的形式有翼片式、热线式、热膜式和卡尔曼涡旋 式等各种形式。 (5)进气温度传感器 此传感器用来测量发动机的进气温度,电控单元可根据此信号对点火提前角进行修正。 (6)冷却水温传感器 该传感器将冷却水温信号输入电控单元,电控单元根据此信号对点火提前角进行修正,并控制 起动和暖机期间的点火提前角。 (7)节气门位置传感器 此传感器将节气门的位置转变为电信号,电控单元通过这个信号来判定节气门所处的位置及发 动机的工况,依此修正点火提前角。 (8)爆震传感器 爆震传感器用来检测发动机是否发生爆燃,如果发动机发生爆燃,电控单元将自动减小点火提 前角。 爆震传感器安装在发动机气缸体上,检测发动机爆震状况。 爆震是指燃烧中本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。它通常发生在离火花塞较远区域 的末端混合气中。当电火花跳火后,火焰开始传插,燃烧室内最后燃烧部分的示端气体受到已燃气 体的压缩和热幅射,温度和压力不断升高,当末端混合气温度超过它的发火温度,即引起自燃,形 成新的火焰核心,产生新的火焰传插。爆震能使发动机部件受高压,会使燃烧室和冷却系过热, 重的可使活塞顶部熔化,爆震还会使功率下降,燃油消耗率上升 点火时间过早是产生爆震的一个主要原因,由于要求发动机能够发出最大功率,点火时刻应能 提早到刚好不致于发生爆震的角度。但在这种情况下发动机的工况微有改变,就可能发生爆震。过 去为避免这种危险,通常采用减小点火提前角的办法,但这样就要牺牲发动机的功率,为了不损失 发动机的功率而又不产生爆震,就需要用爆震传感器来解决这一问题。 发动机爆震时产生的压力波,其频率范围约为1~10kHz压力波传给缸体,使其金属质点产生震 动加速度。爆震传感器就是通过测量缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱 传感器的敏感元件为一压电晶体,当晶体受到外部机械力作用时。晶体两个极面就会产生电压
- 8 - 在 D 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来检测发动机的负荷，并将其转换为电信号输入电控 单元，电控单元以此作为确定点火提前角的基本信号。 （4）空气流量传感器 在 L 形电控燃油喷射系统中，此传感器用来测量进入气缸的空气量，作为发动机的负荷信号， 同时也作为点火提前的基本信号。空气流量传感器的形式有翼片式、热线式、热膜式和卡尔曼涡旋 式等各种形式。 （5）进气温度传感器 此传感器用来测量发动机的进气温度，电控单元可根据此信号对点火提前角进行修正。 （6）冷却水温传感器 该传感器将冷却水温信号输入电控单元，电控单元根据此信号对点火提前角进行修正，并控制 起动和暖机期间的点火提前角。 （7）节气门位置传感器 此传感器将节气门的位置转变为电信号，电控单元通过这个信号来判定节气门所处的位置及发 动机的工况，依此修正点火提前角。 （8）爆震传感器 爆震传感器用来检测发动机是否发生爆燃，如果发动机发生爆燃，电控单元将自动减小点火提 前角。 爆震传感器安装在发动机气缸体上，检测发动机爆震状况。 爆震是指燃烧中本应逐渐燃烧的部分混合气突然自燃的现象。它通常发生在离火花塞较远区域 的末端混合气中。当电火花跳火后，火焰开始传插，燃烧室内最后燃烧部分的示端气体受到已燃气 体的压缩和热幅射，温度和压力不断升高，当末端混合气温度超过它的发火温度，即引起自燃，形 成新的火焰核心，产生新的火焰传插。爆震能使发动机部件受高压，会使燃烧室和冷却系过热，严 重的可使活塞顶部熔化，爆震还会使功率下降，燃油消耗率上升。 点火时间过早是产生爆震的一个主要原因，由于要求发动机能够发出最大功率，点火时刻应能 提早到刚好不致于发生爆震的角度。但在这种情况下发动机的工况微有改变，就可能发生爆震。过 去为避免这种危险，通常采用减小点火提前角的办法，但这样就要牺牲发动机的功率，为了不损失 发动机的功率而又不产生爆震，就需要用爆震传感器来解决这一问题。 发动机爆震时产生的压力波，其频率范围约为 1～10kHz 压力波传给缸体，使其金属质点产生震 动加速度。爆震传感器就是通过测量缸体表面的震动加速度来检测爆震压力的强弱。 传感器的敏感元件为一压电晶体，当晶体受到外部机械力作用时。晶体两个极面就会产生电压
用一螺钉将一个惯性配重压紧在压电晶体上而产生预负载。负载大小影响传感器的频率响应和线性 度。当爆震压力波作用于传感器时,通过惯性配重使压电片的压缩状况发生变化,产生电动势。 爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型传感器是由与爆震几乎具有相同的共振频率的振 子(平衡配重和能够检测振子振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成。非共振型爆震传感器是 用压电元件直接检测爆震信息。除此之外,还有在火花塞的垫圈部位装上压电元件,根据燃烧压力 检测爆震信息。各种爆震传感器的结枃如图3.8所示。当发生爆震时,燃烧期间输岀波形的振幅将 增大,把这期间的输出波形进行滤波处理,根据其值的大小判定是否有爆震 学:傅 5 图3.8爆震传感器的种类 (a)非共振型(b)共振型(c)火花塞座金属垫型 1.插接器:2.平衡块:3.压电元件:4.外壳:5.安装螺纹:6压电元件圆盘:7.火花塞:8.爆震传感器 (9)各种开关输入信号 1)起动开关信号:在起动机接通时,通知电控单元发动机处于起动状态,并以此控制起动时的 点火提前角。 2)空调开关信号:发动机在怠速工况下使用空调时,电控单元在提高发动机转速的同时,也对 点火提前角进行修正 3)空档开关信号:在配置自动变速器的车辆上,此信号可以使电控单元获得变速器位于空档的 信息,对点火提前角进行必要的修正。 以上这些传感器,一般都与电控燃油喷射系统的各传感器共用,确定最佳的供油量和最佳点火 提前角。 2.电控单元ECU 电控单元(ECU- Electronic Control unit)是发动机的一种电子综合控制装置。它的名字很不 统一,不同的汽车生产厂家或者同一厂家不同年代的产品,其名称也不一样。如美国通用汽车公司, 称发动机电子控制器为ECM(电子控制组件);而福特汽车公司,最早称发动机电子控制器为MU(微 处理机控制装置),现在称为EEC(发动机电子控制装置 发动机电控单元的作用是:根据电子控制器内储存的程序对发动机传感器输入的各种信息进行 运算、处理、判断,然后输出指令,控制有关执行器动作,达到快速、准确、自动控制发动机的目
- 9 - 用一螺钉将一个惯性配重压紧在压电晶体上而产生预负载。负载大小影响传感器的频率响应和线性 度。当爆震压力波作用于传感器时，通过惯性配重使压电片的压缩状况发生变化，产生电动势。 爆震传感器有共振型和非共振型两种。共振型传感器是由与爆震几乎具有相同的共振频率的振 子(平衡配重)和能够检测振子振动压力并将其转换成电信号的压电元件构成。非共振型爆震传感器是 用压电元件直接检测爆震信息。除此之外，还有在火花塞的垫圈部位装上压电元件，根据燃烧压力 检测爆震信息。各种爆震传感器的结构如图 3.8 所示。当发生爆震时，燃烧期间输出波形的振幅将 增大，把这期间的输出波形进行滤波处理，根据其值的大小判定是否有爆震。 图 3.8 爆震传感器的种类 （a）非共振型（b）共振型（c）火花塞座金属垫型 1.插接器；2.平衡块；3.压电元件；4.外壳；5.安装螺纹；6.压电元件圆盘；7.火花塞；8.爆震传感器 （9)各种开关输入信号 1)起动开关信号：在起动机接通时，通知电控单元发动机处于起动状态，并以此控制起动时的 点火提前角。 2)空调开关信号：发动机在怠速工况下使用空调时，电控单元在提高发动机转速的同时，也对 点火提前角进行修正。 3)空档开关信号：在配置自动变速器的车辆上，此信号可以使电控单元获得变速器位于空档的 信息，对点火提前角进行必要的修正。 以上这些传感器，一般都与电控燃油喷射系统的各传感器共用，确定最佳的供油量和最佳点火 提前角。 2. 电控单元(ECU) 电控单元(ECU—Electronic Control Unit)是发动机的一种电子综合控制装置。它的名字很不 统一，不同的汽车生产厂家或者同一厂家不同年代的产品，其名称也不一样。如美国通用汽车公司， 称发动机电子控制器为 ECM(电子控制组件)；而福特汽车公司，最早称发动机电子控制器为 MCU(微 处理机控制装置)，现在称为 EEC(发动机电子控制装置)。 发动机电控单元的作用是：根据电子控制器内储存的程序对发动机传感器输入的各种信息进行 运算、处理、判断，然后输出指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机的目
的。应具备以下基本功能 (1)接收传感器或其它装置输入的信息,给传感器提供参考(基准)电压(2V、5V、9V、12V); 将输入的信息转变为电控单元所能接收的信号。 2)存储、计算、分析处理信息,计算输出值所用的程序,存储该车型的特点参数,存储运算 中的数据和故障信息。 (3)根据信息参数求出执行命令数值,将输出的信息与标准值对比,查出故障。 (4)输出执行命令,把弱信号变为强的执行命令,输出故障信息, (5)自我修正功能(自适应功能) 在发动机控制系统中,电控单元(ECU不仅用来控制燃油喷射系统,同时还具有点火提前角控制 怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。 现代发动机电子控制单元的最基本构成参见第1章图1.59。主要由微型电子计算机(简称微机)、 输入回路、A/D转换器和输出回路等组成。输入回路的作用是将来自传感器的两种信号(模拟信号 和数字信号)除去杂波并且把输入的正弦波信号转换成矩形波信号。A/D转换器(模拟/数字转换器) 的作用是将来自传感器的模拟信号转换成为数字信号。输出回路的作用是将电控单元发出的执行指 令,转变成为控制信号来驱动执行器工作 3.电子点火控制器 电子点火控制器的作用是按照电控单元提供的点火脉冲信号,定时接通和切断点火线圈的初级 回路,从而在点火线圈次级绕组中产生出高电压(约2万伏左右)。电子点火控制器的基本组成如图 3.9所示。主要由信号放大电路、整形电路、直流放大电路、开关电路和一些特殊功能电路等组成 电子点火控制器内部组成电路的结构形式多种多样,但其控制原理基本相同 电子点火器 图3.9电子点火控制器的基本组成 电子点火控制器中的功率三极管与点火线圈的初级绕组串联。在发动机工作过程中,ECU控制 功率三极管的导通与截止。当电控单元发出点火指令后,立即切断功率三极管的基极电路,功率三 极管由导通变为截止,切断点火线圈的初级电路,由于电磁感应原理,在次级绕组中感应出高电压
- 10 - 的。应具备以下基本功能： （1）接收传感器或其它装置输入的信息，给传感器提供参考(基准)电压（2V、5V、9V、12V）； 将输入的信息转变为电控单元所能接收的信号。 （2）存储、计算、分析处理信息，计算输出值所用的程序，存储该车型的特点参数，存储运算 中的数据和故障信息。 （3）根据信息参数求出执行命令数值，将输出的信息与标准值对比，查出故障。 （4）输出执行命令,把弱信号变为强的执行命令,输出故障信息。 （5）自我修正功能(自适应功能)。 在发动机控制系统中，电控单元(ECU)不仅用来控制燃油喷射系统，同时还具有点火提前角控制、 怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、自诊断、失效保护和备用控制系统等多项控制功能。 现代发动机电子控制单元的最基本构成参见第 1 章图 1.59。主要由微型电子计算机(简称微机)、 输入回路、A／D 转换器和输出回路等组成。输入回路的作用是将来自传感器的两种信号(模拟信号 和数字信号)除去杂波并且把输入的正弦波信号转换成矩形波信号。A／D 转换器(模拟／数字转换器) 的作用是将来自传感器的模拟信号转换成为数字信号。输出回路的作用是将电控单元发出的执行指 令，转变成为控制信号来驱动执行器工作。 3．电子点火控制器 电子点火控制器的作用是按照电控单元提供的点火脉冲信号，定时接通和切断点火线圈的初级 回路，从而在点火线圈次级绕组中产生出高电压(约 2 万伏左右)。电子点火控制器的基本组成如图 3.9 所示。主要由信号放大电路、整形电路、直流放大电路、开关电路和一些特殊功能电路等组成。 电子点火控制器内部组成电路的结构形式多种多样，但其控制原理基本相同。 图 3.9 电子点火控制器的基本组成 电子点火控制器中的功率三极管与点火线圈的初级绕组串联。在发动机工作过程中，ECU 控制 功率三极管的导通与截止。当电控单元发出点火指令后，立即切断功率三极管的基极电路，功率三 极管由导通变为截止，切断点火线圈的初级电路，由于电磁感应原理，在次级绕组中感应出高电压