浅谈传感器在汽车发动机上的应用

李 源

（昆明冶金高等专科学校， 云南 昆明 650033）

人们对现代汽车安全、舒适、环保、经济性、动力性及自动化程度等性能要求的逐步提高，使得汽车必须能够实现对各部位进行精密的自动控制，而实现精密控制的第一信号源就是各种各样的传感器，汽车电子化越发达，智能化程度越高，对传感器的依赖性也就越大，普通汽车上大约安装几十只传感器，而高级豪华轿车上的传感器数量可达200多只。在当前汽车电子控制系统中，传感器的应用越来越多，在完善电子控制系统功能方面发挥着重要作用，相关研究人员需要充分把握对传感器的应用，了解到汽车在运行过程中可能出现的问题，从而更全面地满足汽车使用需求，提髙汽车发动机的动力、排放性能；改善底盘的制动、操纵性能、转向性能和汽车行驶的安全、舒适性能。

1 传感器的作用

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。它是一种检测装置，是实现自动检测和自动控制的首要环节。

汽车传感器是安装于汽车上，作为汽车电子控制系统的信息源，用来感测行车过程中外在变化的传感器。汽车传感器是电子控制系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况的信息，如温度、压力、位置、转速、加速度、流量、湿度、电磁、光电、气体、振动等各种信息进行实时、准确测量，并转化成电信号输送给ECU （中央控制单元），使汽车处于最佳工作状态。

2 发动机控制系统中常用传感器

2.1 发动机控制系统中的传感器

在整个汽车电子控制系统中，发动机控制系统属于关键部分与核心内容，这一控制系统中传感器的应用在整个汽车传感器的应用中也就成为核心的内容，该系统中所应用的传感器主要有空气流量传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、爆震传感器、氧传感器，在这些传感器的实际应用过程中，主要作用是对发动机工况信息进行收集，并且将收集的信息提供给电子控制单元，在此基础上实现精确控制，使发动机动力性能实现有效提升，有利于降低发动机运行过程中所产生油耗，还能够在一定程度上减少排放的废气，对于发动机中存在的故障可有效进行检验。

2.2 常见几种车用传感器的分布和应用

由于发动机工作在高温 （发动机表面温度可达150℃，排气歧管可达650℃）、振动 （加速度30g）、冲击 （加速度50g）、潮湿 （100% RH，-40～120℃） 以及盐雾、腐蚀和油泥等污染的恶劣环境中，使得发动机控制系统传感器出现故障的可能性增强，因此在实际应用过程中要求时时检测及保障测量精度和可靠性。

2.2.1 空气流量传感器

空气流量传感器，主要用于监测发动机的燃烧条件、起动、点火等，并为计算供油量提供依据。它将吸入发动机的空气量转换成电信号送给ECU，通过空燃比初步确定基本喷油量。空气流量传感器实物见图1，其布置位置见图2。

图1 空气流量传感器实物

2.2.2 进气压力传感器

压力传感器主要以力学信号为媒介，把流量等参数与电信号联系起来，可测量发动机的进气压力。进气压力传感器可以根据发动机的负荷状态测出进气歧管内的绝对压力，并转换成电信号和转速信号一起送入微机，作为决定喷油器基本喷油量的依据。进气压力传感器实物见图3，布置位置见图4。

图2 空气流量传感器布置位置

图3 进气压力传感器实物

图4 进气压力传感器布置位置

2.2.3 节气门位置传感器

节气门位置传感器安装在节气门上，用来检测节气门的开度。可把发动机的不同工况检测输入电子控制器（ECU），从而控制不同的喷油量。安装在节气门体上，可同时把节气门开度、怠速、大负荷等信息转变成电信号送给ECU。节气门位置传感器实物见图5，布置位置见图6。

图5 节气门位置传感器实物

图6 节气门位置传感器布置位置

2.2.4 水温传感器

水温传感器安装在气缸体上，提供发动机冷却水温度信息。把冷却水温度转换为电信号，输入ECU后有：①修正喷油量：当低温时增加喷油量；②修正点火提前角：低温时增大点火提前角，高温时，为防止爆燃，推迟点火提前角；③影响怠速控制阀：低温时ECU根据水温传感信号控制怠速控制阀动作，提高转速。水温传感器实物见图7，布置位置见图8。

图7 水温传感器实物

图8 水温传感器布置位置

2.2.5 凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器的功用是采集配气凸轮轴的位置信号，并输入ECU，以便ECU识别气缸1压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。凸轮轴位置传感器实物见图9，布置位置见图10。

图9 凸轮轴位置传感器实物

图10 凸轮轴位置传感器布置位置

2.2.6 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器也称曲轴转角传感器 （图11），是微机控制的点火系统中最重要的传感器，其作用是检测上止点信号、曲轴转角信号和发动机转速信号，并将其输入微机，从而使微机能按气缸的点火顺序发出最佳点火时刻指令。曲轴位置传感器可向ECU提供发动机曲轴转角位置、活塞行程位置信号及发动机转速信号。曲轴位置传感器布置位置见图12。

图11 曲轴位置传感器实物

2.2.7 爆燃传感器

它被布置在发动机机体上，可检测气缸压力、振动和燃烧噪声，判断发动机的爆燃程度，再通过调整点火来排除隐患。爆燃传感器用于检测发动机是否爆燃，当发动机出现爆燃时，传感器便产生相应的电信号，输送给发动机ECU，ECU发出指令推迟点火提前角，以消除发动机爆燃。爆燃传感器实物见图13，布置位置见图14。

图13 爆燃传感器实物

图14 爆燃传感器布置位置

2.2.8 氧传感器

用来检测发动机废气中的氧含量，进而向ECU输送空燃比信号，ECU根据该信号进行喷油量的混合气空燃比反馈修正控制，将混合气浓度控制在理论空燃比附近，以使置于排气管处的三元催化转化器对排气中HC、CO、NO的催化达到最佳效果。安装在排气管上，用于向ECU反馈实际空燃比信号，以此将实际空燃比收敛于理论值附近的狭窄范围内，形成闭环控制。氧传感器实物见图15，布置位置见图16。

图15 氧传感器实物

图16 氧传感器布置位置

3 结束语

在当前汽车实际的机件构成中，电子控制系统属于极其重要的构成，汽车传感器作为汽车电子控制的信号源，把汽车运行中的各种工况信息转化成电信号输送给中央控制单元，使汽车处于最佳工作状态，在保证汽车稳定良好运行方面发挥着重要的作用。本文主要介绍了汽车发动机上的8大传感器的类型、作用及布置，可为汽车相关方面工作人员对汽车发动机传感器的应用提供借鉴与帮助，在此基础上使传感器在汽车控制系统的作用更好发挥，从而使汽车控制系统具有更完善的功能。