作者：李 伟
出版社：机械工业出版社
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新型汽车传感器、执行器原理与故障检测 第2版试读：
前言
随着电子技术和计算机技术（即电子控制技术）的不断发展及其在汽车上的广泛应用，人们逐渐把目光投向汽车电子技术方面。电子技术和计算机控制技术的发展，为汽车技术性能的提高，经济性、安全性和舒适性的改善，汽车废气污染的降低创造了良好的条件。
目前，汽车上，特别是轿车上的电子控制部件越来越多。在汽车的电子控制系统中，传感器担负着非常重要的工作，它具有信息采集和传输的功能，其技术性能的好坏直接关系到汽车的运行状况和车辆行驶的安全性、经济性。因此，当汽车发生故障时，对汽车上的各个传感器进行检测便成了维修工作的基础和关键。不同电子控制系统的传感器的类型和数量都有所不同，即使是相同类型的传感器，由于应用在不同的控制系统中，其结构形式、安装位置也不尽相同，且检测方法也存在差异。因此，要掌握好现代汽车的维修和检测技术，必须掌握传感器的作用、构造、工作原理和故障排除。
本书系统、全面地讲述了汽车用各种传感器的构造和工作原理，突出传感器的检测方法。结合具体的新车型进行讲解，是本书的一大特色。在编写的过程中，我们力求做到以下几点。
1）全面性。涵盖新车型上的大部分传感器。
2）先进性。紧跟新型汽车电子发展步伐，突出介绍新型传感器。
3）实用性。结合新车型进行讲解，具有实用性和针对性，同时，为避免空洞无物的说教，针对每一传感器的检测，提供完整的电路图，使学员在具体运用中体会和学习传感器检测的精髓。
4）易懂性。用深入浅出的语言介绍传感器的工作原理和检测方法。
本书由李伟主编，参加编写的人员还有李微、李校航、于洪燕、李春山。由于经验不足，书中的错误和不完善之处在所难免，恳请广大读者批评指正。编者
第一章 汽车传感器概述
第一节 传感器的组成及分类
随着汽车向电子化、集成化、信息化、网络化、智能化方向发展，电子控制技术在现代汽车上的应用已越来越普遍。现代汽车是以计算机为控制中心的高度自动化控制系统，该系统随着汽车功能的不断增加而日臻完善和复杂化。如果没有各类传感器提供发动机、汽车工作状况和外部环境等信息，那么电子控制装置就失去了决策依据。因此，汽车电子技术应用得成功与否在很大程度上取决于传感器。一、传感器的定义和组成
l.传感器的定义
传感器是一种信号转换装置，它可以将非电信号转换为电信号，其主要作用是向ECU提供汽车运行的各种工况信息。汽车传感器在过去仅用于发动机，而到现在已扩展到底盘、车身和电气等各个系统。
2.传感器的组成
传感器一般由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成，有时也将信号调节与转换电路及辅助电源作为其组成部分。
1)信号调节与转换电路一般是指能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有用电信号的电路。信号调节与转换电路的选择要视传感元件的类型而定，常用的电路有信号放大器电桥、振荡器、阻抗变换器等。
2)敏感元件是指直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片就是敏感元件，其作用是将压力转换成膜片的变形。
3)转换元件是指传感器中能将敏感元件感受（或响应）的被测量转换成适合于传输和（或）测量的电信号的元件。当输出量为规定的标准信号时，则一般称为变送器，又称转换器，一般情况下不直接接收被测量，而是通过敏感元件将被测量转换为电量后输出。如应变式压力传感器的应变片，其作用是将弹性膜片的变形转换为电阻值的变化。二、传感器的分类
汽车传感器的种类很多，且一种被测参数可用多种不同类型的传感器来测量，而同类型传感器往往也可以测量多种被测参数。传感器的分类有多种方法，常见的分类方法如下：
1)按能量关系分类。传感器按能量关系的不同可分为主动型传感器和被动型传感器两类。汽车上使用的传感器大多数属被动型传感器.这种传感器需要外加输入电源才能产生电信号，所以这种传感器实际上是一个能量控制器。
2)按信号转换关系分类。按信号转换关系的不同，可分为由一种非电量转换成另一种非电量的传感器和由同种非电量转换为电量的传感器两种。由一种非电量转换成另一种非电量的传感器，如弹性敏感元件和气动传感器：由非电量转换成电量的传感器，如热电偶温度传感器、压电式加速度传感器等。
3)按输入量分类。按输入量的不同分类即按被测量的不同分类，可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、角位移传感器、角速度传感器、力传感器、力矩传感器、压力传感器、真空度传感器、温度传感器、电流传感器、气体成分传感器、浓度传感器等。
4)按工作原理分类。按工作原理的不同，可分为电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式、热电式等多种形式。
5)按输出信号分类。按输出信号的不同，可分为模拟式传感器和数字式传感器两种。
①模拟电压信号是指随时间延续而连续变化的电信号。在汽车电脑控制系统中，大多数的传感器以产生模拟电压信号为主。
②数字电压信号是指随时间延续而不连续变化的电信号。该信号只有两种状态，即高电平和低电平，同时也包括一些开关信号。数字电压信号不需要经过A/D转换即可以处理，能够直接被ECU处理。
6)按使用功能分类。汽车用各种传感器按其使用功能的不同可分为两类：一类是使驾驶人了解汽车各部分状态的传感器：另一类是用于控制汽车运行状态的传感器。三、传感器的信号
汽车上传感器的电子信号可以分为直流信号、交流信号、频率调制信号、脉宽调制信号和串行数据信号。电子信号是控制系统中各个传感器、ECU和其他设备之间相互通信的基本语言，电子信号各有不同的特点，用于实现不同的通信目的。图1-1 非恒压直流信号波形
1)直流(DC)信号。在任何周期里，方向不随时间变化的电压和电流信号均属于直流信号。直流信号可以分为恒压直流信号和非恒压直流信号两种。在汽车中产生恒压直流信号的有蓄电池电压和控制单元（PCM)输出的传感器参考电压。图1-1所示为非恒压直流信号波形。
2)频率调制信号。保持波的幅度恒定而改变频率称为频率调制。在汽车中产生可变频率信号的传感器主要是光电式传感器和霍尔式传感器。图1-2 磁电式传感器产生的交流信号波形
3)交流(AC)信号。在任何周期内大小和方向均随时间变化的信号属于交流信号。在汽车中产生交流信号的传感器主要是磁电式传感器和爆燃传感器等。图1-2所示为磁电式传感器产生的交流信号波形。
4)串行数据多路信号。串行数据信号是指按时序逐位将组成数据和字符的码元予以传输的信号。串行数据传输所需通信线路少，串行传送的速度低，但传送的距离可以很长，因此串行适用于长距离而速度要求不高的传输场合。若汽车有自诊断能力和其他串行数据传送能力的控制模块，则串行数据由发动机控制单元（PCM）、车身控制单元（BCM）、防盗和防滑制动系统或其他控制模块产生。
在汽车发动机控制ECU和其他电子智能设备中用来通信的串行数字信号是最复杂的信号，在实际中，要用专门的解码器读取。当发动机冷却液温度传感器发生故障时，PCM输出的串行数据（多路）信号波形如图1-3所示。图1-3 串行数据信号波形
5）脉宽调制信号。脉冲宽度调制（PWM）简称脉宽调制。脉宽调制信号就是经过脉冲宽度调制的信号。脉冲宽度就是在一个周期内元件的持续工作时间，其信号波形如图1-4所示。图1-4 脉宽调制信号波形
第二节 传感器的检测方法及注意事项
一、传感器的检测方法l.解码检测法
读取与清除故障码是解码器的主要功能，冈此很容易判断出故障的大致方向和部位，为传感器的检测和排查提供了方向。但有以下几点需要注意：
1)并不是所有的故障都会出现故障码。例如，三菱的6线式步进电动机由于其ECU是以脉冲方式进行控制，因此没有监控装置，所以出现故障后，没有故障码。又如，当冷却液温度传感器的电阻发生漂移而变得不准确时，如果电阻总值没有超出规定范围，那么虽然有故障，但不会显示故障码。
2)故障码的含义说明需弄清楚，是传感器或执行器自身故障还是线路故障：线路故障要分清，是短路还是断路，是与电源短路或断路还是搭铁短路或断路等。只有清楚、明白故障码的确切含义.才能更好地利用故障码排除故障.维修起来也可以少走弯路。
3)通过解码器查出故障码只是说明某一系统或相关系统有故障，不要看到故障码就断定是该传感器或执行器有故障而予以更换.其他与之相关的系统也可能会造成该故障而出现相同的故障码。
例如，在检查ABS时，如果出现“轮速传感器信号不良”故障码，不要立即更换轮速传感器，而是要首先检查电路各连接插头与插座针脚接触是否良好，传感器触发轮是否有脏污、锈蚀、断路或短路等现象，有些安装在车轮上的传感器因其磁芯经常会吸附一些制动鼓磨掉的铁屑而导致工作不良，此时只需拆下传感器并清除磁芯上的污垢即可解决问题；同时还要观察感应齿圈是否有变形、缺齿等现象，这些都是导致出现“轮速传感器信号不良”故障码的原因，而轮速传感器本身并不一定损坏。
4)要弄清楚是历史性故障码还是当前的故障码，以及故障码出现的次数。如果是历史性故障码，那么就表示故障较早之前出现过，而现在不出现了，但在ECU中仍有一定的存储记忆：当前故障码则表示是最近出现的故障，当前故障码绝大部分和目前出现的系统故障有很大关系。
大众公司的解码器上故障码前显示“SP”，均表示偶发性故障，故障发生的原因不外乎以下几种情况：发动机运转或点火钥匙打开的过程中拔下了某个电器插头，或者某个传感器或执行器的插头虚接，是软故障而不是硬故障。
5)若读不出故障码但车辆依旧有故障，此时要利用解码器的数据流对传感器和执行器进行深入的分析和判断。所谓数据流，简单来说就是电控系统中一些主要传感器和执行器的当前工作参数值（如发动机转速、蓄电池电压、空气流量、喷油时间、节气门开度、点火提前角、冷却液温度等）。维修过程中，可以通过阅读数据流来分析和发现故障所在，特别是当电控系统无故障码可供参考时，数据流分析就显得更加重要。每个传感器和执行器在一定条件下的工作参数值是有一定标准范围的，因此可以通过实际值与标准值的比较来判断某传感器和执行器工作是否存在异常。
6)当参考故障码排除故障后，要利用解码器来清除故障码，也就是从ECU内部记忆体中清除该故障码记忆，并在发动机运转一段时间后（有条件的话，可以进行路试），冉通过解码器来测试是否还会出现类似的故障现象，或者存储相同的故障码。
2.测试灯检测法
测试灯有自制测试灯和检测专用测试灯：可以白带电源，也可以不带电源。自制测试灯可以用发光二极管(LED)外接650Q电阻串联制成。测试灯主要有以下几个功能：
1）检查传感器、电控元件本体或连接电路的通断。
2）检测传感器参考电压供给是否正常。
3）根据测试灯发光二极管频闪信号，可以检查传感器是否有脉冲输出，或ECU是否有执行信号输出。
3.故障征兆判断法
依据故障征兆，运用经验判断，是最直观的方法。但其缺点是：经验积累时间长，结果准确率低，误判的可能性较大。在维修大众车系发动机时，如果出现发动机油耗和排放污染增加、怠速不稳、缺火、喘振等故障现象，则很可能是氧传感器出现故障。这是因为：一是从车型来看，该车型出现氧传感器故障的概率比较高；二是从故障现象上来看，氧传感器出现故障将使电控燃油喷射系统的ECU得不到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，从而出现上述征兆。
4.万用表检测法
汽车检测一般不推荐使用指针式万用表，甚至在检测某些元件时，特别是半导体元件和有关ECU的电路，强调必须使用数字式万用表。这是因为数字式万用表输入阻抗大，通过元器件的电流小，可以避免测量时烧毁其他元器件。
(1)电阻检测法 电阻检测法主要用于可变电阻、电位计式传感器电阻、磁电式传感器电阻的检测，对于半导体元件，一般要与标准元件的测量值对比后才能得出结论。对于磁电式轮速传感器，可以用电阻档检查其电阻值，一般在室温下进行，电阻在600-2300Q范围内为正常；电阻太小，则为线圈短路；电阻过大，则为连接不良；电阻非常大，则为断路：线圈与外壳导通，则为搭铁。
(2)电流检测法 电流检测法主要用于产生电流调制信号的新型集成电路传感器，如轮速传感器，通过万用表也可以对传感器进行检测。将万用表拨至量程在200mA以上的电流档处，将表笔串接在其中一根输出线上，另一根输出线正常接线（指针式万用表要注意极性），接通汽车电路使ABS通电，用手缓慢转动传感器安装侧的车轮，正常情况下电流指示应在8-15mA之间来回波动。如果读数值只固定在8mA或15mA，同时调整空气间隙无效时，则说明传感器失效；另外，如果接通电路后电流数值直接显示为0或lOOmA以上时，在确认万用表接线无误后，可以判定传感器已经断路或短路。
(3)电压检测法 对于有源传感器，由于在工作时传感器自身可以产生电压，因此可以使用电压检测法来检测传感器工作是否正常。例如氧气传感器、磁电式曲轴位置／凸轮轴位置传感器、爆燃传感器等。仍以ABS用磁电式轮速传感器为例，拆开ABS ECU接线插座或拔下轮速传感器的接线插头，使被测车轮以1r/s的速度转动时，使用万用表交流mV档，测量各车轮的轮速传感器对应端子间的电压，万用表指示值应为70mV以上。如果测量值低于规定值，则可能是传感器与轮齿间的间隙过大或传感器本身有问题，需要更换新件。
5.示波器检测法
示波器主要用来显示控制系统中输入、输出信号的电压波形，以供维修人员根据波形分析和判断电控系统故障。示波器比一般电气设备的显示速度快，是唯一能显示瞬时波形的检测仪器，是电控系统故障诊断中的重要设备。示波器检测法是最准确、最直观的检测方法，可以将传感器的输出电流或电压以波形的形式显示出来，也是传感器等电气元件检测的发展方向。
6.替代法
替代法就是指对于可疑传感器，通过试换新传感器来查找故障的方法，又称试换法。替代法可确定故障部位或缩小故障范围，但不一定能确定故障原因。在检验传感器时，最好使用相同车型、相同年款、相同型号、相同规格的传感器，暂时替代有疑问的传感器。替代后如果故障现象消失，则说明该故障是由传感器引起的，被替代传感器存在问题；如果故障现象依然存在，则说明该故障并不是由传感器引起的，故障在其他部位。
使用替代法检验传感器的好坏，简单又直接，但要求有一定的维修经验和可以用来替换的正常的传感器。替换时需要注意两点：①不能用不同输出特性的传感器来替代，否则容易引起错误判断；②不要绝对地认为新零件就是好零件，否则有可能导致误判，因为有的新零件本身就是坏的。二、传感器检测的注意事项
1）蓄电池搭铁极性切不可接错，必须是负极搭铁。严禁在发动机高速转动时将蓄电池从电路中断开，以防产生瞬时过电压使ECU和传感器损坏。
2）在车身上进行电弧焊时，应先断开ECU电源。在靠近ECU或传感器的地方进行车身修理作业时，更应特别注意。
3）必须防止ECU和传感器受潮。不允许将ECU或传感器的密封装置损坏，更不允许用水冲洗。此外，ECU必须防止受到剧烈振动。
4）电控系统中，故障多的不是ECU、传感器和执行部件，而是插接器。插接器常会因松旷、脱焊、烧蚀、锈蚀或脏污而导致接触不良或瞬时短路，因此，当出现故障时不要轻易地更换电子元器件，而应首先检查插接器的连接状况。
5）当断开蓄电池时，需注意以下几点：①必须关闭点火开关，如果在点火开关接通的状态下断开蓄电池连接，则电路中的自感应电动势会有击穿电子元器件的危险；②检查自诊断故障码是否存在，若有故障码，则应记下故障码后再断开蓄电池；③断开蓄电池前，应牢记带防盗码的影像设备的编码，否则在下次使用中，影像系统自锁会影响其使用。
6）在安装或拆卸电感式传感器时，应将点火开关断开，以防止其自感应电动势损伤ECU以及产生新的故障。
7）注意检查搭铁线的连接状况，其电阻值一般不应大于1.5Ω。
8）带有安全气囊系统的汽车，对其安全气囊进行检修时，如果操作不当，则会使安全气囊意外张开而造成驾乘人员受伤，因此必须严格按操作程序进行。对安全气囊进行检修作业时，先将点火开关置于关闭位置，断开蓄电池负极，等待90s再进行操作，以免发生意外。
9）检修氧传感器时，注意不要让氧传感器跌落或碰撞到其他物体，不要用水进行冷却。更换氧传感器时，一定要用专用防粘胶液刷涂螺纹，以免下次拆卸困难。
10）某些故障警告灯的功率不得随意改变，否则会出现异常情况。
11）注意屏蔽线。对于电磁式凸轮轴位置传感器，仅通过测量其电压或电阻来确定其好坏是不全面的，有很多电磁式传感器的测量电阻和电压都正常，但若线路屏蔽不好，则也会导致故障的发生。
12）在点火开关接通的情况下，不要进行断开任何电气设备的操作，以免电路中产生自感应电动势而损坏电子元器件。
第二章 空气流量传感器
空气流量传感器又称空气流量计，一般安装在进气管上，其作用是检测发动机进气量的大小，并将进气量信息通过电路的连接转换为电信号输入给ECU，以供ECU确定喷油量和点火时间。通过空气流量传感器获得的进气量信号是ECU进行喷油控制的主要依据，若该传感器损坏或其电路连接出现故障，则会使发动机进气量的测量不准确，使进入气缸的混合气过浓或过稀，从而导致ECU无法对喷油量进行准确的控制，进而导致发动机运转不正常，排放超标。
根据进气量检测方式的不同，测量空气流量的方法分为两种类型：D型（即压力型）和L型（即空气流量型）。
1）D型是指利用检测的进气歧管内绝对压力来计算吸入气缸的空气量，所用的传感器是进气歧管绝对压力传感器，测量方法属于间接测量法。
2）L型采用直接测量的方法，即利用本章所讲的空气流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。L型传感器又分为体积流量型传感器和质量流量型传感器两种。
①体积流量型传感器有翼片式、量芯式、卡门涡流式等多种类型，现已淘汰。如以前丰田凯美瑞用翼片式空气流量传感器，丰田普瑞维亚旅行车用量芯式空气流量传感器，三菱车系、现代车系、丰田雷克萨斯LS400轿车用卡门涡流式空气流量传感器。
②质量流量型传感器有热线式和热膜式两种类型，捷达、奔驰、大众等现在的大多车型都使用热膜式空气流量传感器。
第一节 热膜式空气流量传感器
一、热膜式空气流量传感器的结构热膜式空气流量传感器是热线式空气流量传感器的改进型（大众CC、新帕萨特均使用此款传感器），其发热体是热膜（由发热金属铂同定在薄的树脂膜上制成），而不是热线。热膜式空气流量传感器的发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，因此增加了发热体的强度，提高了传感器的可靠性。与热线式空气流量传感器相比.热膜式空气流量传感器的热膜电阻阻值较大，消耗电流较小，使用寿命也较长：但是由于其发热元件表面的一层保护薄膜存在防辐射、热传导作用，因此响应特性稍差。热膜式空气流量传感器的结构如图2-1所示。
热膜式空气流量传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当于取样套），热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上而影响其测量精度，在护套的空气入口侧设有空气过滤层，用以过滤空气巾的污物。为了防止因空气温度变化而使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。温度补偿电阻和热膜电阻与传感器内部控制电路连接在一起，控制电路与线束插接器插座连接在一起，线束设在传感器壳体中部。图2-1 热膜式空气流量传感器的结构二、热膜式空气流量传感器的工作原理图2-2 热膜式空气流量传感器电路R—温度补偿电阻 R—热膜电阻 R—信号取样电阻 R、R—精密电阻 U—电源电压 UTHS12CCS—信号电压 A—控制电路
热膜式空气流量传感器与热线式空气流量传感器的工作原理大致一样。传感器的热膜电阻R、温度补偿电阻R、精密电阻R及R、HT12信号取样电阻R在电路板上以惠斯顿电桥的方式连接，如图2—2所S示。当空气气流流经发热元件并使其冷却时，发热元件（即热膜电阻）的温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持在高于温度补偿电阻温度的一个固定值（一般仍为100℃）。电流增量的大小取决于发热元件受冷却的程度，即取决于流过传感器的空气流量。当电桥电流增大时，信号取样电阻R上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转换为电压信号U的SS变化。该信号电压输入ECU后，ECU可根据信号电压的高低计算出空气流量的大小。
如图2-3a所示，当发动机怠速或吸入热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速减慢，空气量减少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，发热元件受到冷却的程度减小，阻值减小的幅度也小，保持电桥平衡所需要的电流减小。因此，当发动机怠速或吸入热空气时，信号取样电阻上的信号电压降低。ECU根据信号电压即可计算出空气量。图2-3 热膜式空气流量传感器的测量原理
如图2-3b所示，当发动机负荷增大或吸入冷空气时，因为负荷增大时节气门开度增大，所以空气流速加快、空气流量增大；又因冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以发热元件受到冷却的程度增大，阻值减小的幅度大，保持电桥平衡所需要的电流增大。因此当发动机负荷增大或吸入冷空气时，信号电压升高。三、新型热膜式空气流量传感器
大众直喷发动机使用的是第6代热膜式空气流量传感器(HFM6)，如图2-4所示。这种空气流量传感器安装在发动机的进气道内，与前一代一样，也是根据热量测量原理来工作的。其特点是带有回流识别的微型传感元件，具有温度补偿的信号处理功能，测量精度高，传感器稳定性好。图2-4 第6代热膜式空气流量传感器
1）工作过程。空气流量传感器的传感元件处在发动机吸入的空气中，一部分空气流经该传感器的旁通气道，其内有传感器ECU，该ECU上集成有一个加热电阻和两个温度传感器。这两个温度传感器用来识别空气的流动方向：吸入的空气首先经过温度传感器1，如图2-5所示；从关闭的气门处回流的空气首先经过温度传感器2，如图2-6所示；两温度传感器与加热电阻共同作用，发动机ECU即可计算出吸入空气中的氧含量。
2）信号应用。发动机ECU用空气流量传感器信号来计算充气系数（容积效率）。根据充气系数，再考虑到λ值和点火时刻，ECU即可计算出发动机转矩。
3）信号中断的影响。当空气流量传感器信号中断后，发动机ECU会计算出一个替代值。图2-5 吸入空气的测量图2-6 回流空气的测量四、热膜式空气流量传感器的检测方法
1.大众新迈腾1.8TSi发动机用热膜式空气流量传感器G70的检测
大众新迈腾1.8TSi发动机使用的是热膜式空气流量传感器G70，以测量发动机的进气量。图2-7所示为传感器的插头，图2-8、图2-9所示为该传感器与车载网络ECU和发动机ECU的连接电路。图2-7 热膜式空气流量传感器插头1—电源信号线 2—进气温度信号线 3—电源线 4—搭铁线 5—空气流量传感器信号线图2-8 热膜式空气流量传感器与车载网络ECU的连接电路A—蓄电池 B—起动机 J329—总线端15继电器（安装在车载网络ECU继电器支架上） J519—中央电器控制单元 J682—接线端50继电器（安装在仪表板下左侧继电器板上的5号位，即53继电器） SC4—熔丝架C上的熔丝4 SC10—熔丝架C上的熔丝10 SC22—熔丝架C上的熔丝22 SC31—熔丝架C上的熔丝31 SD8—熔丝架D上的熔丝8 SD10—熔丝架D上的熔丝10 T1v—1芯黑色V插头连接 T2cq—2芯黑色CQ插头连接 T8t—8芯黑色T插头连接 T11—11芯黑色插头连接 12—发动机室内左侧搭铁点（在左前纵梁上） 249—搭铁连接2（在车身线束中） 639—搭铁点（在左侧A柱上） 652—变速器和发动机搭铁的搭铁点 B555—正极连接2（50，在车身线束中） B571—连接38（在车身线束中） ∗—截止到2009年1月 ∗∗—自2009年1月起图2-9 热膜式空气流量传感器与发动机ECU的连接电路G39—氧传感器 G70—空气流量传感器 G299—进气温度传感器2 J623—发动机ECU T4ya—4芯棕色YA插头连接 T5h—5芯黑色H插头连接 T94ya—94芯黑色YA插头连接 Z19—氧传感器加热装置 ws—白色 sw—黑色 ro—红色 br—褐色 gn—绿色 bl—蓝色 gr—灰色
(1)热膜式空气流量传感器各插头端子的说明
1)T5h/5为空气流量传感器信号线，电压在0-5V之间变化。
2)T5h/4为搭铁线，在车身线束B702中。
3)T5h/3为电源线，打开点火开关时，由点火开关15号线J527向转向柱电子装置ECU提供电源信号，再向J519提供电源信号，J519向J329提供电源使继电器吸合，并经熔丝SC22(5A)向空气流量传感器提供蓄电池电压。
4)T5h/2为进气温度传感器信号线，温度低时电压高，温度高时电压低，如在200C时电压为0.5-3V。
5)T5h/l为电源信号线，由发动机ECU J623提供SV参考电压。
(2)检测传感器的电源电压及信号电压
1)检测电源电压。关闭点火开关，拆下空气滤清器，再打开点火开关，即置于ON位置，不起动发动机；用万用表的电压档测量空气流量传感器插头巾的T5h/3端子（正信号线）与T5h/4搭铁线端子（负信号线）之间的电压值，该电压值即为蓄电池电压；然后用万用表测量插头T5h/5端子与T5h/4搭铁线端子间的电压值，该电压的标准值应为5V，如图2-10所示。
2)检测信号电压。关闭点火开关，拆下空气滤清器，再打开点火开关，即置于ON位置，不起动发动机：用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的T5h/l端子（正信号线）与T5h/5端子（负信号线）之间的电压值；将“+”表笔插入空气流量传感器5号端子线束中，“一”表笔插入3号端子的线束中，然后用电吹风（冷风档）向空气流量传感器人口处吹气，观察信号电压的变化情况。若信号电压不发生变化，则说明空气流量传感器失效，应予以更换。信号电压的标准值为2.0-4.0V。图2-10 检测热膜式空气流量传感器的电源电压
(3)检测线束导通性（断路） 关闭点火开关，拔下空气流量传感器插头，然后拔下发动机ECU J623的线束插接器：用万用表检测空气流量传感器插头中的T5h/l端子与J623插接器的T94ya/23端子间的电阻值，标准值应小于1Ω；用万用表检测空气流量传感器插头中的T5h/5端子与J623捅接器的T94ya/60端子间的电阻值，标准值应小于1Ω：用万用表检测空气流量传感器插头中的T5h/2端子与J623插接器的T94ya/65端子间的电阻值，标准值应小于1Ω。
(4)用诊断仪检测 用VAS5052诊断仪检测空气流量传感器信号，其操作步骤如下：输入地址码01进入发动机测试状态，输入08读取测量数据组，输入组号02读取基本功能数据。显示区域4即进气流量，其标准值为2.0-4.5g/s；若小于2.Og/s，则说明进气系统有泄漏；若大于4.5g/s，则说明发动机负荷太大。偏离标准值的原因可能是空气流量传感器或其线路发生故障。如果空气流量传感器有故障，则会出现故障码00553-G70——空气流量传感器线路搭铁断路或短路。
说明：进气温度传感器作为发动机内部计算进气温度的元件，其数据流不提供此数据，即使发生故障也不一定会以故障码的形式存储在发动机ECU中（与发动机ECU所用软件版本号有关）。（5）输出信号的万用表电压法检测 在线路连接完好的情况下，使发动机怠速运转，利用背插法用万用表的电压档测量端子T5h/5的搭铁电压，在发动机怠速时应为1.4V，急加速时为2.8V，否则说明空气流量传感器测量有偏差。
2.大众CC、新款帕萨特发动机用热膜式空气流量传感器的检测
大众CC、新款帕萨特1.8TSi发动机使用的是改进型三线（取消了进气温传感器）热膜式空气流量传感器G70，以测量发动机的进气量。图2-11、图2-12所示为该传感器与车载网络ECU和发动机ECU的连接电路。图2-11 三线热膜式空气流量传感器与车载网络ECU的连接电路J329—端子15供电继电器 SA—熔丝架A SA4—熔丝架A上的熔丝4 SC—熔丝架C SC1—熔丝架C上的熔丝1 SC10—熔丝架C上的熔丝10 SC27—熔丝架C上的熔丝27 507—螺栓连接（30，在蓄电池熔丝座上） 514—螺栓连接4（30a，在继电器板上） B290—正极连接14（15a，在主导线束中） B291—正极连接15（15a，在主导线束中） B330—正极连接16（30a，在主导线束中） B571—搭铁连接38（在主导线束中）图2-12 三线热膜式空气流量传感器与发动机ECU的连接电路G42—进气温度传感器 G62—冷却液温度传感器 G70—空气流量传感器 G83—冷凝器出口上的冷却液温度传感器（黑色） J623—发动机ECU（位于排水槽内中部） T5f—5芯F插头连接 T60—60芯插头连接 T94—94芯插头连接 D101—连接1（在发动机室导线束中）
(1)热膜式空气流量传感器各插头端子的说明
1)T5f/l为空气流量传感器信号线端子，由发动机ECU J623提供电压为SV。
2)T5f/2为空气流量传感器搭铁线端子。
3)T5f/3为电源线端子，打开点火开关时，由点火开关15号线向J519提供电源信号，J519向J329提供电源使继电器吸合，并经熔丝SC10(10A)向空气流量传感器提供蓄电池电压。
(2)检测传感器的电源电压及信号电压
1)检测电源电压。关闭点火开关，拆下空气滤清器，再打开点火开关，即置于ON位置，不起动发动机；用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的T5f/l端子（正信号线）与搭铁线端子之间的电压，该电压值应为5V;然后用万用表测量空气流量传感器插头rrsf/3端子与搭铁（或车身）间的电压，该电压应为蓄电池电压（如无电源，则检测熔丝SB30及供电继电器J329或熔丝SC10）。
2)检测信号电压。用万用表“+”表笔插入空气流量传感器T5f/l号端子线束，“一”表笔插入T5f/2号端子线束。然后用电吹风（冷风档）向空气流量传感器人口吹气，观察信号电压的变化值。若信号电压不变化，说明空气流量传感器失效，应更换。
(3)检测线束导通性（断路） 关闭点火开关，拔下空气流量传感器的插头，再拔下发动机ECU J623的线束插接器；用万用表检测空气流量传感器插头T5f/1端子与J623插接器的T94/23端子间的电阻值，标准值应小于1Ω；用万用表检测空气流量传感器插头T5f/2端子与J623插接器的T94/65端子间的电阻值，标准值应小于1Ω。图2-13 热膜式空气流量传感器与ECU之间的连接线束
3.桑塔纳2000GSi、捷达GT、GTX轿车空气流量传感器的检测
桑塔纳2000GSi、捷达GT、GTX轿车均使用同一类型的热膜式空气流量传感器来测量发动机的进气量。该热膜式空气流量传感器与ECU之间的连接线束如图2-13所示。（1）热膜式空气流量传感器各插头端子的说明
1）端子1为空脚。
2）端子2为12V电源线。
3）端子3为负信号线。
4）端子4为由ECU提供的5V电源线。
5）端子5为信号线。（2）检测传感器的电源电压及信号电压
1)检测电源电压。关闭点火开关，拆下空气滤清器，再打开点火开关，即置于ON位置，不起动发动机；用万用表的电压档测量空气流量传感器插头中的2号端子（正信号线）与搭铁线之问的电压值，该电压为蓄电池电压：然后用万用表测量空气流量传感器捅头4号端子与搭铁线之间的电压值，该电压应为5V。
2)检测信号电压。关闭点火开关，拆下空气滤清器，再打开点火开关，即置于ON位置，不起动发动机；用万用表“+”表笔插入空气流量传感器5号端子（正信号线）线束，“一”表笔插入3号端子（负信号线）线束；然后用电吹风（冷风档）向空气流量传感器人口处吹气，观察信号电压的变化情况。若信号电压不发生变化，则说明空气流量传感器失效，应予以更换。信号电压的标准值为2.0-4.OV。
(3)检测线束导通性（断路） 关闭点火开关，拔下空气流量传感器的插头，再拔下ECU J220的线束插接器，用万用表检测插头中的3号端子与ECU J220插接器中的12号端子之间的电阻值，该电阻的标准值应小于1Q；用万用表检测插头中的4号端子与ECU J220插接器中11号端子之间的电阻值，该电阻的标准值应小于1Q。用万用表检测插头中的5号端子与ECU J220插接器中13号端子之间的电阻值，该电阻的标准值应小于1Q，如图2-14所示。图2-14 空气流量传感器插头与ECU的导通性
第二节 热线式空气流量传感器
一、热线式空气流量传感器的结构热线式空气流量传感器按其铂金热线安装位置的不同可分为主流测量方式和旁通测量方式两种.其结构分别如图2一15和图2—16所示。主流测量方式热线式空气流量传感器由铂金热线、温度补偿电阻（冷线）、取样管、控制线路板、防护网及插接器组成。热线是一根直径约为0.07mm的铂金丝，装在取样管内的支承环上，其阻值随温度变化而变化，当传感器工作时，能被控制电路提供的电流加热到120℃左右，因此称为热线：取样管由一个热线支承环和两个塑料护套组成，置于空气流量传感器主空气道的中央，两端有防护网，防护网通过卡箍固定在传感器的壳体上；温度补偿电阻（冷线）安装在热线附近，且在靠近进气口一侧.当传感器工作时，控制电路向其提供一个电流使其温度始终低于热线温度100℃，这样冷线温度可以起到参考标准的作用，使进气温度的变化不会影响到热线测量进气量的精度：控制线路板上的插座与发动机ECU相连，用于输入信号。
旁通测量方式热线式空气流量传感器与主流测量方式热线式空气流量传感器的主要区别在于：前者把铂金热线和温度补偿电阻（冷线）安装在旁通空气道上，同时将热线和冷线用铂金丝缠绕在陶瓷螺旋管上。图2-15 热线式空气流量传感器的结构（主流测量方式）图2-16 热线式空气流量传感器的结构（旁通测量方式）二、热线式空气流量传感器的工作原理
热线式空气流量传感器的基本原理如图2-17所示。安装在控制电路板上的精密电阻尺.和电桥电阻R、热线电阻R。及温度补偿电阻BHR。组成了惠斯顿电桥。热线电阻R放在进气道内.当进气气流流经KH热线时，热线的热量被流过的空气吸收而使其变冷，且当空气流量增大时，被带走的热量也增加，热线式空气流量传感器就是利用热线与空气之间的这种热传递进行空气流量测定的。
混合集成电路A控制热线温度，当空气流过该热线时，由于空气带走热量使热线的电阻值发生变化，从而使惠斯顿电桥失去平衡。为了保持该电桥的平衡，必须提高电压，加大通过热线的电流，进而使热线的温度升高，使原来的电阻值恢复。根据这一原理，通过控制电路，改变惠斯顿电桥的电压和电流，使热线损失的热量与电流加热热线所产生的热量相等.并使热线的温度及其电阻值保持一致。这样，通过热线电阻的电流便是空气流量的单一函数，即热线电流随空气流量的增大而增大，随空气流量的减小而减小。加热电流通过精密电阻R产生的电压降作为电压输出信号输送给ECU，于是计算机便可通A过电压降的大小测得空气流量。图2-17 热线式空气流量传感器的基本原理A—混合集成电路 R—热线电阻 R—温度补偿电阻 R—精密电阻 R—电桥电阻HKAB
精密电阻R是一个温度系数很低的金属箔电阻；温度补偿电阻AR用来对热线电阻的温度进行参照，使两者之间的温度差控制在K100℃左右，从而提高测量精度，该补偿电阻与电桥电阻R的阻值都B较高，这样能减少电能的损耗。
热线式空气流量传感器由于其热线表面与空气直接接触，在使用一段时间后，热线表面易受空气尘埃玷污，导致其热辐射能力降低，将会影响传感器的测量精度，因此热线式空气流量传感器的控制电路设置有“自洁电路”以实现自洁功能。每当发动机熄火后，计算机将控制自洁电路接通，将热线加热到1000℃左右，并持续约1s的时间，从而将粘附在热线上的尘埃烧掉。另一种防止热线玷污的方法是将热线的保持温度提高，一般保持温度设在200℃以上，以便烧掉粘附的污物。三、热线式空气流量传感器的检测
新款上海别克轿车采用的MAF传感器为热线式空气流量传感器，该传感器使用热线电阻式元件，此元件与温度补偿电阻、精密电阻、电桥电阻及环境温度传感器共同组成惠斯顿电桥。热线式空气流量传感器为三导线型传感器，安装在进气歧管中，如图2-18所示，其插接器端子如图2-19所示，传感器与ECU的连接电路图如图2—20所示。图2-18 热线式空气流量传感器的安装位置（上海别克轿车）图2-19 传感器插接器端子A—空气流量传感器信号端子 B—搭铁端子 C—电源电压输入端子图2-20 新款上海别克轿车空气流量传感器与ECU的连接电路
对热线式空气流量传感器进行检测时，应主要检测空气流量传感器的输出信号电压。首先关闭点火开关，拔下传感器插接器；然后将点火开关转至ON，但不起动发动机；用数字万用表电压档测量空气流量传感器信号端子和搭铁端子之间的电压，即A端子与B端子间的电压，该电压应为5V；当传感器输出电压正常时，可用吹风机向此传感器进气口处吹风，其信号电压应随吹风量大小的变化而变化，且应符合标准规定值范围，否则说明空气流量传感器已损坏，应当予以更换。
第三章 温度传感器
第一节 温度传感器概述
温度传感器广泛应用于现代汽车发动机的燃油喷射、自动变速器的换档、离合器的锁定和空调等系统，以测量发动机的冷却液温度、进气温度、自动变速器油温度、空调系统环境温度和室内温度等，为发动机的油压控制以及自动控制提供重要依据：此外，温度传感器在工业自动化领域也得到了广泛的应用。常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式、热敏铁氧体式等。
热电阻式温度传感器是根据热电阻效应制成的传感器，其中热电阻效应是指物质的电阻率随其本身温度的变化而变化。热电阻按材料的不同分为金属热电阻和热敏电阻。
若以金属元件作为检测元件来制作传感器，则要求材料的电阻温度系数、理化性能稳定且其自身的电阻率较大，这样就使铂电阻和铜电阻成为较理想的且常用的热电阻材料。其中铂电阻在很宽的温度范围内都能保持良好的特性，因此得到了广泛的应用；而铜电阻虽然仅适用于-50～150℃，但其测温精度高，稳定性好，易加工，且价格便宜。
热敏电阻则是用陶瓷半导体材料与其他的金属氧化物按适当的比例混合后高温烧结而成的且温度系数很大的电阻体。在工作范围内，热敏电阻按陶瓷半导体与温度之间的特性关系的不同可分为3种类型：第1种是负温度系数热敏电阻(NTC)，其电阻值随温度的升高而减小；第2种是正温度系数热敏电阻(PTC)，其电阻值随温度的升高而按指数函数增加；第3种是临界温度系数热敏电阻(CRT)，其电阻值随温度的升高而按指数函数减小。图3-1 热电偶式温度传感器
热电偶式温度传感器也是根据热电效应制成的，即将两种不同材料的金属导体粘合在一起，如图3-1所示。图中当A和B之间产生温度差ΔT时，这两点间会出现一个电位差ΔU，即A与B两点间的电位ABAB差仅取决于其温度差的大小，测量时，将其中的一端置于恒温箱中，另一端置于被测物中，当被测物温度变化时，ΔU也将发生变化，AB这样ΔU的变化实际上就是被测物温度变化的反映。AB
热敏铁氧体式温度传感器实际上是一种开关式传感器，即制成热敏铁氧体式温度传感器的材料具有强磁性，当此材料的环境温度超过某一温度时，其磁性急剧变化，从而形成不同的磁场，使传感器的舌簧开关导通或断开，进而形成电路的通、断。
目前在汽车上应用的主要有热电阻式温度传感器中的热敏电阻式温度传感器、热电偶式温度传感器、热敏铁氧体式温度传感器，其中又以热敏电阻式温度传感器应用最为广泛，如安装在冷却液管道上的冷却液温度传感器，仪表板上的冷却液温度表传感器，安装在风窗玻璃底部及前保险杠内的车内、外空气温度传感器，安装在空气流量传感器内、滤清器内、进气歧管内、进气导管内的进气温度传感器，安装在空调蒸发器片上的蒸发器出口温度传感器，安装在三元催化转化器上的排气温度传感器，安装在EGR进气道上的EGR检测温度传感器，以及安装在变速器液压阀体上的变速器油液温度传感器等。热电偶式温度传感器由于热电位差不高，在汽车上应用较少，主要用于排气系统中排气温度的确定。热敏铁氧体式温度传感器在汽车上主要用于控制散热器的冷却风扇。
此外还要提到的就是两种应用在老式化油器式发动机上的石蜡式气体温度传感器和双金属片式气体温度传感器。其中，石蜡式气体温度传感器是根据利用石蜡的低温固态、高温液态和体积膨胀推动活塞运动从而关闭阀门的原理制成的；而双金属片式温度传感器则是利用膨胀系数不同的两种金属导体粘合后，高温时，两种金属导体的膨胀系数不同，使双金属片向膨胀量小的一方弯曲的特性制成的可关闭阀门。
第二节 热敏电阻式温度传感器
热敏电阻式温度传感器灵敏度高，能够测量微小的温差，且结构简单，价格低廉，经济性好，在汽车电子控制系统中的应用越来越广泛。一、进气温度传感器
1.进气温度传感器的结构与工作原理
进气温度传感器用于检测进气温度，并将温度信号转换为电信号传送给ECU。进气温度信号是各种控制功能的修正信号，如果进气温度信号中断，则会导致发动机热起动困难，废气排放量增大。
空气流量传感器测定的空气流量为体积流量，需要配装进气温度传感器和大气压力传感器。ECU根据发动机的进气温度信号和大气压力信号修正喷油量，使发动机自动适应外部环境温度（寒冷或高温）和大气压力（高原或平原）的变化。当进气温度低时（空气密度大），热敏电阻的阻值大，传感器输入ECU的信号电压高，ECU控制喷油器增加喷油量；反之，当进气温度高时（空气密度小），热敏电阻的阻值小，传感器输入ECU的信号电压低，ECU将控制喷油器减少喷油量。
(1)进气温度传感器的安装位置和结构 进气温度传感器通常安装在空气滤清器之后的进气软管或空气流量传感器上，有的还在空气流量传感器和谐振腔上各安装一个，以提高喷油量的控制精度，如图3-2所示。
进气温度传感器在电控汽油喷射系统中的作用是用来测量进气温度，因空气密度随温度的变化而变化，而喷油量是按空气质量来计算的，且理想空燃比是14.7：1，所以ECU必须根据进气温度对喷油量进行修正，以获得最佳的空燃比。
进气温度传感器的结构如图3-3所示，该传感器主要南绝缘套、塑料外壳、防水插座、铜垫圈、热敏电阻等组成。
(2)进气温度传感器的工作原理 进气温度传感器采用负温度系数热敏电阻作为检测元件，为能准确测量进气温度，常用塑料外壳加以保护，以防安装部位的温度影响传感器的测量精度。
进气温度传感器与电控汽油喷射系统ECU的连接电路如图3-4所示。ECU根据进气温度传感器输入的信号来修正基本喷油量。进气温度传感器的工作特性如图3-5所示。图3-2 进气温度传感器的安装位置图3-3 进气温度传感器的结构图3-4 进气温度传感器与电控汽油喷射系统ECU的连接电路
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]