《新型汽车传感器、执行器原理与故障检测 第2版》 爆燃、碰撞传感器

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第六章 爆燃、碰撞传感器,新型汽车传感器、执行器原理与故障检测,第六章 爆燃、碰撞传感器,一、概述,为了防止因爆燃损坏发动机，人们通过在发动机上装上爆燃传感器来检测有无爆燃现象的产生，并将检测的信号输入ECU，ECU根据爆燃传感器的反响信号来调整点火提前角，从而使点火提前角保持最正确位置，改善发动机的工作性能。点火时间过早是产生爆震的重要原因，采用点火时刻闭环控制可以防止这种现象的发生。点火时刻的闭环控制是采用爆震传感器Delonation sensor，缩写为DS检测发动机是否发生爆震作为反响信号，从而决定点火时刻是提前还是推迟。所以爆震传感器是点火时刻闭环控制系统必不可少的重要部件。,利用发动机爆震信号作为反响信息的闭环控制方式中，爆震传感器将发动机的爆震信息提供给ECU，一旦爆震程度超过规定的标准，ECU立即发出推迟点火指令；当爆震程度低于规定的标准时，ECU又会将点火时刻提前。循环调节点火时刻的结果，使发动机始终处于临界爆震的工作状态，可使发动机获得最大的动力性能，经济性能也可以得到一定程度的改善。,检测发动机爆震通常有三种途径，一是检测汽缸压力，二是检测发动机振动，三是检测燃烧噪声。其中检测汽缸压力的方法，精度最好，但是存在着传感器的耐久性差和难以安装的问题；检测燃烧噪声的方法，由于是非接触式的，其耐久性很好，但是精度和灵敏度偏低；现在常用检测发动机振动的方法来判断有无爆震，这种方法可获得高输出信号，灵敏度高，安装简单，应用最为广泛。,第六章 爆燃、碰撞传感器,用于发动机机体振动检测的爆震传感器有共振型和非共振型两大类，共振型又分为磁致伸缩式和压电式两种;非共振型有压电式。共振型传感器在发动机爆震时输出的电压比较高，因此无需使用滤波器即可判别有无爆震产生；而非共振型的爆震传感器需经滤波器检出爆震的信号。现代绝大多数汽车采用共振型压电式爆震传感器，它是利用发动机产生爆震时其振动频率和传感器本身的固有频率一致而产生共振的现象，用以检测爆震是否产生，其输出信号为电压，电压值的大小表示爆震的强度。,碰撞传感器用在现代轿车的SRS平安气囊和新型的防抱死制动系统中，已成为确保汽车操纵稳定性和制动性能的重要元件。其功能是检测判断汽车的碰撞强度，以便及时“通知SRSECU启动平安气囊。,碰撞传感器按工作原理可分为机电结合式、电子式和水银开关式3种。机电结合式碰撞传感器是一种利用机械机构运动(滚动或转动)来控制继电器触点动作，再通过触点断开与闭合来控制气囊点火器电路接通与切断的传感元件。常用的有滚球式、滚轴式和偏心锤式3种碰撞传感器。,电子式碰撞传感器没有继电器触点，一般用作中心碰撞传感器，常用的有压阻效应式和压电放应式两种。压阻效应式碰撞传感器指在发生碰撞时传感器的应变电阻发生变形，使应变电阻的值发生变化，进而使传感器的输出电压信号发生变化，当电压值超过预定值时，气囊被触发；压电效应式碰撞传感器那么是传感器的压电晶体在碰撞时输出电压发生变化，当变化的电压值到达预定值时，气囊被触发。,水银开关式碰撞传感器是利用水银汞导电的良好特性来控制气囊点火器电路的接通或切断，一般用作防护传感器。,第六章 爆燃、碰撞传感器,二、爆震传感器控制系统,汽油发动机是利用火花塞产生的电火花将混合气点燃，使火焰在混合气中不断扩展传播燃烧的。在火焰的传播过程中，如果压力和温度异常升高，一些部位的混合气不等火焰传到，就自行着火燃烧，在整个燃烧室内造成瞬时爆发燃烧，产生高温和强大的压力波，这种现象称为爆燃。发动机工作时，如果持续产生爆燃，不但会引起气缸体、气缸盖和进气歧管等薄壁构件的高频振动，以及运动机构的冲击载荷，产生很大噪声，最终导致机件损坏，而且火花塞电极或活塞很可能产生过热、熔损等现象，造成发动机的严重故障，因此必须防止爆燃的产生爆燃和点火时刻有密切的关系，在一定的范围内，点火时刻提前，燃烧的最大压力就高，就越容易发生爆燃。,为防止爆燃的产生，在发动机上安装了爆燃传感器，用于检测爆燃，从而可以把点火时刻控制在接近爆燃极限的位置，使发动机的潜力更能得到充分的发挥。,第六章 爆燃、碰撞传感器,爆燃传感器一般安装在发动机气缸体、火花塞或进气歧管上，它能够感应出发动机各种不同频率的振动，并将振动转化为不同的电压信号。当发动机发生爆燃时，爆燃传感器感应到此变化并产生较大的振幅电压信号，如图6-1所示。来自爆燃传感器的含有各种频率的电压信号输人到ECU中的爆燃信号判别电路，如图6-2所示。首先须经滤波电路，将爆燃信号与其他振动信号别离，只允许特定范围频率的爆燃信号通过，然后将此信号的最大值与爆燃强度基准值进行比较，如大于基准值，那么将爆燃信号电压输微机，表示发生爆燃，由微机进行处理。,第六章 爆燃、碰撞传感器,由于发动机的振动频繁而剧烈，为了使传感器只检测到爆燃信号，从而防止ECU发生错误爆燃判别，因此判别爆燃信号并非任何时刻都进行，而是有一个判别范围，如图6-3所示。限于识别发动机点火后爆燃可能发生的一段曲轴转角范围内的振动，只有在该范围内，爆燃传感器的信号才能被输入比较电路,第六章 爆燃、碰撞传感器,爆燃强度那么以超过基准值的次数计量，其次数越多，那么爆燃强度越大；次数越少，那么爆燃强度越小，如图6-4所示。试验说明，当发动机的负荷低于一定值时，一般不会出现爆燃，这时不宜采用控制爆燃的方法来调整点火提前角，可采用开环控制的方式控制点火提前角，即此时ECU不再检测和分析爆燃传感器输入的信号，只根据有关传感器及ROM中存储的数据控制点火提前角的大小。而要判断在某一时刻究竟要采用开环还是闭环控制，可由ECU对负荷传感器送来的信号进行分析判断,第六章 爆燃、碰撞传感器,当ECU进行闭环控制时，实际点火提前角的控制如图6-5所示。当任何一缸产生爆燃时，ECU立即以某一固定值1.52曲轴转角逐渐减少点火提前角，直至发动机不产生爆燃为止。然后，在一定的时间内，先维持调整过的点火提前角不变。在此期间内，假设又有爆燃发生，那么继续以固定值减少点火提前角；假设无爆燃发生，那么此段缓冲时间过后，那么又开始逐渐以同样的固定值增大点火提前角，直至爆燃重新发生，又开始进行上述的反响控制过程。,第六章 爆燃、碰撞传感器,三、共震磁致伸缩式爆震传感器,磁致伸缩式爆震传感器应用较早，它是一种磁电感应式传感器，属于共振型爆震传感器。其结构如图,6-6,所示，由永久磁铁、靠永久磁铁励磁的强磁性铁芯以及铁芯周围缠绕的感应线圈和壳体组成。,磁致伸缩式爆震传感器安装在发动机上，它将发动机振动的频率变换成电压信号，来检测爆震强度。其工作原理是：当发动机的汽缸体出现振动时，外壳和感应线圈绕组随发动机振动，磁铁因弹簧的存在由于惯性而保持不放，这样磁铁和感应线圈间便存在相对运动。根据电磁感应原理，绕组中就会有感应电动势产生，当频率在,6,9kHz,左右时，传感器将产生共振，使传感器感应线圈的感应电压显著增大。图,6-7,为磁致伸缩式爆震传感器的输出特性图。,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,四、压电式爆震传感器,压电效应就是指当沿着一定方向向某些电介质施力而使其变形时，其内部会发生极化，同时在其外表产生电荷的现象。压电式爆震传感器是利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应和硅压电效应，把爆震传到缸体上的机械振动转变成电信号。压电式爆震传感器从振动方式上可分为非共振型和共振型两种。共振型爆震传感器是由与爆震几乎具有相同共振频率的振子和能够检测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。,1.共振型压电式爆震传感器,共振型压电式爆震传感器的结构主要由压电元件5、振荡片4、基座3等组成，如图6-8所示。 压电元件5紧密地贴合在振荡片4上，振荡片那么固定在传感器的基座3上。振荡片随发动机的振动而振荡，涉及压电元件，使其变形而产生电压信号。当发动机爆震时的振动频率与振荡片的固有频率相同时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号。共振型压电式爆震传感器的输出特性，如图6-9所示。该爆震传感器在发动机爆震时输出的电压比较高，因此即可判别有无爆震产生,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,2.,非共振型压电式爆震传感器,非共振型压电式爆震传感器由平衡块、压电元件、壳体、电气连接装置等组成。平衡块由螺钉固定在壳体上，两个压电元件同极性相向对接，输出电压由两个压电元件的中央取出。这种传感器与共振型传感器结构的不同之处在于它内部没有振荡片，但设置了一个平衡块。平衡块以一定的预紧力压紧在压电片上。当发动机产生爆震时，发动机缸体的振动传到爆震传感器壳体上，平衡块就产生一个正比于加速度的交变力，壳体与平衡块之间就产生相对运动，使夹在中间的压电元件所承受的压紧力发生变化，压电元件承受推压作用力产生电压，并作为电信号输出。非共振型压电式爆震传感器结构简单，制造时不需要调整。,非共振型压电式爆震传感器结构示意图如图,6-10,所示。非共振型传感器在爆震时输出电压较无爆震时无明显增加，具有平缓的输出特性，不像共振型爆震传感器在爆震时会输出较高的电压。爆震是否发生是靠滤波器检出传感器输出信号中有无爆震频率来判别的。因此，必须将反映发动机振动频率的输出电压信号输送给识别爆震的滤波器中，判别发动机是否有爆震产生,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,3.共振型压电式爆震传感器与非共振型压电式爆震传感器的比较,1电压 共振型在爆震时输出电压明显增大，非共振型输出电压增大不明显。,2测量 共振型电压易于测量，但传感器必须与发动机配套使用;非共振型用于不同发动机时，只需调整滤波器的频率范围就可以工作，不需要更换传感器，通用性比较强，但爆震信号的检测复杂一些。,3共振型爆震传感器的输出波形可以直接观察出爆震的波形，即爆震点，而非共振型的爆震传感器需经滤波器检出爆震的信号。共振型和非共振型爆震传感器输出波形的比较如图6-11所示。,第六章 爆燃、碰撞传感器,五、压电爆震传感器检测,1.群众CC爆震传感器检测,群众CC设有两个爆震传感器。爆震传感器1G61、白色插头安装在缸体进气管侧1、2缸之间，用于检测1、2缸的爆震情况；爆震传感器2 G66、蓝色插头安装在缸体进气管侧3、4缸之间，用于检测3、4缸的爆震情况。,群众CC爆震传感器是根据压电原理制成的，传感器由压电陶瓷压电元件、平衡块、壳体、导线等组成，如图6-12所示。传感器电路图如图6-13所示。完成。反之，如怠速不正常，节气门需按上述过程重新进行学习操作。,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,传感器的检测方法如下：,1爆震传感器的随车检查 在进行爆震传感器的检查时，可轻轻敲击该爆震传感器附近的缸体，发动机的转速应随之下降。,2用正时灯观察点火提前角的变化 轻轻敲击该爆震传感器附近的缸体，此时点火提前应该突然向后推迟，然后又向前提前，此现象即说明爆震传感器在起作用，爆震传感器及其线路根本没有问题。反之，说明爆震传感器或线路出现故障。,3在发动机工作过程中，如果爆震传感器发生故障，监测爆震信号中断，电脑就会将点火提前角推迟一定角度，汽车在行驶过程中，驾驶员就会明显感觉到发动机动力缺乏，这时发动机电控系统会诊断到故障，并使故障指示灯点亮。,4电阻检查 关闭点火开关，分别拔下爆震传感器的3芯插头，用万用表的电阻挡分别测量3芯插头各端子之间的电阻值，各端子间的电阻值应都大于1M。,5检测爆震传感器线束的导通性 关闭点火开关，分别拔下爆震传感器的3芯插头，然后拔下ECU J623控制单元插头。用万用表的电阻挡分别测量爆震传感器3芯插座1、2、3号端子与ECU J623控制单元的T60/10、T60/25及T60/56之间的电阻值，应均小于，如果电阻值过大或为无穷大，那么线束与端子可能接触不良或存在断路，应及时排除。,第六章 爆燃、碰撞传感器,6用专用诊断仪VAS5052专用诊断仪， 通过诊断插座读取有关故障的信息：00524-G61传感器对地开路或短路，或者00540-G66传感器对地开路或短路。,7检测爆震传感器的输出信号 检测爆燃传感器的输出信号时，应先关闭点火开关，,拔下传感器的连接器插头，再翻开点火开关，启动发动机使之怠速运转，用示波器或万用表电压挡检测传感器的两个接线端子T3bh/1与T3bh/2，如图6-14所示波形输出。否那么，应更换爆震传感器。,8敲击缸体进人工模拟大于；发动机正常怠速时小于；起动时大于；发生爆震时大于。,9爆震传感器安装本卷须知。为了防止震传感器误传输爆震信号，必须保证爆震传感器固定螺栓的拧紧力矩准确无误。在安装爆震传感器时假设紧固扭矩过大，爆震传感器感知汽缸爆震信号电压太低，从而出现点火过早现象；假设紧固扭矩过小，爆震传感器会感知汽缸爆震信号电压太高，出现点火过迟现象。,第六章 爆燃、碰撞传感器,2.新款凯美瑞爆燃传感器平型,常规型爆燃传感器共振型内置有振动板，该板具有与发动机爆燃频率相同的共振点，并能检测此频段的振动。,另一方面，平型爆燃传感器(非共振型)能够检测615kHz的更宽频带范围内的振动，它具有如下特性：,根据发动机转速的不同，发动机爆燃频率会有些许变化，即使在发动机爆燃频率变化时，平型爆燃传感器也能检测振动。因此，与常规型爆燃传感器相比，共振动检测能力增强，并可获得更加精确的点火正时控制。爆燃传感器的特性如图6-15所示。,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,如图6-16所示，非共振型传感器通过安装在气缸体上的双头螺栓，将平型爆燃传感器安装在发动机上。因此，供双头螺栓使用的孔穿过传感器的中心。在传感器内侧的上局部有钢制配重，压电元件穿过绝热体位于配重下方。该传感器整合了开路/短路检测电阻器。常规型爆燃传感器那么是通过自身上的螺纹旋入缸体中。,将爆燃振动传输给钢制配重，其惯性将压力施加给压电元件，该动作产生电动势，如图6-17所示。,第六章 爆燃、碰撞传感器,1开路/短路电阻器的检测：,翻开点火时，检测爆燃传感器中的开路/短路电阻器及发动机ECU中的电阻器时，保持发动机端子KNK1处的电压恒定。发动机ECU中的IC集成电路始终监视端子KNKI的电压，如果爆燃传感器和发动机ECU之间出现开路/短路，端子KNK1的电压将改变，发动机ECU出现开路/短路并存储DTC诊断故障码，检测电路如图6-17所示。,2维修提示：,当检测开/短路电阻器时，传感器的检查方法随之更改。,确保按照如图6-18所示的位置安装平型爆燃传感器，以防插接器中积水。,第六章 爆燃、碰撞传感器,六、 碰撞传感器,碰撞传感器一般用于平安气囊系统中，是主要的信号输入装置，其作用是在汽车发生碰撞时，检测汽车碰撞强度，并将信号输人给平安气囊ECU，平安气囊ECU根据碰撞传感器传送的信号来决定是否引爆气体发生器使气囊充气，提高乘员的平安性。,碰撞传感器按其功用可分为碰撞信号传感器impact sensor和平安传感器ssahng sensor。平时所讲的碰撞传感器其实是指碰撞信号传感器，也有称为碰撞强度传感器、触发碰撞传感器，其作用是将汽车碰撞时的强度信号输入SRS ECU，用于判断是否需要引爆气囊，一般采用机电结合式结构或机械式结构。正面的碰撞传感器常安装在散热器支架内，侧面的碰撞传感器安装在B柱内。平安传感器又称为碰撞防护传感器、防护传感器或保险传感器，一般安装在SRS ECU内部，其功用是防止气囊在非碰撞情况下发生错误引爆。平安传感器与触发碰撞传感器串联，且一般采用电子式结构。这三种碰撞传感器的安装位置如图6-20所示，正面和侧面碰撞传感器、平安传感器的连接关系如图6-21所示。,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,按照结构来分，碰撞传感器可分为机械式碰撞传感器、机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器。,机械式碰撞传感器常见的有阻尼弹簧式，没有电子设备，只靠机械力控制气囊电路的接通和切断。,电子式碰撞传感器没有电器触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。电阻应变式碰撞传感器在发生碰撞时应变电阻发生变形，使电阻发生变化，传感器输出信号电压发生变化，当电压值超过预定值时，气囊被触发;压电式碰撞传感器在碰撞时压电晶片输出电压发生变化，当变化的电压到达预定值时，气囊被触发。,机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动滚动或转动来控制电器触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式、滚轴式和偏心锤式碰撞传感器。,第六章 爆燃、碰撞传感器,1.电阻应变计式碰撞传感器,电阻应变计式碰撞传感器的结构如图6-25a所示，主要由电子电路4、电阻应变计5、振动块6、缓冲介质7和壳体3等组成。电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A。应变计的电阻Rl、R2、R3、R4制作在硅膜片8上，如图6-26b所示。当膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。为了提高传感器的检测精度，应变电阻一般都连接成桥式电路，并设计有稳压和温度补偿电路，如图6-26c所示。,当汽车遭受碰撞时，振动块振动，缓冲介质随之振动，应变计的应变电阻产生变形，阻值随之发生变化，经过信号处理与放大后，传感器S端输出的信号电压就会发生变化。SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的强度，即碰撞剧烈程度。如果信号电压超过设定值，SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，使充气剂受热分解产生气体。,第六章 爆燃、碰撞传感器,第六章 爆燃、碰撞传感器,第四章 压力传感器,七、碰撞传感器的检测,丰田卡罗拉前碰撞传感器为例，说明其检测过程，其平安气全气囊系统电路图如图6-28所示。,第六章 爆燃、碰撞传感器,检测步骤：,1检测右前气囊传感器电路 断开蓄电池负极电缆并等待至少9Os，断开平安气囊电控单元与右前气囊传感器间的插接器，接回蓄电池负极电缆。将点火开关转至ON位置，检测右坐椅平安带预张紧器与平安气囊电控单元间的插接器(在平安气囊电控单元侧)端子A26-6+SR与车身间及端子A26-5SR与车身间的电压，正常应小于1V。,假设正常，那么进行下一步检测。假设不正常，那么进行第7步检测。,2检测右前气囊传感器电路 断开蓄电池负极电缆并等待至少90s，检测右前气囊传感器与平安气囊电控单元间的插接器在平安气囊电控单元侧端子A26-6与车身间及端子A26-5与车身间的电阻，正常应为1M 或更大。假设正常，那么进行下一步检测。假设不正常，那么进行第8步检测。,3检测右前气囊传感器电路 检测右前气囊传感器与平安气囊电控单元间的插接器在平安气囊电控单元侧端子A26-5与A26-6间的电阻，正常应小于1。假设正常，那么进行下一步检测。假设不正常，那么进行第9步检测。,4检测右前气囊传感器电路 用跨接线连接平安气囊电控单元与右前气囊传感器间的插接器在右前气囊传感器侧，右前气囊传感器插接器如图6-29所示端子2+SR与1-SR，检测右前气囊传感器与平安气囊电控单元间的插接器在平安气囊电控单元侧端子A26-6与A26-5间的电阻，正常应小于1。假设正常，那么进行下一步检测。假设不正常，那么进行第10步检测,第六章 爆燃、碰撞传感器,5检测右前气囊传感器 检测右前气囊传感器插接器端子2(+SR)与1(SR)间的电阻，正常应为850。假设正常，那么进行下一步检测。假设不正常，那么更换右前气囊传感器。,6检测平安气囊电控单元 将点火开关转至LOCK位置，断开蓄电池负极电缆并等待至少9Os，插回右前平安气囊电控单元插接器和平安气囊电控单元插接器，接回蓄电池负极电缆并等待至少2s将点火开关转至ON位置并等待至少90s，去除SRS故障码。将点火开关转至LOCK位置并等待至少20s，将点火开关转至ON位置并等待至少60s，读取SRS故障码，这时应没有故障码B1156、B1157。假设正常，那么用模拟故障病症的方法进行检测。假设不正常，那么更换平安气囊电控单元。,7检测发动机室主配线。断开蓄电池负极电缆并等待至少90s，断开发动机室主配线与右前气囊传感器间的插接器，接回蓄电池负极电缆。将点火开关转至ON位置并等待至少60s，如图6-30所示，检测平安气囊电控单元与发动机室主配线间的插接器在右前门配线侧端子+SR与-SR的电压，正常应小于1V。假设正常，那么修理或更换仪表板配线。假设不正常，那么修理或更换发动机室主配线。,8检测发动机室主配线。断开发动机室主配线与右前气囊传感器间的插接器，如图6-29所示，检测平安气囊电控单元与发动机室主配线间的插接器在右前门配线侧端子+SR与车身间及端子SR与车身间的电阻，正常应为1M 或更大。假设正常，那么修理或更换仪表板配线。假设不正常，那么修理或更换发动机室主配线。,9检测发动机室主配线。断开发动机室主配线与右前气囊传感器间的插接器，如图6-29所示，检测平安气囊电控单元与发动机室主配线间的插接器在右前门配线侧端子+SR与SR的电阻，正常应小于1。假设正常，那么修理或更换仪表板配线。假设不正常，那么修理或更换发动机室主配线。,第六章 爆燃、碰撞传感器,10检测发动机室主配线 断开发动机室主配线与右前气囊传感器间的插接器，用跨接线连接发动机室主配线与右前气囊传感器间的插接器在右前气囊传感器侧端子2+SR与1SR，检测平安气囊电控单元与发动机室主配线间的插接器在发动机室配线侧端子+SR与SR间的电阻，正常应小于1。假设正常，那么修理或更换仪表板配线。假设不正常，那么修理或更换发动机室主配线。,Thank You !,