发动机控制系统传感器的检测论文

发动机控制系统传感器的检测

1．发动机控制系统传感器的基本组成和功能

汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系

统和导航系统中。它的应用，大大提高了汽车电子化的程度，增加了汽车驾驶的

安全系数。

汽车发动机电控系统中使用的传感器主要包括：

空气流量传感器：空气流量传感器，也称空气流量计，是电喷发动机的重要

传感器之一。它将吸入的空气流量转换成电信号送至电控单元(ECU)，作为决定

喷油的基本信号之一。是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油喷

射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定每

一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。电子

控制汽油喷射系统的空气流量传感器有多种型式，目前常见的空气流量传感器按

其结构型式可分为叶片(翼板)式、量芯式、热线式、热膜式、卡门涡旋式等几种。

进气压力传感器：进气压力传感器检测的是节、气门后方的进气歧管的绝对

压力，它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换

成信号电压送至电子控制器（ECU），ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油

量的大小。进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、电容式等。

节气门位置传感器：节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开

关。它实质上是一只可变电阻器，安装于节气门体上。电阻器的转轴与节气门联

动，它有两个触点：全开触点和怠速触点。当节气门处于怠速位置时，怠速触点

闭合，向计算机输出怠速信号，当节气门处于其它位置时，怠速触点张开，输出

相对于节气门不同转角的电压信号，计算机便根据加速踏板的位置（发动机的负

荷）向喷油嘴发出喷油的指令。

进气温度传感器：检测进气温度，提供给ECU作为计算空气密度的依据。进

气温度传感器一般安装在空气滤清器内、空气流量计（叶片式和卡门漩涡式）内

或进气管上。进气温度传感器通常采用负温度系数的热敏电阻作为测量元件。

水温传感器：水温水位传感器由温控器部分与水位控制部分组成，与其配套

的还有电动阀前的减压装置，及用于加热的旋转式消声加热器。检测冷却液的温

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度，向ECU提供发动机温度信息。

冷却液传感器：冷却液传感器一般安装在气缸体水道上或冷却水出口处，其

功能是给ECU提供发动机冷却液信号，作为燃油喷射控制和点火控制的修正信号。

冷却液温度传感器信号也是其他控制系统（如EGR等）的控制信号。

曲轴位置传感器：曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器

之一，它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上

止点、曲轴转角及发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，

可分为磁电感应式、光电式和霍尔式三大类。它通常安装在曲轴前端、凸轮轴前

端、飞轮上或分电器内。

氧传感器：氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）

电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加热传感器，使

能精确检测氧气浓度。

爆震传感器：爆震传感器是发动机传感器（EDS，Engine Detonation Sensor）

的简称，其功用是将发动机爆震信号转换为电信号输入发动机ECU，以便ECU修正

点火提前角，防止发动机产生爆震而降低输出功率。

2．发动机控制系统传感器的种类与工作原理

2.1 空气流量传感器

空气流量传感器是将吸入的空气转换成电信号送至电控单元(ECU),作为决

定喷油的基本信号之一。是测定吸入发动机的空气流量的传感器。电子控制汽油

喷射发动机为了在各种运转工况下都能获得最佳浓度的混合气，必须正确地测定

每一瞬间吸入发动机的空气量，以此作为ECU计算(控制)喷油量的主要依据。如

果空气流量传感器或线路出现故障，ECU得不到正确的进气量信号，就不能正常

地进行喷油量的控制，将造成混合气过浓或过稀，使发动机运转不正常。在L型

电控燃油喷射系统中，空气流量计用于将单位之间内进入发动机的进气量转换成

电信号，并将信号输入ECU。空气流量传感器安装在空气滤清器与节气门体之间。

按测量原理分：翼板式空气流量传感器；量芯式空气流量传感器；涡流式空

气流量传感器；热丝式与热膜式空气流量传感器。

2.1.1 翼板式空气流量传感器

2

翼板式空气流量传感器测量板、补偿板、回位弹簧、电位计、旁通气道。此

外还包括怠速调整螺钉、油泵开关及进气温度传感器等。如图1。

图1 翼板式流量传感器

电压信号：空气通过空气流量计→测量板打开一个角度→与测量板同轴转动

的电位计检测出叶片转动的角度→将进气量转换成电压信号VS送给ECU。

2.1.2 量芯式空气流量传感器

量芯式空气流量传感器的结构与翼板式流量传感器相似，如图2所示，主要

由量芯、电位计、进气温度传感器和线束插座等组成。检测部件是一个椭圆球体

型量芯，按装在进气道内并可沿进气道移动，即用量芯代替了翼板总成。电位计

滑壁的一端与量芯连接，另一端设有滑动触电，量芯移动时，触点可在印刷电路

板的镀膜电阻上滑动。量芯式传感器没有设制旁通进气道和怠速混合气调整螺

钉，怠速时的混合气浓度由ECU根据氧传感器输入的信号进行调节。量芯式空气

流量传感器的测量原理与翼板式传感器相似，如图3所示。

图2 量芯式空气流量传感器的结构

a）外形图 b）内部结构

3

图3 量芯式空气流量传感器原理电路

2.1.3 涡流式空气流量传感器

涡流式空气流量传感器是根据卡尔曼涡流理论，利用超声波或光电信号通过

检测漩涡频率来测量空气流量的一种传感器。在气流通道中放一个柱体，气体通

过时在柱体后产生许多涡旋。如图4。

图4 涡流式空气流量传感器

1.反光镜 2.发光二极管 3.簧片 4.整流网 5.涡流发生器

6.导压孔 7.卡尔曼涡流 8.光电三极管

2.1.4 热丝式与热膜式空气流量传感器

热丝式与热膜式空气流量传感器按测量元件形式分：热丝式和热膜式。

热线式空气流量计按测量位置分：主流测量方式、旁通测量方式。

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热丝式：测量元件为铂丝热线，热线缠绕在陶瓷管上；热膜式：测量元件镀

在陶瓷片上，称为热膜；主流测量式：将热线电阻安装在主进气道中；旁通测量

式：将热线安装在旁通气道中。

2.2 进气压力传感器

进气歧管绝对压力传感器用于D型汽油喷射系统。它在汽油喷射系统中所起

的作用和空气流量传感器相似。进气歧管绝对压力传感器根据发动机的负荷状态

测出进气歧管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成电压信号，与转速信号一

起输送到电控单元（ECU），作为确定喷油器基本喷油量的依据。在当今发动机

电子控制系统中，应用较为广泛的有半导体压敏电阻式、真空膜盒传动式两种。

2.2.1半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器

结构原理：半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器（图 5）由压力转换

元件（硅膜片）和把转换元件输出信号进行放大的混合集成电路组成。压力转换

元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片。硅膜片的一侧是真空室，另一侧导

入进气歧管压力，所以进歧管内绝对压力越高，硅膜片的变形越大，其变形量与

压力成正比。附着在薄膜上的应变电阻的阻值则产生与其变形量成正比的变化。

利用这种原理，可把进气歧管内压力的变化变换成电信号。

图5 半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器

1.滤清器 2.塑料外壳 过滤器 4.混合集成电路 5.压力转换元件

2.2.2 真空膜盒式进气歧管绝对压力传感器的检测

真空膜盒传动的可变电感式进气歧管绝对压力传感器主要由膜盒、铁心、感

应线圈和电子电路等组成。膜盒是由薄金属片焊接而成，其内部被抽成真空，外

部与进气歧管相通。外部压力变化将使膜盒产生膨胀和收缩的变化。置于感应线

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圈内部的铁芯和膜盒联动。感应线圈由两个绕组构成，其中一个与振荡电路相连，

产生交流电压，在线圈周围产生磁场，另一个为感应绕组，产生信号电压。当进

气歧管压力变化时，膜盒带动铁心在磁场中移动，使感应线圈产生的信号电压随

之变化。该信号电压由电子电路检波、整形和放大后，作为传感器的输出信号送

至ECU。

2.3 节气门位置传感器

节气门位置传感器又称为节气门开度传感器或节气门开关。节气门位置传感

器的作用是把节气门的位置或开度转换成电压信号，传输给电控单元，作为电控

单元判定发动机运行工况的，实现不用节气门开度下的喷油量的控制。节气门只

为传感器它实质上是一只可变电阻器，安装于节气门体上。电阻器的转轴与节气

门联动，它有两个触点：全开触点和怠速触点。当节气门处于怠速位置时，怠速

触点闭合，向计算机输出怠速信号，当节气门处于其它位置时，怠速触点张开，

输出相对于节气门不同转角的电压信号，计算机便根据加速踏板的位置（发动机

的负荷）向喷油嘴发出喷油的指令。

节气门位置传感器内部是一种滑动电位计，由节气门轴带动电位计的滑动触

点。不同节气门开度、电位计的电阻值不同，从而将节气门的开度转变成电阻或

电压信号输送给微机。

微机通过节气门位置传感器可获得表示节气门又关闭到全开的所有开启角

度的连续变化的模拟信号，以及节气门开度的变化速率，从而更精确地判定发动

机的运行工况，提高控制精度和效果。为了准确检测怠速工况（节气门全关状态）

的信号，综合型节气门位置传感器有一个怠速触点。节气门全闭时，怠速输出触

点接通，传感器输出怠速信号位置传感器，这是电控单元将指令喷油器增加喷漆

量以加浓混合气。

2.4 进气温度传感器

汽油机电控系统对混合气浓度的控制，是通过控制混合气中空气质量与汽油

质量的比值（即空燃比）来实现的。除热式空气流量计能直接测量发动机实际进

气的质量流量歪，其他空气流量计或进气管绝对压力传感器都只能直接或间接测

量发动机实际进气的体积流量。发动机进气的体积流量一定时，其质量流量取决

于进气温度。进气温度传感器的功用就是给ECU提供进气温度信号，作为燃油喷

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射控制和点火控制修正信号。

进气温度传感器一般安装在空气滤清器内=控制流量计（叶片式和卡门漩涡

式）内或进气管上。进气温度传感器通常采用负温度系数的热敏电阻作为测量元

件，如图6。

图6 热敏电阻式发动机水温传感器的结构与特性

传感器壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变

化，由其特性图可见，随进气温度升高，阻值减小。

2.5水温传感器

严格的讲水温传感器分为两大类。无论是那种它的内部结构均为热敏电阻，

它的阻值是在275Ω至6500Ω之间。而且是温度越低阻值越高，温度越高阻值越

低。

第一类水温传感器的作用较为简单就是通过它的内部阻值变化来达到通过

传感器的电阻变化来改变通过的电流变化来驱动水温变的变化，间接的告诉人们

发动机的工作温度。

第二类，水温传感器在结构上没有什么变化，但它的作用是向发动机控制单

元提供一个温度变化的模拟量信号。它的供电电压是由控制单元提供的5V电源，

返回控制单元的信号为1.3V-3.8V的线性变化信号。主要作用是告诉发动机控制

单元现在的温度有多少。反过来讲它的信号对于控制单元及其重要。主要是发动

机在不同的工作温度下有不同的工作方法。例如：在86℃以下发动机要比正常温

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度多喷10%的油料，目的是为了让发动机快速升温以减少发动机的低温磨损。而

温度升到86℃以上后又要让发动机少喷点油，要让温度再升的慢点。所以它的作

用是很重要的。如果它出了问题，向发动机控制单元提供了错误的信号，例如在

热车时提供了发动机低温信号你的车是否就的多喷点油，所以就显得很废油。但

这两种水温传感器它们是工作在不同的电压条件下的，供水温表用的传感器是

12V的，而供发动机控制单元用的是5V的，所以它们是不能够互换的。况且它们

的插头形状本身就不一样。要区别它们很简单前者的插头内只有一根导线，而后

者供发动机控制单元使用的插头内有两根导线。

原理：容器内的水位传感器，将感受到的水位信号传送到控制器，控制器内

的计算机将实测的水位信号与设定信号进行比较，得出偏差，然后根据偏差的性

质，向给水电动阀发出“开”“关”的指令，保证容器达到设定水位。进水程序

完成后，温控部份的计算机向供给热媒的电动阀发出“开”的指令，于是系统开

始对容器内的水进行加热。到设定温度时。控制器才发出关阀的命令、切断热源，

系统进入保温状态。程序编制过程中，确保系统在没有达到安全水位的情况下，

控制热源的电动调节阀不开阀，从而避免了热量的损失与事故的发生。

2.6 曲轴位置传感器

曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它提供点火

时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用于检测活塞上止点、曲轴转角及

发动机转速。曲轴位置传感器所采用的结构随车型不同而不同，可分为磁电感应

式、光电式和霍尔式三大类。曲轴位置传感器的作用就是确定曲轴的位置，也就

是曲轴的转角。它通常要配合凸轮轴位置传感器一起来工作——确定基本点火时

刻。通过曲轴位置传感器，可以知道哪缸活塞处于上止点，通过凸轮轴位置传感

器，可以知道哪缸活塞是在压缩冲程中。这样，发动机电脑知道了该什么时候给

哪缸点火了。

工作原理：曲轴位置传感器通常安装在分电器内，是控制系统中最重要的传

感器之一。其作用有：检测发动机转速，因此又称为转速传感器；检测活塞上止

点位置，故也称为上止点传感器，包括检测用于控制点火的各缸上止点信号、用

于控制顺序喷油的第一缸上止点信号。

2.6.1磁电感应式：

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磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器分上、下两层安装在分电器内。传

感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）组成，转子随分电器轴

一起旋转。正时转子有一、二或四个齿等多种形式，转速转子为24个齿。永磁感

应检测线圈固定在分电器体上。若已知转速传感器信号和曲轴位置传感器信号，

以及各缸的工作顺序，就可知道各缸的曲轴位置。磁电感应式转速传感器和曲轴

位置传感器的转子信号盘也可安装在曲轴或凸轮轴上。

2.6.2霍尔效应式：

霍尔效应式转速传感器和曲轴位置传感器是一种利用霍尔效应的信号发生

器。霍尔信号发生器安装在分电器内，与分火头同轴，由封装的霍尔心片和永久

磁铁作成整体固定在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数和发动机气缸数相同。当

触发叶轮上的叶片进入永久磁铁与霍尔元件之间，霍尔触发器的磁场被叶片旁

路，这时不产生霍尔电压，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永

久磁铁和霍尔元件之间时，磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电

压信号。

2.6.3光电式：

光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器和带光孔的信号盘

组成。其信号盘与分电器轴一起转动，信号盘外圈有 360 条光刻缝隙，产生曲

轴转角 1 °的信号；稍靠内有间隔 60 °均布的 6 个光孔，产生曲轴转角

120 °的信号，其中1个光孔较宽，用以产生相对于 1 缸上止点的信号。信号发

生器安装在分电器壳体上，由二只发光二极管、二只光敏二极管和电路组成。发

光二极管正对着光敏二极管。信号盘位于发光二极管和光敏二极管之间，由于信

号盘上有光孔，则产生透光和遮光交替变化现象。当发光二极管的光束照到光敏

二极管时，光敏二极管产生电压；当发光二极管光束被档住时，光敏二极管电压

为0 。这些电压信号经电路部分整形放大后，即向电子控制单元输送曲轴转角为

1 °和 120 °时的信号，电子控制单元根据这些信号计算发动机转速和曲轴位

置

曲轴位置传感器固定到变速箱的二个螺栓是特制的，以保证传感器与飞轮之

间有一个正确的间隙，不允许装用其他螺栓代替特制的螺栓。把导线插头连接到

曲轴位置传感器上，装上传感器线束卡子，把卡子装到燃油管安装螺栓上，拧上

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卡子的安装螺母。

2.7 氧传感器

主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，

当空气进量小（排气温度低）电流流向加热棒加热传感器，使能精确检测氧气浓

度。在试管状态化锆元素（ZO）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金

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电极，用陶瓷包覆电机外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于

汽车排出气体浓度。应当指出采用三元催化器后，必须使用无铅汽油，否则三元

催化器和氧传感器会很快失效。再注意，氧传感器在油门稳定，配制标准混合时

较为重要的作用，而在频繁加浓或变稀混合时，（ECU）电脑将忽略氧传感器的

信息，氧传感器就不能起作用。

氧传感器用于检测进入三元催化转换装置的排气气体状态,是使用三元催化

转换装置发动机上必不可少的传感器。目前已在汽车上使用的氧传感器有氧化锆

式和氧化钛式两种。

2.7.1氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体,即氧化锆(ZO) 固体电解质,

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陶瓷体制成管状(锆管) ,固定在带有安装螺纹的固定套中。锆管表面装有透气铂

电极,配有护管及电接头,其内表面与大气相通,外表面与废气相通,外表面还加

装了一个防护套管,套管上开有通气槽。锆管的陶瓷体是多孔的,允许氧渗入该固

体电解质内,温度较高时(高于300 ℃) ,氧气发生电离,如果在陶瓷体内(大气)

外(废气) 侧的氧气浓度不同,就会在2个铂电极表面产生电压降,含氧量高的一

侧为高电位。当混合气稀时,排气中含氧多,两侧浓度小,只产生小的电压;反之,

混合气浓时,产生高电压。

2.7.2氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛( TiO2) 材料的电阻值随排气中氧含量

的变化而变化的特性构成的,故又称为电阻型氧传感器。二氧化钛是在室温下具

有很高电阻的半导体,但当排气中氧含量少(混合气浓) 时,氧分子将脱离,使其

晶体出现缺陷,便有更多的电子可用来传递流,材料的电阻亦随之降低。此种现象

与温度和氧含量有关,因此,欲将二氧化钛在300～900 ℃的排气温度中连续使用,

必须作温度补偿。图7为氧化钛式氧传感器的示意图,它具有2 个二氧化钛元件,

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一个是具有多孔性的用来感测排气中氧含量的二氧化钛陶瓷,另一个则为实心二

氧化钛陶瓷,用作加热调节,补偿温度误差。该传感器外端以具有孔槽的金属管作

为防护套,一方面让废气进出,另一方面防止里面二氧化钛元件受到外物撞击,传

感器接线端以橡胶作为密封材料,防止外界气体渗入。它一般安装在排气歧管或

尾管上,可借助排气高温将传感器加热至适当的工作温度。氧化钛式氧传感器的

优点是结构简单,造价便宜,抗腐蚀、抗污染能力强,经久耐用,可靠性高。

图7 氧化钛式氧传感器结构示意图

2.8 爆震传感器

工作原理：爆震传感器是发动机电子控制系统中必不可少的重要部件，它的

功用是检测发动机有无爆震现象，并将信号送入发动机ECU。常见的爆震传感器

有两种，一种是磁致伸缩式爆震传感器，另一种是压电式爆震传感器。磁致伸缩

式爆震传感器的外形与结构如图8、图9所示.

图8 磁致伸缩式爆震传感器的外形与结构

1.绕组 2.铁心 3.外壳 4.永久磁铁组

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图9 磁致伸缩式爆震传感器的组成

1.软磁套 2.端子 3.弹簧 4.外壳 5.永久磁铁

6.绕组 7.磁致伸缩杆 8.电绝缘体

其内部有永久磁铁、靠永久磁铁激磁的强磁性铁心以及铁心周围的线圈。其

工作原理是:当发动机的气缸体出现振动时，该传感器在7kHz左右处与发动机产

生共振，强磁性材料铁心的导磁率发生变化，致使永久磁铁穿过铁心的磁通密度

也变化，从而在铁心周围的绕组中产生感应电动势，并将这一电信号输入ECU。

压电式爆震传感器的结构如图10所示。

图10 压电式爆震传感器的结构

1.引线 2.配重块 3.压电元件

这种传感器利用结晶或陶瓷多晶体的压电效应而工作，也有利用掺杂硅的压

电电阻效应的。该传感器的外壳内装有压电元件、配重块及导线等。其工作原理

是:当发动机的气缸体出现振动且振动传递到传感器外壳上时，外壳与配重块之

间产生相对运动，夹在这两者之间的压电元件所受的压力发生变化，从而产生电

压。ECU检测出该电压，并根据其值的大小判断爆震强度。

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3. 发动机控制系统部分传感器的检测方法及检测

3.1 进气歧管压力传感器的检测

进气歧管压力传感器，是D型（速度密度型）燃油喷射系统中非常重要的传

感器，其作用是将进气歧管内的压力变化转换成电压信号。控制电脑（ECU）依

据该信号和发动机转速（由装在分电器内的发动机转速传感器提供的信号）来确

定进入汽缸内的空气量。

⑴安装部位与接线端子

由于歧管压力传感器内部有放大电路，故需要电源线、地线和信号输出线共

三根导线，它们相应地在接线端子上有三个接线端，分别为电源端子（Vcc）、

接地端子（E）和信号输出端子（PIM），三个端子通过导线连接器及导线与控制

电脑ECU相连。

为了减少进气歧管压力传感器内部电子元器件的振动，它通常安装在车辆振

动相对较小的位置上，并处于进气总管的上方，以防来自进气歧管的窜气侵入压

力传感器。另外进气歧管压力传感器从下边接受进气管压力也可防止信号传感部

分不受污染，因此，通过橡胶管从进气歧管靠近节气门处所采集的进气管气体，

是从歧管压力传感器下端接入的。

⑵单体检测

①外观检视

检视时，只需从进气歧管靠近节气门端找到橡胶软管，便可在汽车上找到歧

管压力传感器。首先，在关闭点火锁的状态下，检查进气歧管压力传感器导线连

接器的连接是否良好、橡胶软管是否脱落。然后启动发动机，查看橡胶软管有无

密封不严和漏气现象。

②仪表测试

接通点火开关（ON位），用万用表的直流电压挡（DCV-20）测试接线端子Vcc

与E2之间的电压值，该电压值即为ECU加在歧管压力传感器上的电源电压值，其

正常值应为：4.5～5.5V之间，若该值不正确，则应检查蓄电池电压或导线间的

连接情况，有时问题也可能出在控制电脑ECU上。

接通点火开关（ON位），并从进气歧管压力传感器上拔下真空橡胶软管，使

进气歧管压力传感器的进气口与大气相通，此时测试接线端子输出电压信号（PIM

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与地线E2之间的电压值），其正常值为：3.3～3.9V之间，若输出电压过高或过

低，均说明进气歧管压力传感器有故障，应予更换。

接通点火开关（ON位），拆下进气歧管压力传感器上的真空橡胶软管，用手

持真空泵向歧管压力传感器进气口处施以不同的负压（真空度），边施压边测试

接线端子输电压信号PIM与地线E2之间电压值。该电压值应随所施加负压的增长

呈线性增长，否则，说明传感器内的信号检测电路有故障，应予以更换。例如皇

冠3.0型轿车2JZ-GE发动机有关正常数据如表1所示：

表1

负压值（kPa） 13.3 26.7 40 53.5 66.7

电压值（V） 0.3～0.5 0.7～0.9 1.1～1.3 1.5～1.7 1.9～2.1

3.2空气流量传感器的检测

空气流量传感器，是L型（质量流量型）电子燃油喷射发动机中最主要的传

感器之一。它测试进入汽缸的空气流量是用来确定发动机基本喷油持续时间和基

本点火提前角的重要参数。因此，空气流量传感器单体的故障检测与分析，对电

喷发动机是至关重要的。目前，空气流量传感器的种类较多，但就其测量原理的

不同，大致分为三种：翼板式、涡流式和热线式空气流量传感器。由于三种传感

器的结构差异，其单体故障检测各异，现分别加以分析。

3.2.1翼板式空气流量传感器

⑴安装部位及接线端子

翼板式空气流量传感器安装在空气滤清器和节气门体之间，以便准确测量吸

入发动机的空气量。在发动机控制中，为了精确得出发动机所需要的空气质量流

量，需要考虑空气的密度，而空气的密度是随空气的温度、压力而变化的。为了

防止因空气温度变化而引起进气质量的检测偏差，在空气流量计中装有进气温度

传感器。因此翼板式空气流量传感器的接线端子上有空气温度信号（THA）输出

（有关进气温度传感器的情况将另外加以分析）。

为了保证电喷发动机的电动燃油泵只在发动机运转时工作，防止误操作，因

此在翼板式空气流量传感器内，装有电动燃油泵控制开关，只是在发动机转动时，

有空气流入空气流量传感器后，油泵开关才闭合，从而启动燃油泵工作。当发动

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机停止转动，即使点火开关打开（ON位置），空气流量传感器叶板不转动，油泵

也不工作。因此，在翼板式空气流量传感器接线端子上有电动燃油泵控制信号

（FC、E1）输出。

翼板式空气流量传感器共有7个接线端子，通过导线连接器，用导线与控制

电脑相连，它们分别为：用于燃油泵控制的FC和E1端子；用于输出空气温度信号

的THA端子；用于向传感器输入电源电压和接地的VC和E2端子；以及向电脑ECU

输出进气量信号的VB和VS端子（采用双信号输出，在ECU中以VB/VS的电压比形式

分析进气量，可以消除因电源电压VC的波动而使测量出的进气信号失准的现象）。

⑵单体检测

①外观检测

首先检查导线与接线器接触是否良好（插接传感器时，要关闭点火开关），

再检查空气流量传感器外壳有无破裂、与进气管连接处有无漏气的现象（在发动

机行驶时，可用纸片贴近空气流量传感器，看有无吸力，若有，则漏气，应加以

密封紧固，对裂纹可粘修或更换）。发动机停转后，关闭点火开关（OFF位置），

用手拨动叶板看其摆动是否平顺，有无卡滞现象，若有应更换。

②电压检测

接通点火开关，但不要起动发动机，然后在控制电脑ECU的相应端子上测量

叶板式空气流量传感器输入输出电压值（以判断其性能特征如何），应符合表2

定：

表2

端子 条件 标准电压(V)

VC-E2 测量板在任何开度 4～6

VS-E2 测量板全关 3.7～4.3

测量板全开 0.2～0.5

③电阻检测

关闭点火开关（OFF位置），拔下翼板式空气流量传感器上的导线连接器，

测量对应端子的电阻值，若阻值不符，应更换空气流量传感器，因车型不同，各

端子间的电阻值略有差异，现仅以丰田CROWN2.85M-E发动机为例，列表（表3）

15

表3

测量端子 叶板位置 标准电阻（kΩ）

E2-VS 关闭 0.02～0.10

从全开到全闭 0.02～1.0

E1-FC 完全关闭 ∞

任何开度 0

E2-VC 0.10～0.30

E2-VB 0.20～0.40

E2-FC ∞

3.2.2涡流式空气流量传感器

⑴安装部位与连接端子

涡流式空气流量传感器通常与空气滤清器外壳安装成一体，并与进气总管上

的节气门体相连接。

为了便于对进气温度进行适时检测，涡流式空气流量传感器内装有进气温度

传感器。控制电脑ECU根据进气温度信号（THA），对随气温变化的空气密度进行

修正。因此，涡流式流量传感器接线端子上有进气温度信号端子（THA）和进气

温度传感器接地端子（E1）。

为保证涡流式空气流量传感器内电路正常工作，通过控制电脑ECU给传感器

输入工作电压，其信号端子为VC，传感器接地端子为E2。

涡流式空气流量传感器输出信号端子上常以“KS”符号来表示。

⑵单体检测

现仅以丰田凌志LS400型轿车所装配的IUE－EF发动机上的反光镜式涡流空

气流量传感器为例，进行传感器单体检测分析。

首先接通点火开关（ON位置），但不启动发动机。此时测量ECU向传感器供

电电压，即导线连接器端子VC与E2接地端子间的电压，正常值为：4.5～5.5V。

当确定上述电压正常后，便可测量涡流空气流量传感器输出信号端子KS与接

地端子E2之间的电压值。测量时，分为两个步骤，第一步是在打开点火开关，发

动机不启动时，KS与E2电压值为：4.5～5.5V。第二步，启动发动机，在怠速状

态下（1000rad/min），KS与E2端子之间的电压为脉冲电压，电压值在0.2～0.4V

16

之间为合适。

3.2.3热线式空气流量传感器

⑴安装部位与接线端子

热线式空气流量传感器安装在发动机的空气滤清器与进气总管之间，其后端

为节气门体。

由于热线安装在进气管路中，在使用一段时间后，热线表面会受空气中灰尘

的沾污，从而引起空气流量传感器输出信号的偏差，使其测量精度降低。为克服

此问题，在集成电路中设置了一个传感器热线自清洁电路，使得每次关闭发动机

时，控制电脑ECU便控制着电路给热线输送一极限电压值，使热线迅速加热到

1000℃左右以清除其上的脏物，从而达到自清洁作用， 因此，在热线式空气流

量传感器导线连接器端子中，有一个由ECU输入自清洁信号的端子。

由于热线式空气流量传感器的热线所需电流较大，其电源的供给是不通过控

制电脑ECU的，而是直接取自于蓄电池（当然要通过有关继电器），因此，接线

端子中有蓄电池供电端子，同时也相应地增设了不通过控制电脑内部的搭铁端

子，用它作为热线加热电路的搭铁端子。

热线式空气流量传感器通过两个接线端子，分别给控制电脑ECU输送热线电

流变化的电压信号和冷线电阻变化的电压信号（该信号相当于进气温度传感器

THA信号）。热线式空气流量传感器除上述搭铁端子外，还另有一个搭铁端子是

通过控制电脑ECU内部来搭铁的，它是传感器内部集成电路的搭铁端子

⑵单体检测

热线式空气流量传感器的检测数据，因车型不同略有差异，但是检测方法基

本相同。

①热线自清洁功能的检查

该车自清洁功能信号端子用“F”表示，在不拔下导线连接器的情况下，拆

下空气滤清器和空气流量传感器的防尘网。启动发动机，并加速到2500rad/min

以上，之后关闭点火开关（OFF位），此时从拆下防尘网的进气通道处观察热线

能否自动烧红（关闭点火开关5s后，热线能加热到1000℃），并持续大约1s。如

无此现象，说明空气流量传感器热线自清洁功能有故障，若“F”端子接线良好，

则需更换空气流量计。

17

②输出信号特性检查

在关闭点火开关（OFF位）的前提下，拔下空气流量传感器的导线连接器，

并拆下空气流量传感器总成，进行单体测量。测量输出信号之前，需在传感器蓄

电池电压输入端子“E”与搭铁端子“D”之 间加蓄电池电压（蓄电池正极接E，

负极接D），然后按下述步骤测量传感器输出电压值。

测静态输出信号值。用电压表测热线电压输出信号端子“B”与搭铁端子

“D”之间电压值，正常值为1.6±0.5V，如电压不符，则应更换空气流量传感器。

用嘴或电吹风将热空气吹入空气流量计内，同时测量“B”端子与“D”端子

间电压值，应有所上升，吹气时测量的电压值应保持在2.0～4.0V之间，否则应

更换之。

用电吹风和电扇分别向空气流量传感器吹热风和冷风，并测量冷丝信号端子

“A”与“D”之间电压值，应有波动变化为合适，否则应更换空气流量传感器。

3.3爆震传感器的检测

爆震传感器是将发动机爆震时产生的压力波转变成电信号输送给电脑，电脑

ECU中的反馈控制电路根据爆震传感器传来的反馈信号来调整控制电脑ECU中的

点火提前角，使其处于接近发生爆震的最佳角度。

⑴安装位置与接线端子

爆震传感器一般安装在发动机缸体而且靠近燃烧室的部位，以便更准确的感

知发动机爆震的信号。

由于传感器外壳搭铁较好，因而它的输出信号线仅有一根，通过导线连接器

与控制电脑ECU相连，其信号常以“KNK”表示。

为了更加准确地检测发动机爆震，通常发动机上装有两个爆震传感器，分别安装

在缸体的两个部位，相应地便向控制电脑各输送一个电压信号，即“KNK1”和

“KNK2”。

⑵单体检测

①故障指示灯检测

电控发动机控制电脑ECU内设有对爆震传感器故障检测的电路，一旦出现故

障会通过指示灯提醒驾驶员注意。因此对于爆震传感器而言，维修人员可以用模

拟故障的方法，借助故障指示灯对其进行测试。方法如下：

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1）启动发动机，并暧机，使水温达85～95℃；

2）按下空调开关，并使发动机怠速运转3min；

3）快速踩下加速踏板，使发动机从怠速状态突然加速到5000r/min，然后突然松

开加速踏板，使发动机回到怠速状态，紧接着再快速踩下加速踏板，又使发动机

加速到5000r/min，再突然松开加速踏板，如此重复三次。

4）如果爆震传器有故障，此时驾驶室内的发动机故障指示灯将闪亮。

②电阻检查

在关闭点火开关的情况下，拆下爆震传感器的导线连接器，用万用表电阻挡

测量传感器信号端子与外壳间的电阻值，正常时应不导通，为无限大；若导通，

则说明其内部有短路故障，应更换之。

③输出信号的电压检测

关闭点火开关（OFF位），拔开爆震传感器上的导线连接器。启动发动机并

怠速运转，用万用表电压挡（或示波器）检查爆震传感器的接线端子与搭铁的电

压，传感器正常时应有脉冲电压（波形）输出，否则说明传感器已损坏，应更换。

3.4曲轴位置传感器的检测

为了确保电子控制燃油喷射发动机能适时喷油点火，要求控制电脑对汽车发

动机内部的曲轴、凸轮轴以及某缸活塞所处的位置加以确定，完成该项工作的是

发动机位置传感器。这类传感器为电喷控制电脑ECU提供了最基本的参考信号，

是电控发动机最为重要的传感元件。

⑴安装部位及接线端子

曲轴位置传感器一般安装在分电器壳内，Ne转子与G转子与分电器轴装在一

起，并随分电器轴一同转动，G1线圈与G2线圈在分电器壳内合理布置（4缸发动

机对称180°布置），Ne线圈单独安装并与Ne转子位于G转子及G1、G2线圈之下。

由于分电器壳内电磁感应曲轴位置传感器无需外加电源，故它的接线端子一

般有四根信号线输出，它们分别是G1、G2、Ne和通过控制电脑ECU搭铁的接地线

G-（个别车型采用一个G耦合线圈，相应地输出端子少一个）。其中G1、G2信号

提供给控制电脑ECU一个曲轴转角参考信号，用来确定相对于每缸上止点的喷油

定时和点火定时，控制电脑用Ne信号检测实际曲轴转角和发动机转速，用以确定

基本喷油持续时间和基本点火提前角。

19

⑵单体检测

①电阻检测

关闭点火开关（OFF位），拆下曲轴位置传感器的导线连接器，用欧姆表分

别测试G1、G2、Ne与G-端子间的电阻值（耦合线圈电阻），正常阻值一般应在950～

1250Ω之间，反之，应更换传感器。取下分电器盖，转动分电器轴（可用手转动

发动机皮带轮，或拆下分电器），测量G转子与Ne转子与感应线圈磁头对正时的

气隙，标准值为0.2～0.4mm，如不符合标准值，应调整或更换曲轴位置传感器。

转动分电器轴，不应松旷，否则将影响输出信号的准确性，若松旷严重，应更换

分电器总成。

②电压检测

关闭点火开关（OFF位），拔下传感器导线连接器，去掉分电器盖，将万用

表拨到交流电压（20V）挡，用两只表笔分别测试传感器端子G1与G-、G2与G-、

Ne与G-间电压值，转动分电器轴，测试万用表都应有脉冲电压产生（0～2V之间）。

这时，说明传感器产生信号正常，否则说明传感器损坏应更换之。

3.5节气门位置传感器的检测

为了将驾驶员的控制动作或意志能正确地反馈到控制电脑，以便控制电脑

ECU能适时对各控制单元实施良好的控制，以达到人的驾驶愿望与发动机较好地

匹配。因此电子控制燃油喷射发动机中，专门设有驾驶控制传感器，即节气门位

置传感器。该传感器的检测也很重要，若出现问题，将使发动机电控部分不能正

常工作，控制电脑就不能在人与发动机工况之间起到“桥梁”的作用。

目前，电喷汽车上装有两种不同结构型式的节气门位置传感器，其一为开关

型节气门位置传感器，其二为线性输出型节气门位置传感器。后者对节气门变化

情况检测更为全面，更为精确，是今后发展的主导产品。

3.5.1开关型节气门位置传感器

⑴安装位置与接线端子

开关型节气门位置传感器安装在空气滤清器之后的节气门体内，并与节气门

相连。由于开关型节气门位置传感器信号端子在触点开闭时要向控制电脑输出高

低电平信号，因此，在它的接线端子上有电源接线端子“VC”和通过控制电脑搭

铁的搭铁端子“E”，另外还有两个信号输出端子，其一是输出确定节气门怠速

20

位置的信号端子“IDL”，其二是输出确定节气门在大负荷位置的信号端子

“PSW”。

⑵单体检测

由于开关型节气门位置传感器结构简单，其内部仅相当于一个简单的电位

器，因此它的故障往往是导通与不导通，故单体检测应从以下入手：

①关闭点火开关（OFF位），拔下节气门位置传感器上的导线连接器，用万用

表欧姆挡测试各端子的通断情况；

②关闭节气门（全关或接近全关），此时怠速节气门位置端子“IDL”（即

“IDL”与“VC”或“E”之间）应导通；

③打开节气门（全开或接近全开）时，大负荷节气门位置端子“PSW”（即

“PSW”与“VC”或“E”之间）应导通；

④当节气门处于其它位置时（最好在小于50％时测量），两信号端子都应不导

通。若检测结果与上述要求不一致，则应调整或更换节气门位置传感器。

3.5.2线性输出型节气门位置传感器

⑴安装位置及接线端子

线性输出型节气门位置传感器安装在空气滤清器之后的节气门体内，与节气

门相连。它的接线端子上有四个端子，其中“VC”与“E”为电源端子和接地搭

铁端子，另外两端子是节气门怠速位置端子“IDL”和节气门开度检测端子

“VTA”。

⑵单体检测

①电阻检测

关闭点火开关（OFF位），拔下节气门位置传感器上导线连接器，分别在节

气门不同位置时，测量各端子间电阻值，应与下表（表4）相符，否则应调整或

更换节气门位置传感器。

表4

节气门开度 全闭 全开 从全闭到全开

端子VTA-E 0.2～0.8kΩ 2.8～8.0kΩ 逐渐增大

端子IDL-E 小于2.3kΩ 无穷大 无穷大

端子VC-E 车型固定电阻值 车型固定电阻值 车型固定电阻值

21

②电压检测

电阻检测完毕后，可插上节气门位置传感器的导线连接器，找到控制电脑ECU

（连接器上）的相应端子。接通点火开关，但不要启动发动机，在节气门不同开

度下测量各端子电压值，应符合下表（表5）范围。

表5

端子 VC-E IDL-E VTA-E VC-E IDL-E VTA-E VTA-E IDL-E VC-E

电压范4.0～＜1.0 0.1～4.0～4.0～0.5～随节气4.0～4.0～

1.0 6.0 6.0 5.0 门开，6.0 6.0 围（V） 6.0

电压增

加

3.6 冷却液水温传感器的电阻检测

⑴就车检查

点火开关置于OFF位置，拆装冷却液水温度传感器导线连接器，用数字式高

阻抗万用表Ω档，按图3所示测试传感器两端子（丰田皇冠3.0为THW和E2北京切

诺基为B和A）间的电阻值。其电阻值与温度的高低成反比，在热机时应小于1K

Ω。如图11。

图11 就车检查冷却液水温传感器的电阻

⑵单件检查

拔下冷却液水温传感器导线连接器，然后从发动机上拆下传感器；将该传感

器置于烧杯内的水中，加热杯中的水，同时用万用表Ω档测量在不同水温条件下

水温传感器两接线端子间的电阻值，如图4所示。将测得的值与标准值相比较。

如果不符合标准，则应更换水温传感器。

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图12 检测水温传感器的电阻

⑶冷却液水温传感器输出信号电压的检测

装好冷却液水温传感器，将此传感器的导线连接器插好，当点火开关置于

“ON”位置时，从水温传感器导线连接器“THW端子”（丰田车）或从ECU连接器

“THW”端子与E2间测试传感器输出电压信号（对北京切诺基是从传感器导线连

接器“B”端子或从ECU导线连接器“2”端子上测量与接地端子间电压）。丰田

车THW与E2端子间电压在80℃时应为0.25—1.0V。所测得的电压值应随冷却液水

温成反比变化。当冷却液水温度传感器线束断开时，如从ECU导线连接器端子“2”

（北京切诺基）上测试电压值，当点火开关打开时，应为5V左右。

3.7氧传感器的检测

⑴汽车氧传感器的常见故障

氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧

浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，

发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时地排除故障或更

换。

①氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽

油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，

接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。

但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传

感器失效，这时就只能更换了。

另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，汽油和润滑油中含有

的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气

23

体，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选

用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等

②积碳

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油

污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出

的信号失准，ECU不能及时地修正空燃比。 产生积碳，主要表现为油耗上升，排

放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。

③氧传感器陶瓷碎裂

氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗，都可能使其碎裂而

失效。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。

④加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的

工作温度而失去作用。

⑤氧传感器内部线路断脱。

⑵汽车氧气传感器的检查方法

①氧传感器加热器电阻的检查

拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱

与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω(参考具体车型说明书)。如不符合标准，

应更换氧传感器。

②氧传感器反馈电压的测量

测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路

图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，

在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内

测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿车都可以从故障检测插

座内的OX1或OX2端子内直接测得氧传感器的反馈电压)。

对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V)和高阻

抗(内阻大于10MΩ)的指针型万用表。具体的检测方法如下：

1)将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min)；

24

2)将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接

故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；

3)让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在

0-1V之间来回摆动，记下10s内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反

馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V上下不断变化，10s内反馈电压的

变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正

常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机

以2500r/min的转速运转约2min，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈

电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或

电脑反馈控制电路有故障。

4）检查氧传感器有无损坏

拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于

开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连

接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲

轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指

针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的

电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上

升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下

加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，

反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。

另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输

出端的电压应以2.5V为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却

后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。

5)氧传感器外观颜色的检查

从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有

无破损。如有破损，则应更换氧传感器。

通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：

①淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；

②白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；

25

③棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；

④黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除

氧传感器上的积碳。

3.8凸轮轴位置传感器的检测

凸轮轴位置传感器CPS（Camshaft Position Sensor）又称为判缸传感器

CIS(Cylinder Identifica-tion Sensor),为了区别于曲轴位置传感器CPS，凸轮

轴位置传感器一般都用CIS表示。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1缸压缩上止点，从而进行顺序喷油控制、

点火时刻控制和爆震控制。此外，凸轮轴位置信号还用与发动机启动时识别出第

一次点火时刻。因为凸轮轴位置传感器能够识别哪一缸活塞即将到达上止点，所

以成为判缸传感器。

原理：利用霍尔效应制成的元件称为霍尔元件，利用霍尔元件制成的传感器

称为霍尔效应式传感器，简称霍尔传感器。如图13。由于半导体材料也存在霍尔

效应，其霍尔系数远远大于金属材料的霍尔系数，因此一般都采用半导体材料制

作霍尔元件。利用霍尔效应不仅可以通过接通和切断磁场来检测电压，而且还可

以检测导线中流过的电流，因为导线周围的磁场强度与流过导线的电流成正比关

系。八十年代以来，汽车电子产品应用的霍尔式传感器与日俱增，主要原因在于

霍尔式传感器有两个显著的优点：一是输出电压信号近似于方波信号；二是输出

电压高低与被测物体的转速无关。霍尔效应式传感器与磁感应式传感器的不同之

处是需要外加电源。

图13 霍尔效应原理图

霍尔式传感器的基本结构如图14所示，主要由触发叶轮、霍尔集成电路、导

26

磁钢片（磁轭）与永久磁铁组成。

图14 霍尔传感器基本结构与原理

a）叶片离开气隙，磁场饱和 b）叶片进入气隙，磁场被旁路

1-永久磁铁 2-触发叶轮 3-磁轭 4-霍尔集成电路

触发叶轮安装在转子轴上，叶轮上制有叶片。当触发叶轮随转子轴一同转动

时，叶片便在霍尔集成电路与永久磁铁之间转动。霍尔集成电路由霍尔元件、放

大电路、稳压电路、温度补偿电路、信号变换电路和输出电路等组成。

⑴霍尔式传感器工作原理

当传感器轴转动时，触发叶轮的叶片便从霍尔集成电路与永久磁铁之间的气

隙中转过。当叶片离开气隙时，永久磁铁的磁通便经霍尔集成电路和导磁钢片构

成回路，如图3-2a所示，此时霍尔元件产生电压为1.9到2.0V，霍尔集成电路输

出级的三极管导通，传感器输出的信号电压Uo为低电平。

当叶片进入气隙时，霍尔集成电路中的磁场被叶片旁路，如图3-2b所示，霍

尔电压U为零，集成电路输出级的三级管截止，传感器输出的信号电压Uo为高电

H

平。

⑵桑塔纳2000GSi型轿车霍尔式凸轮轴位置传感器的结构特点

桑塔纳2000GSi型轿车采用的霍尔式凸轮轴位置传感器安装在发动机进气凸

轮轴的一端，结构如图15所示，主要由霍尔信号发生器和信号转子组成。

27

图15 桑塔纳2000GSi型轿车凸轮轴位置传感器结构

1-进气凸轮轴 2-凸轮轴位置传感器 3-传感器固定螺钉

4-定位螺钉与座圈 5-信号转子 6-发动机缸体

⑵凸轮轴位置传感器的检测方法

当霍尔传感器出现故障而导致信号中断时，发动机会继续运转也能再次启

动。但是，喷油不是在进气门打开时完成，而是在进气门关闭之前完成，由此对

混合气品质产生的影响很小，不会影响发动机的总体性能。与此同时，由于控制

单元不能判别即将到达压缩上止点的是哪一缸，因此爆震调节将停止。为了防止

发动机产生暴动，控制单元将自动减小点火提前角。

当霍尔传感器信号中断时，控制单元ECU能够检测到故障信息，用K81故障诊

断仪可以读取传感器故障的有关信息。如故障代码显示霍尔传感器故障，可用万

用表检测传感器电源电压和导线电阻进行判断与排除。

①检测传感器电源电压

1）断开点火开关，拔下霍尔传感器插座上线束插头，将万用表的正、负表

分别连接插头端子“1”与“3”；

2）接通点火开关，测得电压标准值应当高于4.5V。如电压为零，说明线束

短路、短路或控制单元ECU有故障;

3）断开点火开关，继续检测导线是否短路或断路。

②检测线束导线有无断路和短路故障

28

1）在断开点火开关的情况下拔下控制单元线束插头。

2）检查短路故障。将万用表拨到电阻OHM×200Ω档，两只表笔分别连接传

感器插头端子“1”与控制单元插头端子“62”、传感器插头端子“2”与控制单

元插头端子“76”、传感器插头端子“3”与控制单元插头端子“67”。测得各

导线的电阻值应不大于1.5Ω。如阻值过大或为无穷大，说明线束与端子接触不

良或导线断路，应予修理或更换线束。

3）检查短路故障。万用表仍拨到电阻OHM×200Ω档，一只表笔连接传感器

插头端子“1”（或控制单元插头端子“62“），另一个表笔分别连接传感器插

头端子“2”和“3”（或连接控制单元插头端子“76”和“67”）测得电阻值应

为无穷大。如阻值不是无穷大，说明线束导线短路，应予更换。

③根据检测结果，判断故障部位

如线束导线无短路或断路故障，且传感器电源电压高于4.5V，说明霍尔式凸

轮轴位置传感器故障，应予修理或更换传感器。

如线束导线无短路或断路故障，但传感器电源电压为零，说明控制单元故障，

需要更换控制单元ECU。

4. 发动机控制系统传感器的发展及应用前景

在20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，

它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器

来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射

装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置

和气囊提高了汽车安全性。

今天，传感器有用来测定各种流体温度和压力(如进气温度、气道压力、冷

却水温和燃油喷射压力等)的传感器；有用来确定各部分速度和位置的传感器(如

车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀(EGR)

的位置等)；还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器；

确定座椅位置的传感器；在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路

面高差和轮胎气压的传感器；保护前排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器

和加速度传感器。面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气

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囊，还要增加传感器。随着研究人员用防撞传感器(测距雷达或其他测距传感器)

来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩，使制动系

统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部分。

老式的油压传感器和水温传感器是彼此独立的，由于有着明确的最大值或最

小值的限定，其中一些传感器的实际作用就相当于开关。随着传感器向电子化和

数字化方向发展，它们的输出值将得到更多的相关利用。

未来的汽车传感器技术的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。

20世纪末期，设计技术、材料技术，特别是Mems (微电子机械系统)技术的发展

使微型传感器提高到了一个新的水平，利用微电子机械加工技术将微米级的敏感

元件、信号处理器、数据处理装置封装在同一芯片上，它具有体积小、价格便宜、

可靠性高等特点，并且可以明显提高系统测试精度。目前采用Mems技术可以制作

检测力学量、磁学量、热学量、化学量和生物量的微型传感器。由于Mems微型传

感器在降低汽车电子系统成本及提高其性能方面的优势，它们已开始逐步取代基

于传统机电技术的传感器。Mems传感器将成为世界汽车电子的重要构成部分。

汽车传感器和电子系统向着采用Mems传感器的方向发。PhilipsElectronics

公司和Continental Treves公司10年销售1亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片,

生产上达到了一个新的里程碑。两个公司共同开发有源磁场传感器的前瞻性技术,

产品应用在汽车厂家生产的最新的轿车上。Continental Teves公司用这种磁阻

式转速传感器制作了轮速传感器,用于ABS系统,防滑系统等。

Mems传感器成本低、可靠性好、尺寸小，可以集成在新的系统中,工作时间

达到几百万个小时。Mems器件最早的是绝压传感器（Map）和气囊加速度传感器。

目前，正在研发和小批量生产的MEMS/MST产品有：轮速旋转传感器, 胎压传感器,

制冷压力传感器, 发动机油压传感器, 刹车压力传感器和偏离速率传感器等等。

在今后的5-7年Mems器件将大量应用到汽车系统中。

随着微电子技术的发展和电子控制系统在汽车上的应用迅速增加，汽车传感

器市场需求将保持高速增长，以Mems技术为基础的微型化、多功能化、集成化和

智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。

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