发动机传感器及开关信号控制策略

1.传感器

（1）发动机冷却液温度传感器

1）作用。冷却液温度传感器安装在发动机缸体或缸盖的水套出水口处，与冷却液接触，用于测定发动机冷却液的温度，ECU用温度信号修正发动机起动、暖机时的喷油量。

2）结构与原理。冷却液温度传感器的内部是一个半导体热敏电阻（图4-2a），它具有负的温度电阻系数。冷却液温度越低，电阻值越大；反之，冷却液温度越高，电阻值越小（图4-2b）。测量的温度范围为-40℃～135℃。

（2）进气温度传感器

1）作用。进气温度传感器安装在进气道中，用于测量进气温度，ECU还根据增压压力传感器测定的进气压力信号，精确确定吸入发动机的空气质量，使发动机自动适应外部环境温度和大气压力的变化，对喷油量进行修正，实现闭环控制。该传感器测量的温度范围为-40℃～120℃。

2）结构与原理。进气温度传感器的结构与原理同冷却液温度传感器相同，目前车辆上有两种安装方法，一种是独立的传感器，另一种是集中安装在进气压力传感器或空气流量传感器中。

图4-2 冷却液温度传感器

a）构造 b）电阻与冷却液温度的关系

（3）燃油温度传感器

1）作用。燃油温度传感器安装在低压燃油管路上，用来测量燃油温度，计算燃油密度，ECU根据燃油温度修正喷油量。它的测量范围是-40℃～135℃。

2）结构与原理。燃油温度传感器的结构与原理和冷却液温度传感器相同，只是参数不同而已。

（4）空气流量传感器

1）作用。空气流量传感器的作用是将吸入气缸内的空气量转化成电信号送至电控单元（ECU），空气流量传感器的信号是电控单元确定发动机基本喷油量的主要依据。

2）结构与原理。空气流量传感器常见有叶片式、热膜式、热线式、卡门涡旋式、量芯式等，如图4-3所示。

图4-3 空气流量传感器

以热线式空气流量传感器为例，其基本结构由感知空气流量的铂金属热线、根据进气温度进行修正的温度补偿电阻（冷线）、控制热线电流并产生输出信号的控制线路板，以及空气流量传感器的壳体等元件组成，图4-4所示为热线式空气流量传感器的结构图。

图4-4 热线式空气流量传感器

1—防护网 2—取样管 3—铂金属热线 4—温度补偿电阻 5—控制线路板 6—电连接器

取样管置于主空气通道中央，取样管由两个塑料护套和一个热线支承环构成。热线为白金丝（R_H），布置在支承环内，其阻值随温度变化，是惠斯顿电桥电路的一个臂。热线支承环前端的塑料护套内安装一个铂薄膜电阻器，其阻值随进气温度变化，称为温度补偿电阻（R_K），是惠斯顿电桥电路的另一个臂。热线支承环后端的塑料护套上粘结着一只精密电阻（R_A），此电阻能用激光修整，也是惠斯顿电桥的一个臂，该电阻上的电压降即为热线式空气流量传感器的输出信号电压，惠斯顿电桥还有一个臂的电阻R_B安装在控制线路板上。

热线式空气流量传感器的工作原理是：热线温度由混合集成电路A保持其温度与吸入空气温度相差一定值，当空气质量流量增大时，混合集成电路A使热线R_H通过的电流加大，反之，则减小，这样就使得通过热线R_H的电流是空气质量流量的单一函数，即热线电流I_H随空气质量流量增大而增大，或随其减小而减小，如图4-5所示。

图4-5 热线式空气流量传感器工作原理

A—混合集成电路 R_H—热线电阻 R_K—温度补偿电阻 R_A—精密电阻 R_B—电桥电阻

目前热线式空气流量传感器被热膜式空气流量传感器所取代，后者工作原理相同，只是将热线改为了热膜，热膜是由发热金属铂固定在树脂薄膜上构成的，该结构由于发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，从而提高了空气流量传感器的可靠性。

（5）进气歧管压力传感器

1）作用。进气歧管压力传感器在燃油喷射系统中所起的作用和空气流量传感器相似，进气歧管压力传感器根据发动机的负荷状态测出进气歧管内压力（真空度）的变化，并转换成电压信号与转速信号等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）结构与原理

①半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器。这种进气压力传感器利用的是半导体的压阻效应，因其具有尺寸小、精度高、成本低和响应性、再现性、抗振性较好等优点，现今得到了广泛的应用。该传感器可以安装在进气歧管上，或装在靠近进气歧管的其他不易振动的地方，也有装在ECU内的。该传感器用软管与进气歧管连接。其结构如图4-6所示，它是由压力转换元件和把转换元件输出信号进行放大处理的混合集成电路等构成的。

图4-6 半导体压敏电阻式进气压力传感器结构

压力转换元件也叫压力传感器组件，它的主要元件是一个很薄的硅片，中部最薄，只有20μm，外围较厚，约为250μm；硅片上下两面各有一层3μm厚的二氧化硅膜，如图4-7所示。

在膜层中沿硅片四边有四个感应电阻，在硅片四角各有一个金属块，通过导线与应变电阻相连。在硅片一侧粘接一块硼硅酸玻璃片，使硅片一侧中部形成一个密闭室，构成一个固定的参数压力腔。硅片装在一个密封口内，使硅片的一侧通过管道与进气歧管相通，以便进气压力作用在硅片上。

硅片周围的四个应变电阻，以惠斯顿电桥的方式进行连接，由ECU向其提供+5V的稳压电源，如图4-8所示。

由于硅片的一侧是密闭室，硅片的另一侧与进气歧管相通，进气压力会对硅片产生压力使硅片弯曲变形。进气歧管压力越高，硅片变形越大。怠速时，进气歧管绝对压力低，硅片变形小，如图4-9a所示；大负荷时，进气歧管绝对压力高，硅片变形大，如图4-9b所示。

图4-7 进气压力传感器的压力转换元件

a）结构图 b）电路图

1—硅片 2—密闭室 3—硼硅酸玻璃片 4—二氧化硅膜 5—应变电阻（传感电阻） 6—金属块

图4-8 压敏电阻式进气压力传感器工作原理

图4-9 压敏电阻式进气压力传感器工作原理

a）怠速时 b）大负荷时

1—接至进气管 2—应变电阻 3—密闭室 4—导线 5—硅片

硅片的变形引起应变电阻值产生相应的变化，变化时电桥失去平衡，在a、b（见图4-8）端形成电位差，由应变电阻组成的惠斯顿电桥会输出与进气歧管压力成正比的电压信号，即信号电压值随进气歧管压力的增大呈线性增大。由于输出的电压信号太微弱，所以经过信号处理电路进行放大等处理后再输出。

进气压力传感器的输出电压特性曲线如图4-10所示。

图4-10 进气压力传感器输出电压特性曲线

大气环境、地理位置高低的变化，会影响到进气的绝对压力。当点火开关接通而发动机未起动时，它输出的信号表示环境大气压的高低。

②真空膜盒式进气歧管压力传感器。真空膜盒传动的可变电感式进气歧管绝对压力传感器（图4-11），主要由膜盒、铁心、感应线圈和电子电路等组成。

图4-11 膜盒式进气压力传感器结构

膜盒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，置于感应线圈内部的铁心和膜盒联动，感应线圈由两个绕组构成（图4-12），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。

图4-12 膜盒式进气压力传感器基本工作原理

（6）曲轴转角传感器

1）作用。曲轴转角传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，它确认曲轴位置，用于检测活塞上止点、曲轴转角及发动机转速，ECU根据曲轴转速信号与凸轮轴位置信号共同完成喷油器的喷油顺序及喷油时间的分析计算工作。

2）结构与原理。磁电式曲轴位置传感器的结构如图4-13a所示，在永久磁铁的周围绕有线圈，线圈周围是铁材料制成的齿轮，当齿轮旋转时，由于齿轮齿峰和齿谷与永久磁铁间的气隙不断发生变化，导致通过线圈的磁力线发生变化，在线圈中就会产生如图4-13b所示的感应电压，并以交流形式输出。

图4-13 磁电式曲轴位置传感器的结构与输出波形

a）结构 b）输出波形

图4-14 曲轴转角与气缸判别传感器外形（电装）

在电装公司ECD-U2电控系统中，曲轴转角和气缸判别传感器均采用了磁电式传感器，且外形基本一样如图4-14所示。

在飞轮上每7.5°设置一个信息孔，但是，总共缺少3个孔。也就是说，在飞轮圆周上共有45个孔。发动机每旋转2转，将会产生90个脉冲信号。曲轴转角传感器接收到信息后，通过传感器线圈的磁力线发生变化，在线圈内产生交流电压。根据这些信号，可以检测出发动机的转速和7.5°的曲轴转角间隔。

气缸判别传感器和曲轴转角传感器相似，也是利用通过线圈的磁力线变化产生交流电压的特性制成的。在供油泵凸轮轴中间设置了一个圆盘状的齿轮，且每120°缺一个齿（凹形切槽），但在某一处多了一个齿。因此，发动机每转2转则发出7个脉冲信号。

根据曲轴转角传感器和气缸判别传感器信息，可以判断出第一缸作为基准脉冲。

曲轴转角与气缸判别传感器的关系如图4-15所示。

图4-15 曲轴转角传感器与气缸判别传感器的关系

图4-16 霍尔信号发生器磁路图

a）霍尔元件磁场较弱 a）霍尔元件磁场较强

（7）凸轮轴位置传感器

1）作用。凸轮轴位置传感器用于判定运动活塞在上止点时是处在压缩行程还是处在排气行程，该传感器将此信号输入ECU，ECU根据此信号与曲轴转角信号共同完成喷油顺序和喷油时刻分析计算工作，是电控燃油喷射系统重要的信号之一。在起动过程中，从曲轴位置是得不到此信息的，与此相反，在车辆运行时，由曲轴传感器产生的信息足以确定发动机状态，即使凸轮轴转速传感器在车辆运行过程中失效，ECU仍能一直知道发动机状态。

2）结构与原理。凸轮轴位置传感器常采用磁电式、霍尔式传感器，下面以霍尔式传感器介绍其结构和工作原理。

霍尔信号发生器主要由触发齿圈、霍尔元件、永久磁铁和电子线路等组成。永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件通向触发齿圈，这时齿圈相当于一个集磁器。当齿轮处于图4-16a所示状态时，磁力线分散，穿过霍尔元件的磁场相对较弱；当齿轮处于图4-16b所示状态时，磁力线密集，穿过霍尔元件的磁场较强，这样就引起霍尔电压的变化。

霍尔元件通过齿圈的运动输出mV级的正弦波电压，若要将它变换成标准的脉冲电压，须通过电子线路来实现。图4-17是霍尔信号发生器内部电子线路及各级输出波形，当霍尔元件通过齿轮的运动变化输出mV级的正弦波电压，经放大器放大为V级的电压，送施密特触发器输出的为标准的脉冲信号，并产生一定回差以提高稳定性，再送输出级放大输出。

图4-17 霍尔信号发生器内部电路及输出波形

a）电路图 b）波形图

（8）共轨压力传感器

1）作用。共轨压力传感器的作用是以足够的精度，在相应较短的时间内，精确快速地测定共轨中的瞬时压力，并将其转换成电压信号输送给ECU，由ECU对燃油计量单元（PCV）实施反馈控制，通过对供油量的增减来调节油压稳定在目标值。

2）结构与原理。图4-18是共轨压力传感器的外形与安装位置，图4-19是博世公司共轨压力传感器的结构图。

图4-18 共轨压力传感器的外形与安装位置

共轨压力传感器由下列构件组成：压力敏感元件（焊接在压力接头上）；带功能电路的电路板和带电气插头的传感器外壳。

燃油经一个小孔流向共轨压力传感器，传感器的膜片将孔的末端封住，高压燃油经压力室的小孔流向膜片，膜片上装有半导体型敏感元件，可将压力转换为电信号，通过连接导线将产生的电信号传送到一个向ECU提供测量信号的计算电路。

图4-19 共轨压力传感器

图4-20 共轨压力传感器的结构和特性曲线

共轨压力传感器的工作原理是：当膜片形状改变时，膜片上涂层的电阻发生变化，这样，由系统压力引起膜片形状变化（150MPa时变化量约1mm），促使电阻值改变，并在用5V供电的电阻电桥中产生电压变化，电压在0～70mV之间变化（具体数值由压力而定），经求值电路放大到0.5～4.5V。压力增加，信号电压增大，二者之间为线性关系。

精确测量共轨中的压力是电控共轨系统正常工作的必要条件，为此，压力传感器在测量压力时允许偏差很小，在主要工作范围内，测量精度约为最大值的2%。共轨压力传感器失效时，具有应急行驶功能的调压阀以固定的预定值进行控制。

图4-20是日本电装公司ECD-U2型电控共轨压力传感器的结构和特性曲线。

（9）电子油门

1）作用。主要是了解驾驶人的驾驶意图，进而了解发动机的负荷状况，安装于驾驶室内加速踏板位置，故也称加速踏板位置传感器；通过加速踏板位置的变化将发动机的负荷信号转变为电信号传输给发动机电脑，再与其他传感器信号进行相关比较和计算后，发出指令控制相关执行器，以实现对喷油量的控制。目前常见的有：类似汽油机电控系统使用的具有怠速开关和全负荷开关以及节气门开度电位计的混合型加速踏板位置传感器，也称线控驱动式；使用最多的是差动变压器式加速踏板位置传感器，其外形如图4-21所示。

2）结构与原理

①线控驱动式加速踏板位置传感器。线控驱动式加速踏板位置传感器是由电位计和开关两部分组成，电位计线性反映加速踏板的行程，开关为常闭的是怠速信号，常开的是大负荷触点，如图4-22所示。

②差动变压器式加速踏板位置传感器。差动变压器式加速踏板位置传感器，在传感器内装有一对磁铁，磁铁中央有两片霍尔元件，当踩下加速踏板时，磁铁跟着旋转，磁场发生改变而产生电压，非接触检测加速踏板转动的角度，较电位计式加速踏板位置传感器而言，检测元件无磨损，可靠性好，目前已大量采用，是今后的发展方向，如图4-23所示。

图4-21 加速踏板位置传感器外形

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图4-22 加速踏板位置传感器电路

图4-23 加速踏板位置传感器电路

（10）其他传感器

1）发动机转速传感器。发动机转速传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，有些车辆上叫曲轴位置传感器，有些车辆叫转速传感器，其作用是确认活塞在气缸内的实际位置，用以控制喷油时刻以及提供发动机转速表的信号。根据其工作原理，现在大多采用磁电式、霍尔式和笛簧开关式传感器，磁电式、霍尔式的结构与工作原理同曲轴位置和凸轮轴位置传感器相同，这里介绍笛簧开关式发动机转速传感器。

图4-24所示为笛簧开关式发动机转速传感器的结构和工作原理图。

图4-24 笛簧开关传感器结构与工作原理

a）开关导通 b）开关断开

笛簧开关传感器是由在玻璃管内装有两个细长的触点构成的，触点由铁、镍等易被磁铁吸引的强磁材料制成，受玻璃管外磁铁的控制，有时触点互相吸引而闭合，有时互相排斥而断开，从而形成了触点的开关作用。

2）车辆速度传感器。车辆速度传感器主要用于车速里程表、防抱死制动系统（ABS）以及巡航控制系统，一般采用电磁感应式、笛簧开关式、光电式和磁阻式，前两种的结构与原理类似于曲轴、凸轮轴转速传感器，这里介绍光电式和磁阻式车辆速度传感器。

①光电式车辆速度传感器。光电式车速传感器的结构如图4-25所示，它用于数字式速度表上，由发光二极管（LED）、光敏晶体管以及装在速度表驱动轴上的遮光板构成。图4-26所示为光电式车速传感器的工作原理，当遮光板不能遮断光束时，发光二极管的光射到光敏晶体管上，光敏晶体管的集电极中有电流通过，该管导通，这时晶体管VT1也导通，因此在电路端子上就有5V电压输出，脉冲频率取决于车速。

②磁阻式车辆速度传感器。磁阻式车速传感器的安装位置及结构如图4-27所示，它安装在变速器壳体上，直接由变速齿轮驱动。磁阻式车速传感器主要有两部分组成：第一部分是磁环，磁环是由数十块永磁磁极交错排列成环状，各个磁极的磁场方向沿磁环半径方向分布；第二部分是装有磁阻元件（MRE）的（集成元件）电路板。

图4-25 光电式车速传感器的结构

当齿轮驱动传感器轴旋转时，与轴连在一起的多极磁环也同时旋转，磁环旋转引起的磁通变化，使集成电路内的磁阻元件的阻值发生变化，当流向磁阻元件（MRE）的电流方向与磁力线方向平行时，其电阻值最大；电流方向与磁力线方向垂直时，其电阻值最小。在磁环上，N极与S极交替排列，随着磁环的回转使其磁力线方向不断地变化，磁通量的变化与磁环转速成正比，这样利用磁阻元件的阻值变化就可以检测出磁环旋转引起的磁通变化，如图4-28所示。阻值的变化引起其上电压的变化，将电压的变化输入到比较器中进行比较，再由比较器输出信号控制晶体管的导通和截止，这样就可以检测出车速，如图4-29所示。

图4-26 光电式车速传感器的工作原理

a）结构图 b）电路图

图4-27 磁阻式车速传感器

a）磁阻式传感器安装位置 b）磁阻式车速传感器结构

图4-28 磁阻元件（MRE）的性质

a）电流方向与磁力线平行 b）电流方向与磁力线垂直

图4-29 磁阻元件式车速传感器工作原理及电路

a）工作原理 b）电路图

3）机油压力传感器。实时监测发动机机油压力（温度），电控单元将其电压信号转换成压力值，用于发动机保护系统。该传感器安装在发动机机体上，有3端子机油压力传感器和4端子机油压力/温度传感器两种，如图4-30所示。

图4-30 机油压力传感器

机油压力传感器通常通过螺纹拧入缸体的油道内，可变电阻式传感器内有一个可变电阻，其滑动臂与膜片连接，当油压增高时，压力通过润滑油道接口推动膜片弯曲，膜片推动滑动臂移动到低电阻位置，输出电流大；油压降低时，情况正好相反，工作原理示意如图4-31所示。

图4-31 机油压力传感器内部原理

4）燃油含水传感器。燃油含水传感器安装在OEM水分离器内，当积水达到某一设定体积时，燃油含水传感器将信号送给电控单元，在点亮故障指示灯的同时，对发动机进行保护控制。常见的燃油含水传感器为电接柱式的，当积水淹没传感器电接柱时，通过水在两电接柱之间形成闭合回路，反之，两电接柱间为断路状态，如图4-32所示。

图4-32 燃油含水传感器电路

5）氧传感器。自从制定了汽车排放法规之后，对环境和排放的要求就不断强化，与此同时为了适应这个不断强化的法规要求，首先在汽油车上开始采用三元催化转化器作为排气净化装置。为了充分发挥这种三元催化转化器的最佳转化特性，需要将空燃比控制在理论空燃比（λ=1）附近的很窄范围以内，如图4-33所示。

图4-33 三元催化转化器的转化作用

为了检测出理论空燃比附近的排气状况，在排气管中设置了氧传感器，由此检测实际空燃比相对理论空燃比是浓还是稀，以此作为发动机闭环控制的反馈信号，发动机电脑据此信号及时地对燃油喷油量进行修正。目前已实际应用的氧传感器有二氧化锆（ZrO₂）和二氧化钛两种氧传感器。

①二氧化锆传感器。这种氧传感器是用得最多的一种，图4-34显示了其结构。在试管封装的二氧化锆元件，内外两面上设置了铂电极，并在电极外侧涂上陶瓷以保护电极。在元件内侧引入氧浓度高的空气，在其外侧引入氧浓度低的排气。

二氧化锆元件在高温下具有在其内外表面氧浓度差的情况下就产生电动势的性质。如图4-35所示，在传感器的大气侧和排气侧氧的浓度即氧的分压不同。氧离子从氧浓度高的大气侧向氧浓度低的排气侧移动。结果在两电极之间产生服从Nernst公式的电动势。电动势与氧分压的对数成正比。氧传感器内外表面的氧浓度差越大，所产生的电动势就越大。

但是，即使在比理论混合气浓的状态下燃烧，在排气中仍存在若干氧气，所以产生不了足够的电动势（如图4-36a所示的特性）。

图4-34 氧传感器的外形和结构

a）外观 b）结构

图4-35 氧传感器的工作原理

图4-36 氧传感器的输出特性

a）普通电极的特性 b）铂电极的特性

由于在接近理论空燃比范围内所产生的电动势变化很小，所以很难通过检测此电动势来准确地检测出理论空燃比。于是，就利用具有催化作用的铂做电极，使电动势在理论空燃比附近有很大的变化（图4-36b）。

浓混合气燃烧的排气与铂接触时，在铂的催化作用下排气中所残余的低浓度的氧与排气中的CO及HC发生反应，使得铂电极表面上几乎没有氧，故在氧传感器表面上氧的浓度差变得非常大，可产生大约1V的电动势。

当稀混合气燃烧时，由于在排气中存在高度的氧和低浓度的CO，所以，即使O₂和CO发生反应，也仍存在多余的氧，故氧的浓度差很小，几乎不产生电动势（如图4-36b所示的特性）。

不过，上述特性是在比较高的温度条件下的特性。当温度低时，氧传感器的特性将产生很大的变化。所以，为了获得稳定的输出信息，将氧传感器安装在温度尽可能高的位置，而且在二氧化锆元件内侧设置陶瓷加热器，使元件始终保持在高温状态（图4-37）。

图4-37 带加热器的氧传感器

②二氧化钛氧传感器。这种氧传感器的工作原理与二氧化锆氧传感器有很大的差别。二氧化钛是导电体，它根据其周围氧分压不同被氧化和还原，结果其电阻发生变化：二氧化钛氧传感器就是利用这种变化来测量氧浓度的。

在理论空燃比附近，氧的分压po₂按阶梯形变化。所以，通过测定氧分压即传感器的电阻变化，就可测出实际混合气的空燃比是否偏离理论空燃比。图4-38a显示了二氧化钛氧传感器的构造，在陶瓷绝缘体的前端上设置有二氧化钛元件。

图4-38 二氧化钛氧传感器的结构和阻抗特性

a）构造 b）电阻特性

图4-38b显示了这种传感器的电阻随空燃比变化的电阻特性，如图所示，此类传感器电阻在理论空燃比附近急剧变化。

二氧化钛氧传感与二氧化锆氧传感器相比，具有结构简单、体积小、成本低等优点，但缺点是其电阻值随温度变化大。所以，需要增设温度修正电路，或者内设加热器使其特性相对稳定，以便在高温下也能进行检测。

6）爆燃传感器。发动机电子控制系统中已广泛应用了点火时刻闭环控制的方法，有效地抑制了发动机爆燃现象的发生。它安装在气缸体上检测发动机爆燃情况，向发动机电脑提供信号，电脑对点火提前角进行修正，是点火闭环控制的反馈元件。常见的有压电式、磁致伸缩式等。

①磁致伸缩式爆燃传感器。振动检出型爆燃传感器安装在发动机上，旨在将发动机振动频率转换成电压信号，以检测爆燃强度。当发动机发生设定的爆燃强度时，爆燃传感器输出最大的电压信号用以表示发动机由于爆燃而产生使机体异常振动的频率。应用最早的是磁致伸缩式爆燃传感器。图4-39a为该传感器的结构。高镍合金组成的磁心外侧设有永久磁铁，在其周围缠绕着感应线圈，磁心受振偏移致使感应线圈内磁力线发生变化，依据电磁感应原理，通过线圈的磁通变化时，线圈将产生感应电动势，此电动势即为爆燃传感器的输出电压信号。输出电压信号的大小与发动机振动的频率有关，当传感器固有振荡频率设定于爆燃强度时，发动机的振动频率产生谐振，传感器将输出最大电压信号（如图4-39b所示）。

图4-39 爆燃传感器结构与输出特性

图4-40 共振型压电式爆燃传感器

②共振型压电式爆燃传感器。此种形式的爆燃传感器是利用产生爆燃时的发动机振动频率，与传感器本身的固有频率相符合，而产生共振现象，用以检测爆燃是否发生。该传感器在爆燃时的输出电压比非共振（无爆燃）时的输出电压高得多，因此无需使用滤波器，即可判别有无爆燃产生。

图4-40所示为共振型压电式爆燃传感器的结构，压电元件紧密地贴合在振荡片上，振荡片则固定在传感器的基座上。振荡片随发动机振动而振荡，波及压电元件，使其变形而产生电压信号。当发动机爆燃时的振动频率与振荡片的固有频率相符合时，振荡片产生共振，此时压电元件将产生最大的电压信号（如图4-41所示）。

③非共振型压电式爆燃传感器。非共振型压电式爆燃传感器是以接收加速度信号的形式，来判断爆燃是否产生。图4-42为这种传感器的结构，它由两个压电元件同极性相向对接，配重将加速度变换成作用于压电元件上的压力，所用的配重由一根螺钉固定于壳体上，输出电压由这两个压电元件的中央取出，构造简单，制造时不需调整。

发动机振动时，安装在发动机缸体上的爆燃传感器内部配重因受振动的影响，而产生加速度，因此，在压电元件上就会受到加速时惯性力的作用，而产生电压信号。

在爆燃发生时的频率及其附近，此种传感器产生的输出电压不会很大，不像磁致伸缩式爆燃传感器在爆燃频率附近产生一个较高的输出电压，用以判断爆燃的产生。

图4-41 共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系

图4-42 非共振型压电式爆燃传感器

图4-43 非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系

图4-43为非共振型压电式爆燃传感器输出电压与频率的关系。因此，必需将反映发动机振动频率的输出电压信号送至识别爆燃的滤波器中，判别是否有爆燃信号产生。传感器的感测频率范围设计成由零至数十千赫兹，可检测具有很宽频带的发动机振动频率。用于不同发动机上时，只需将滤波器的过滤频率调整即可使用，而不需要更换传感器，此为非共振型压电式爆燃传感器的突出优点。

④爆燃传感器的输出信号波形。振动检出型爆燃传感器输出信号是随发动机振动频率变化而变化的电压脉冲信号，信号的频率与发动机振动频率一致，其电压幅值与振动频率有关。对于共振型而言，发动机爆燃（共振）时，输出电压最大；而对非共振型而言，发动机产生爆燃时，传感器输出电压无明显增大，爆燃是否发生是靠滤波器检出传感器输出信号中有无爆燃频率段来判别的。共振型和非共振型输出波形的比较如图4-44所示。

图4-44 共振型传感器和非共振型传感器输出波形的比较

2.开关信号

（1）离合器开关 离合器开关一般用于起动系统，其主要作用是防止起动时有挂档现象，导致起动时车辆移动，造成不安全因数，所以在起动控制电路中串联离合器开关（常开型或常闭型），起动时迫使驾驶人踩下离合器踏板，使离合器开关接通或断开，方能接通起动机控制电路；除此之外，还有将离合器开关的信号送给发动机电控单元的开关，常见有常闭型离合器开关，发动机起动时，必须将离合器踩下，方可起动，同样达到了安全起动的目的。

（2）空档开关 空档开关设置的目的同离合器开关一样，都是为防止发动机起动时带档起动，一般采用常闭型开关，可以串接在起动机控制电路当中，也可以作为发动机电控单元的一个信号，只有在空档时才能保证起动机电路的正常工作。

（3）制动器开关 制动器开关除了踩下制动踏板时点亮制动灯之外，对于发动机电控系统则是作为一种信号，当电控单元得到制动信号时，会对喷油量进行控制，以利于达到车辆制动的目的。

（4）排气制动开关 具有排气制动功能的车辆装有排气制动开关，当使用排气制动功能时，驾驶人需将排气制动开关接通（一般为常开型开关），把排气制动的请求信号送给发动机电控单元，由发动机电控单元对排气制动继电器或电磁阀进行控制，才能实现排气制动的功能。

（5）空调开关 空调在车辆电气设备当中功率是比较大的，大多数空调压缩机都是由车辆发动机传动带驱动的（除了独立空调系统外），对发动机的负荷影响很大，所以在空调系统工作的同时必须将空调请求信号送给发动机电控单元，以提高发动机的转速，保证发动机能够稳定工作。有的车辆将空调压缩机的工作直接由发动机电控单元控制，更有利于电控系统的综合控制。

（6）巡航开关 在装备有自动巡航功能的车辆上会有巡航开关，一般有巡航主开关、巡航设置、巡航复位、巡航解除开关或按钮，对于发动机电控系统都是作为请求信号，发动机电控单元根据输入的不同信号，控制发动机输出不同的功率，达到驾驶人理想的恒定车速。

（7）远程油门开关 远程油门开关有时也叫远程油门位置传感器，一般用于工程机械，即车辆静止状态时，驾驶人离开驾驶室仍能对发动机进行控制，远程油门开关一般为旋钮式，有些与加速踏板位置传感器并联，有些则是独立的装置将控制信号送给发动机电控单元，大多数为电位计形式，其电路如图4-45所示。

图4-45 远程油门位置传感器电路

（8）诊断开关 诊断开关主要是用于发动机电控系统的的自诊断系统，当发动机电控系统出现故障，位于仪表板上的故障指示灯点亮时，可以通过诊断开关进行简单的故障查寻，按照正确的操作方法接通诊断开关，观察故障指示灯的闪烁情况，判断故障的大致部位，该指示灯闪烁的故障码不同于诊断仪的故障码，需要查寻各生产厂家的故障码含义，诊断开关一般位于仪表板上或电气检查盒内。

（9）省油开关 多态开关也称多功能省油开关，能根据整车的使用工况通过限制发动机的转矩和转速，从而使发动机运行在指定的转矩、转速区域中，即发动机输出的功率限定在指定的功率范围内，可降低整车燃油消耗。

在整车装载不同时，可以使用多态开关达到节油1%～2%的目的，同时还可以提高发动机使用寿命。

该多态开关分为三档即Ⅰ档、Ⅱ档、Ⅲ档，如图4-46所示。

发动机输出功率分为最大功率（重载）Ⅲ档，中档功率（中载）Ⅱ档，最小功率（轻载）Ⅰ档。有时0档为重载、Ⅰ档为中载、Ⅱ档为轻载。

多态开关有两根导线均与发动机电脑连接，开关内通过电阻器来改变不同的档位，一般情况下，在开关脱开线束时测量，空载9.8kΩ，中载4.2kΩ，重载1.5kΩ。

多态开关与线束连接正常的情况下，用万用表电压档测量两线之间空载2.9V，中载1.9V，重载0.9V。

图4-46 多态开关