混合动力电动汽车动力系统传感器

混合动力电动汽车通过充分发挥内燃机及电动机的优势来实现良好的燃油经济性、动力性、和排放性,故必须对内燃机进行精确的电子控制,而电子控制离不开传感器。

1.进气量传感器

进气量传感器分为间接测量式的歧管压力传感器和直接测量式的空气流量传感器。

歧管压力传感器用于测量内燃机的进气量,又称为进气歧管绝对压力传感器或进气绝对压力传感器。歧管压力传感器采用间接测量方式,即依据内燃机的负荷变化测出进气歧管内绝对压力值,进而测算内燃机的进气量。按其信号产生的原理,可将歧管压力传感器分为电容式、半导体压敏电阻式、膜盒传动的可变电感式和声表面波式。

空气流量传感器又称为空气流量计,用于检测内燃机的进气量,并将进气量信息转换成电信号输入ECU,以供ECU计算确定喷油时间(即喷油量)和点火时间。空气流量传感器主要有翼片式空气流量传感器、卡门涡旋式空气流量传感器和热线式空气流量传感器(见图3-47)。

图3-47　广泛使用的热线式空气流量传感器

1—防护网;2—取样管;3—白金热线;4—温度补偿电阻;5—控制线路板;6—电连接器。

2.节气门位置传感器

内燃机工况(如起动、怠速、加速、减速、小负荷和大负荷等)不同,对混合气浓度的要求也不相同。节气门位置传感器将节气门开度大小转变为电信号输入内燃机ECU,以便确定空燃比的大小。根据结构不同,节气门位置传感器可分为触点式、可变电阻式、触点与可变电阻组合式三种;按输出信号的类型不同,节气门位置传感器可分为线性(量)输出型(见图3-48)和开关(量)输出型。

图3-48　线性输出型节气门位置传感器

1—电阻膜;2—电气门开度输出动触点;3—怠速动触点。

3.曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器

ECU控制喷油器喷油和控制火花塞跳火时,要先确定哪一个气缸的活塞即将到达压缩行程上止点和排气行程上止点,然后才能根据曲轴转角信号控制喷油提前角和点火提前角。(www.xing528.com)

曲轴位置传感器又称内燃机转速与曲轴转角传感器,用于采集内燃机曲轴转速和转角信号并将其输入ECU,以便计算确定并控制喷油提前角与点火提前角。凸轮轴位置传感器又称为气缸识别传感器,用于采集配气凸轮轴的位置信号并将其输入ECU,以便确定活塞处于压缩(或排气)行程上止点的位置。由于大多数汽车将曲轴与凸轮轴传感器两种位置传感器制成一体,故同类型传感器的工作原理完全相同。

曲轴位置传感器和凸轮轴位置传感器分为磁感应式(见图3-49)、霍尔式和光电式三种。

图3-49　磁感应式曲轴位置传感器传感器

1—永久磁铁;2—传感器壳体;3—内燃机体;4—极柱;5—感应线圈;6—空气间隙;7—有基准信号的脉冲轮。

4.氧传感器

氧传感器是排气氧传感器的简称,又称氧含量传感器或λ传感器。氧传感器安装在内燃机排气管上,通过检测排气中氧离子的含量获得混合气的A/F信号,并将A/F信号转变为电信号输入内燃机ECU。内燃机ECU根据氧传感器的信号对喷油时间进行修正,实现A/F反馈控制(闭环控制),并将其控制在14.7左右,使内燃机得到最佳浓度的混合气,从而达到降低有害气体排放和节省燃油的目的。氧传感器原理如图3-50所示。

图3-50　氧传感器原理

氧传感器分为氧化锆式和氧化钛式两种类型,氧化锆式氧传感器又分为加热型和非加热型氧传感器两种,氧化钛式氧传感器一般都为加热型传感器。由于氧化钛式氧传感器价格比氧化锆式氧传感器便宜,而且不易受到硅离子的腐蚀,因此使用广泛。

5.温度传感器

温度传感器将被测对象的温度信号转变为电信号输入ECU,ECU修正参数或判断对象的热负荷状态。根据检测对象的不同,温度传感器主要分为内燃机冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、排气温度传感器、空调温度传感器。根据结构与物理性能的不同,温度传感器可分为热敏电阻式、双金属片式、热敏铁氧体式和石蜡式。热敏电阻式和热敏铁氧体式温度传感器属于物性型传感器,双金属片式和石蜡式温度传感器属于结构型传感器。现代汽车广泛采用物性型热敏电阻式传感器。

6.爆燃传感器

内燃机发生严重爆燃时,其动力性和经济性会严重下降;当内燃机工作在爆燃临界或有轻微爆燃状态时,其动力性和经济性最好。利用点火提前角闭环控制系统能有效控制点火提前角,使内燃机工作在爆燃临界状态。爆燃传感器是点火提前角闭环控制系统的重要组成部分。

爆燃传感器用于检测内燃机是否发生爆燃,每台内燃机一般安装1~2个。带通滤波器只允许内燃机爆燃信号(频率为6~9kHz的信号)或接近爆燃的信号输入ECU进行处理,其他频率的信号则被衰减。信号放大器对输入ECU的信号进行放大,以便整形滤波电路进行处理。接近爆燃的信号经过整形滤波和比较基准电路处理后,形成判定是否发生爆燃的基准电压U。爆燃信号经过整形滤波和积分点出处理后,形成的积分信号用于判定爆燃强度。ECU动态调整点火提前角,使点火提前角始终在内燃机发生爆燃的边缘,以起到获得最佳的动力性、经济性和排放性的作用。