2.3 压力传感器
问题链接：
1.应用在发动机上的压力传感器有哪些？
2.进气歧管绝对压力传感器起什么作用？
压力传感器在汽车上有广泛应用，主要检测进气歧管绝对压力、真空度、大气压力、发动机油压、制动系统油压、轮胎压力等。压力传感器所得收入占据传感器销售总收入的9%，是销量第二大的传感器。压力传感器在汽车上的测量范围从10kPa真空（用于OBD检测燃油泄漏形成的蒸气）到180MPa（用于柴油机共轨燃油压力系统），这样压力传感器就需要有不同的类型，来满足可检测压力之比在18000:1内的变化。目前已有若干种传感器，依据不同原理分为压阻式、电容式、压电式、共振式、光学式等，见表2-5。
表2-5 压力传感器的原理和特征
压阻式压力传感器广泛用于检测发动机进气歧管压力（绝对压力和大气压力）、涡轮增压压力、燃油泄漏蒸气压力。电容式压力传感器用于轮胎压力、发动机机油压力检测，这两处的压力检测无须零压力指示。陶瓷电容式压力传感器用在汽车内复杂环境中检测压力，常用于检测制动、动力转向、悬架、巡航脱离、ABS制动调节、空调压缩机等系统中的液体压力。多晶硅压阻式压力传感器用于高压检测，如柴油发动机的共轨燃油喷射压力、悬架动态控制系统液压力检测。
2.3.1 压阻式进气歧管绝对压力传感器
压阻效应原理：固体受到力的作用后，电阻率发生显著变化，这种效应称为压阻效应。进气歧管绝对压力传感器就是利用这种效应制成的。
进气歧管绝对压力（MAP）传感器用于感知发动机负荷，并将压力转换成电信号传输给计算机。它主要用于点火正时和喷油的控制，这是D型电控发动机中最重要的传感器之一。对于有些L型电控发动，用MAP传感器检测发动机起动时的进气量，而发动机起动后的进气量则由MAF传感器检测。
进气歧管绝对压力（MAP）传感器有的通过软管与进气歧管相连，有的直接安装在进气歧管内。
典型的MAP传感器包括一个密封的陶制膜片或硅膜片，膜片的一侧是真空室，膜片的另一侧导入进气歧管压力，见图2-24。当发动机负荷变化（发动机进气歧管真空改变）时，作用在膜片两侧的压差使MAP传感器输出的信号电压或信号频率也随之变化。
1.进气歧管绝对压力传感器检测原理
如图2-25所示，进气歧管绝对压力（MAP）传感器采用全桥差动电路，电桥中4个臂为4个压变电阻，受压应变，电阻两增两减，输出与输入电压有如下关系：
图2-24 进气歧管绝对压力（MAP）传感器剖视图
在电桥没有变化的情况下，有如下关系：
Ra=Rb=Rc=Rd=R
图2-25 进气歧管绝对压力（MAP）传感器检测原理
则
Vout=0
当施加一个力时，会造成电阻值的改变，在理想状况下：
Rb=Rc=R-ΔR
Ra=Rd=R+ΔR
则
假如电阻变化是因施加压力所造成，则可以得出电压、电阻之间的关系：
故在弹性假设下：
由以上各式可知，电桥的输出电压Vout与
呈线性关系，可利用电压的变化来估计电阻的改变量，进而求得所受的压力大小。
2.发动机负荷与进气歧管真空度、进气歧管绝对压力之间的关系
如图2-26所示，随着发动机负荷的增加（节气门开大），进气歧管绝对压力增加，而进气歧管真空度下降，传感器信号电压升高。当点火开关“ON”但发动机不工作时，突然打开节气门，信号电压最大，而在减速期间随着节气门的关闭，信号电压最小。
以通用汽车公司的MAP传感器为例，怠速时MAP传感器信号电压范围在0.88～1.62V之间，进气歧管真空度为57.6kPa时信号电压为1.62V，进气歧管真空度为71.1kPa时信号电压为0.88V。当节气门全开时，进气歧管内真空度为0，信号电压达到最大，见表2-6。
图2-26 发动机负荷、进气歧管真空度、进气歧管绝对压力、信号电压之间的关系
a）节气门全开时 b）怠速时 c）信号电压
表2-6 进气歧管绝对压力传感器信号电压与进气歧管真空度、绝对压力以及发动机负荷的关系
3.典型的进气歧管绝对压力传感器电路图
信号端子为PIM，传感器通过Vc接收来自ECU的5V电源电压，经过E2端子通过ECU搭铁。ECU的PIM端子在断开时，信号应为5V，见图2-27。
4.进气歧管绝对压力传感器常规检测方法
进气歧管绝对压力（MAP）传感器是进行燃油喷射和点火正时控制用的最重要传感器之一，对发动机的驱动能力有很大的影响。先要检查该传感器的连线、真空软管外部连接情况，再进行电路检测。
MAP传感器常用三根接线：
①从ECU过来的5V电源线。
②返回给ECU的信号线。
图2-27 进气歧管绝对压力传感器电路连接
③搭铁或参考地线。
MAP传感器具体电路检测方法见表2-7。
表2-7 进气歧管绝对压力（MAP）传感器的检测方法
2.3.2 电容式进气歧管绝对压力传感器
福特汽车采用陶瓷电容式进气歧管绝对压力（MAP）传感器，它的内部由两片氧化铝陶瓷极板和一层绝缘垫片组成。随着发动机进气歧管真空度的改变，电容极板受压变形，极板间距发生改变，电容值也改变。通过振荡电路、充放电电路等方法，可以将这个电容变化转换为频率信号输出。信号频率大小可以反映出压力变化的大小，见图2-28和表2-8。
图2-28 电容式MAP传感器信号频率与进气歧管真空度的关系
表2-8 MAP信号频率随真空度变化的关系
㊀ 1inHg=3.38kPa
2.3.3 大气压力传感器
大气压力（简称BP或BARO）传感器用于感知大气压力，并将大气压力转换为电压信号输送给ECU。由于天气的原因大气压力在不断发生变化，ECU依据该传感器的信号能感知到这种变化，并进行相应地调整。大气压力传感器也是ECU用于判断海拔的主要传感器。该传感器常装于ECU内。
进气歧管绝对压力传感器和大气压力传感器工作原理是基本相同的，只不过MAP传感器与进气歧管相通，而大气压力传感器与大气相通。点火开关打到“ON”位置，发动机不起动，此时MAP传感器读取的是大气压力，海平面应约为4V。如果处于较高的海拔，则每增加305m的高度，它的电压应降低约0.5V（因型号而异）。车辆在高山地区行驶期间，先停下车，再起动发动机，有利于让计算机读取现在的大气压力信号。
2.3.4 蒸气压力传感器
蒸气压力传感器（简称VAP）用于燃油蒸发控制系统中（EVAP），该传感器位于燃油箱内、活性炭罐附近，也可位于远离燃油箱的位置。
蒸气压力传感器如果安装在燃油箱中，就无软管；如果安装在远离燃油箱的地方，就有两种情况，一种情况只装一根软管，这根软管就只接燃油蒸气道；如果有两根软管，则一根接燃油蒸气道，另一根接大气，如图2-29所示。实际工作中应注意两根软管不能装反。
图2-29 拥有两根软管的蒸气压力传感器
VAP传感器检测的是压力差，以大气压力为参考，当燃油蒸气压力上升时，则它的信号电压也上升，如图2-30所示。
图2-30 蒸气压力传感器压力检测原理
蒸气压力（VAP）传感器电路原理图如图2-31所示，其检测方法与进气歧管绝对压力传感器相似。注意不要给太大的压力，以防止损坏传感器。
图2-31 蒸气压力传感器电路原理
2.3.5 进气歧管绝对压力传感器的故障诊断
OBDⅡ系统设置进气歧管绝对压力（MAP）传感器故障码的条件，见表2-9。
1.进气歧管绝对压力传感器电路故障
当MAP传感器电路开路或短路时，MAP传感器信号持续过高或过低，信号超出正常范围，OBD系统设置P0105故障码时。诊断该故障码时，发动机只需运行一个驱动循环，即可检测出该故障码。出现该故障码时，ECU进入失效保护模式，固定点火提前角为上止点前5°。
故障码P0105：进气歧管绝对压力/大气压力传感器电路。
与P0105相关的故障码：
P0107：进气歧管绝对压力/大气压力电路低输入故障。
P0108：进气歧管绝对压力/大气压力电路高输入故障。
P0109：进气歧管绝对压力/大气压力电路间歇故障。
MAP传感器故障引起的故障现象：
1）发动机运转不良。
2）发动机运转超负荷。
3）发动机无怠速。
4）排气管回火。
5）发动机在负载或怠速时失火。
6）MIL指示灯亮。
7）在某些极端情况下，除了MIL亮外，可能没有其他症状。
引起故障的原因：
1）MAP传感器真空软管断开或堵塞。
2）坏MAP传感器。
3）TPS故障。
4）MAP传感器插接器损坏或有问题。
5）TPS插接器损坏或有问题。
6）接线损坏。
7）MAP传感器信号电路上的参考电压短路。
8）MAP传感器或TPS的搭铁丢失。
9）MAP传感器的信号开路。
10）ECU故障。
2.进气歧管绝对压力传感器信号与其他传感器信号相矛盾
ECU根据实际检测到的MAP传感器信号值算出进气量，再与节气门位置（TP）和发动机转速信号对比，最终判断MAP传感器信号不可信，OBD系统设置P0106故障码。诊断该故障码，发动机需运行两个驱动循环，见表2-9。
表2-9 进气歧管绝对压力（MAP）传感器的故障诊断
MAP传感器的真空管有问题，造成发动机燃油经济性变差、加速迟缓、失速、怠速不稳等现象，ECU也会设置故障码。
更换真空管时应该用原厂生产的，真空管不要过长，否则真空管下垂易引起可燃混合气在真空管处积存，造车发动机驱动性问题及出现有关的故障码。
对于D型喷射系统来说，节气门后方的真空漏气，会使进气歧管内的真空度下降，绝对压力升高。由于D型喷射系统都是以绝对压力的信号输出给ECU的，所以ECU根据绝对压力升高的信号，令喷油量增加，提高发动机的转速，造成怠速过高。如果漏气严重且ECU有超速断油功能，当转速增加到1500r/min左右时，ECU将开始断油降速，当降到一定的转速时，ECU又开始供油提高转速，循环不已，以致发动机产生游车现象。
3.与进气歧管绝对压力（MAP）传感器相关数据流
MAP：× × × kPa（× ×. × inHg）。显示进气歧管绝对压力值，最小为0kPa，最大为255kPa。