一位车主反映，他的2021款丰田卡罗拉轿车起动车辆后，发现该车发动机故障指示灯常亮，发动机加速不良。汽车维修技师对进气控制系统进行全面的检测，确认为进气管压力传感器故障。如果你是汽车维修技师，你该如何解决该故障？  

一、进气压力传感器的功用与分类      

1.进气压力传感器功用

进气压力传感器作为发动机的关键传感器之一，在发动机控制中起着至关重要的作用，如图3-4-1所示，全称为进气岐管绝对压力传感器，英文Manifold absolute pressure 简称MAP，进气压力传感器的作用是测量进气管压力（真空度），它能将进气歧管内的绝对压力的变化转换成电信号（0~5V），与发动机转速信号一起输入到控制单元（ECU），作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。真空度是大气压力与进气歧管绝对压力的差值，是进气歧管压力低于大气压力的差值，真空度越大，说明进气歧管压力与大气压力之间的差值越大，即进气歧管压力越小。

采用进气压力传感器的电控燃油喷射发动机系统的进气量并不直接测定，而由电脑根据进气管内的绝对压力结合发动机转速、进气温度、冷却液温度等信息，推算出发动机每循环的进气量。

图3-4-1 进气压力传感器

总而言之，进气压力传感器是发动机控制系统中不可或缺的一部分，它的正常工作对于发动机的性能和可靠性都有着至关重要的影响。

2.进气压力传感器位置

进气压力传感器一般装于发动机机舱内，用一根真空管与进气歧管相接或直接装在节气门后方的进气歧管上，如图3-4-2所示。进气歧管上安装进气压力传感器的优点是测量精度高、稳定性好，但是需要注意进气歧管的形状和长度对测量精度的影响。如果进气歧管的形状和长度不合适，会影响传感器的测量精度和稳定性。

图3-4-2 进气压力传感器的位置

3.进气压力传感器分类

进气压力传感器的种类较多，按其信号的产生原理可以分为电压型和频率型两种。电压型又可分为半导体压敏电阻式(电阻应变计式)和膜盒传动可变电感式；频率型可分为电容式和表面弹性波式。其中以半导体压敏电阻式应用最多。市场应用情况如表3-4-1所示。

表3-4-1 各类型进气压力传感器市场应用情况

二、进气压力传感器的结构与原理      

1.压敏电阻式进气压力传感器结构及工作原理

（1）压敏电阻式进气压力传感器的结构

各型汽车用歧管压力传感器的结构大同小异，压敏电阻式进气压力传感器主要由硅膜片、绝对真空室、混合集成电路（混合IC）、真空管接头和线束连接插头等组成，如图3-4-3所示。

图3-4-3 压敏电阻式进气压力传感器结构

（2）压敏电阻式进气压力传感器工作原理

压敏电阻式进气压力传感器如图3-4-3所示，它由压力转换元件和对输出信号进行放大的混合集成电路等构成。压力转换元件是利用半导体压阻效应制成的硅膜片。硅膜片为约3mm的正方形，其中部经光刻腐蚀形成直径约2mm、厚约50pm的薄膜。在膜片表面规定位置有4个应变电阻，以惠斯顿电桥方式连接，如图3-4-4所示。硅膜片的一侧是真空室，另一侧导人进气歧管压力。进气歧管侧的绝对压力(即进气歧管压力）越高，硅膜片的变形量越大，其变形量与压力成正比，膜片上的应变电阻阻值的变化也与硅膜片变形的变化量成正比。这样就可利用惠斯顿电桥将硅膜片的变形转换成电信号。由于压力转换元件输出的电信号很弱，所以需用混合集成电路进行放大后才输出。

图3-4-4 压敏电阻式压力传感器工作原理

当发动机工作时，进气歧管压力随进气流量的变化而变化。当节气门开度增大（即进气流量增大）时，空气流通截面增大，气流速度降低，进气歧管压力升高，膜片应力增大，压敏电阻的阻值变化量增大，电桥输出的电压升高，经混合集成电路放大和处理后，传感器输入电控单元（ECU）的信号电压升高。反之，当节气门开度由大变小（即进气流量减小）时，进气流通截面减小，气流速度升高，进气歧管压力降低，膜片应力减小，压敏电阻的阻值变化量减小，电桥输出电压降低，输入ECU的信号电压降低，如图3-4-5所示。

图3-4-5 压敏电阻式压力传感器信号电压图

2.压敏电阻式进气压力传感器结构及工作原理

（1）电容式进气压力传感器结构

电容式进气压力传感器结构如图3-4-6所示，位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面也均有金属涂层，这样在弹性膜片与两个金属涂层之间形成两个串联的电容。

图3-4-6 电容式进气压力传感器结构

（2）电容式进气压力传感器工作原理

电容式进气压力传感器工作原理是利用电容效应检测进气管绝对压力，获取与压力成正比的电容值信号。将容(压力转换元件)连接到传感器混合集成电路的振荡电路中，传感器能够产生可变频率的信号，与进气歧管的绝对压力成正比。发动机工作时，进气管内的空气压力作用于弹性膜片上，使弹性膜片产生位移，弹性膜片与两个金属涂层之间的距离发生变化，一个距离减小，而另一个距离增大，在弹性膜片与两个金属涂层之间形成的两个电容的电容量也就一个增加，另一个则减小。电容量的变化量与弹性膜片的位移成正比，而弹性膜片的位移取决上、下两个空腔的气体压力，只要弹性膜片上部的空腔为绝对真空，下部空腔通进气管，则可通过检测电容量的变化来检测进气管的绝对压力。电容量的变化量再经过测量电路转换成电压信号输送给ECU，测量电路可以是电容电桥电路或谐振电路等。

一、真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器

（1）真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器结构

真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器结构如图3-4-7所示，主要由膜盒、铁芯、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，膜盒外表压力变化将使其产生膨胀和收缩的变化。置于变压器感应线圈内部的铁心与膜盒联动。

1-真空膜盒；2-感应线圈；3-接进气歧管；4-铁芯

a. 压力大时的工作状态               b.压力小时的工作状态

图3-4-7 真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器结构

（2）真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器原理

感应线圈由两个绕组构成，如图3-4-8所示。一个为一次绕组与振荡电路相连，产生交流电压，在线圈周围产生磁场，另一个为感应绕组，感应绕组有两个二次绕组且两个二次绕组反相串联。

1-铁芯  2-膜盒

图3-4-8 真空膜盒式差动变压器式进气压力传感器感应线圈原理 

当节气门开启时(即发动机有负荷时)，进气歧管内气体的绝对压力增加即真空度减小，真空膜盒被压缩，把动铁芯从中间向一端移动，此时一个线圈产生的感应电动势将大于另一个线圈，经整流滤波后这一电压差即为输出信号电压。负荷越大，铁芯移动距离也越大，两个二次绕组中的电动势相差越大，即输出越大。再将这个随进气歧管压力变化而变化的输出交流电压，经整流滤波后，送至发动机控制单元计算发动机进气量。

二、表面弹性波式进气压力传感器

表面弹性波式进气压力传感器是在一块压电基片上用超声波方法加工出一块薄膜敏感区，上面刻制换能器、(压敏SAW延时线)，换能器与电路组合成为振荡器，如图3-4-9所示。为了提高测量精度，减小补偿温度对荃片的影响，在薄膜敏感区边缘设置另一只性能相同的换能器(温基SAW延时线)。换能器是通过在抛光的压电基片上设置两个金属叉指构成的,若在输入换能叉指上加电信号，便由逆压电效应在基片表面激励起弹性表面波，传播到换能叉指转换成电信号，经放大后反馈到以便保持振荡状态。表面弹性波SAW在两个换能叉指之间的传播时间即是所获得的延迟时间，其大小取决于两换能叉指间的距离。由于导人的进气歧管压力作用于压电基片上，压力变化将在薄膜敏感区产生应变，使换能叉指间的距离发生变化，从而使表面弹性波传播的延迟时间相应变化。这样，根据与延迟时间成反比的振荡频率，即可输出压力信号。

1-气密封；2-印刷电路板；3-温基SAW延时线；4-换能器；5-石英帽；

6-压力敏感膜；7-封物；8-压力器件；9-石英基体

图3-4-9 表面弹性波式进气压力传感器

一、任务准备

1.课前准备

（1）场地设施：装有废气抽排系统和消防设施的场地。

（2）设备设施：2021款丰田卡罗拉轿车一辆。

（3）工量具：常用工具（一套）、车辆故障诊断仪、万用表等。

（4）耗材：车内三件套、车外三件套等。

（5）学生组织：教师指导、分组实训、过程评价。

2.注意事项

（1）在工作过程中要注意人身安全，认真执行7S管理。

（2）在工作过程中请根据操作步骤，规范操作，防止损坏设备和器材。

（3）严格按照工作要求正确使用仪器设备，出现问题及时报告，服从管理。

二、任务实施

1.故障现象

一辆2021款丰田卡罗拉轿车在起动车辆后，发现该车发动机故障指示灯常亮，发动机加速不良。

2.故障原因分析

对进气控制系统进行全面的检测，确认为进气管压力传感器故障。

3.故障诊断与排除

如图3-4-10所示，进气压力传感器与其他部件之间的连接电路。该传感器共有3个端子，其中VCC端子为供电端子（5V左右）、E2端子为搭铁端子、PIM为信号端子。

图3-4-10 进气压力传感器电路

具体检修步骤如下：

（1）数据流读取

用故障诊断仪的“读取数据流”功能检查进气压力传感器的工作情况。选择“读取数据流”功能，读取进气岐管压力传感器的数据流，当冷却液温度大于80℃，发动机怠速时，进气岐管压力传感器的标准值为70kpa，如图3-4-11所示。

图3-4-11 进气压力传感器数据流

（2）供电电压检测

万用表选择20V直流电压档，拔下进气压力传感器线束插头，红表笔接线束端VCC端子，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，将车辆点火开关置于ON档，此时万用表读数应为5V左右，如图3-4-12所示。如果不正常，检查供电线路是否断路或短路，以及ECU是否有故障。

图3-4-12 进气压力传感器供电电压检测

（3）搭铁线检测

万用表选择200欧姆电阻档，拔下进气压力传感器线束插头，红表笔接线束端E2端子，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，将车辆点火开关置于off档，此时万用表读数应为0欧左右，如图3-4-13所示。如果不正常，检查电脑搭铁是否良好、搭铁线路是否断路或短路。

图3-4-13进气压力传感器搭铁线检测

（4）信号线检测

万用表选择20V直流电压档，安插备针于PIM端子，红表笔接PIM端子备针，黑表笔接蓄电池负极可靠搭铁，启动车辆,逐渐踩下加速踏板，信号电压随进气压力增大而增大，信号电压在0到5V之间变化，如图3-4-14所示。

图3-4-14进气压力传感器信号线检测

（5）传感器线路检测

万用表选择200欧姆电阻档，车辆点火开关置于off档，拔下进气压力传感器、ECU线束插头，分别测量ECU线束端E2、PIM、VCC端子与传感器线束端E2、PIM、VCC端子之间的电阻，此时万用表读数应为0.5欧左右，如图3-4-15所示。如果不正常，检查线路是否短路或断路。

图3-4-15进气压力传感器线路检测

1.进气压力传感器的作用是测量进气管压力（真空度），它能将进气歧管内的绝对压力的变化转换成电信号（0~5V），与发动机转速信号一起输入到控制单元（ECU），作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。  

2.进气压力传感器的种类较多，按其信号的产生原理可以分为电压型和频率型两种。电压型又可分为半导体压敏电阻式(电阻应变计式)和膜盒传动可变电感式；频率型可分为电容式和表面弹性波式。其中以半导体压敏电阻式应用最多。

3.压敏电阻式进气压力传感器工作原理：硅膜片的一侧是真空室，另一侧导人进气歧管压力。进气歧管侧的绝对压力(即进气歧管压力）越高，硅膜片的变形量越大，其变形量与压力成正比，膜片上的应变电阻阻值的变化也与硅膜片变形的变化量成正比。这样就可利用惠斯顿电桥将硅膜片的变形转换成电信号。由于压力转换元件输出的电信号很弱，所以需用混合集成电路进行放大后才输出。当发动机工作时，进气歧管压力随进气流量的变化而变化。当节气门开度增大（即进气流量增大）时，空气流通截面增大，气流速度降低，进气歧管压力升高，膜片应力增大，压敏电阻的阻值变化量增大，电桥输出的电压升高，经混合集成电路放大和处理后，传感器输入电控单元（ECU）的信号电压升高。反之电压降低。

4.电容式进气压力传感器工作原理：电容式进气压力传感器工作原理是利用电容效应检测进气管绝对压力。发动机工作时，进气管内的空气压力作用于弹性膜片上，使弹性膜片产生位移，弹性膜片与两个金属涂层之间的距离发生变化，一个距离减小，而另一个距离增大，在弹性膜片与两个金属涂层之间形成的两个电容的电容量也就一个增加，另一个则减小。电容量的变化量与弹性膜片的位移成正比，而弹性膜片的位移取决上、下两个空腔的气体压力，只要弹性膜片上部的空腔为绝对真空，下部空腔通进气管，则可通过检测电容量的变化来检测进气管的绝对压力。电容量的变化量再经过测量电路转换成电压信号输送给ECU，测量电路可以是电容电桥电路或谐振电路等。