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- 電控柴油機(jī)傳感器的結(jié)構(gòu)原理及測(cè)試
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2014/8/28
摘要: 電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)能夠根據(jù)環(huán)境、工況等的變化進(jìn)行自我調(diào)節(jié)和控制, 它主要通過各種傳感器來監(jiān)測(cè)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹溫度傳感器、壓力傳感器和速度位置傳感器這3類傳感器的結(jié)構(gòu)原理及測(cè)試方法。
關(guān)鍵詞: 電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī); 傳感器; 結(jié)構(gòu); 測(cè)試
電控柴油機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制, 它能夠根據(jù)環(huán)境、工況等的變化進(jìn)行自我調(diào)節(jié)和控制, 它主要通過安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛上的各種傳感器來實(shí)施監(jiān)測(cè)當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)。傳感器的好壞直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況, 是電控柴油機(jī)不可缺少的重要元件。
1 傳感器的分類
不同的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型在傳感器類型、規(guī)格型號(hào)和數(shù)量上會(huì)有所不同, 但其結(jié)構(gòu)原理及測(cè)試方法則是相同的。目前電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通常使用的傳感器有: 機(jī)油壓力和溫度傳感器, 進(jìn)氣溫度和壓力傳感器, 冷卻液溫度傳感器, 燃油壓力和溫度傳感器,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器, 發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器, 大氣壓力傳感器等10多種傳感器, 如圖1所示。這些傳感器又可歸類為溫度傳感器、壓力傳感器和速度位置傳感器3類。
這些傳感器廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外電控柴油機(jī)上, 如美國(guó)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī), 國(guó)內(nèi)的濰柴電控柴油機(jī)、上柴電控柴油機(jī)等, 目前國(guó)內(nèi)中重型載貨汽車所用電控柴油機(jī)上的傳感器主要是由德國(guó)博世(BOSCH) 公司和日本電裝公司生產(chǎn)的(與其電控單元相匹配)。下面分別對(duì)這幾類傳感器的結(jié)構(gòu)原理及測(cè)試作一簡(jiǎn)要介紹。
2 溫度傳感器
電控柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的溫度傳感器為二線式熱敏式溫度傳感器, 其外形如圖2所示。隨著溫度的升高, 熱敏電阻的阻值降低, 正常情況下阻值在500Ω～40kΩ之間變化, 表1所示為一個(gè)典型的康明斯溫度傳感器參數(shù), 具體參數(shù)值請(qǐng)參照隨電路圖提供的傳感器技術(shù)參數(shù)表。圖3為溫度傳感器的工作原理圖。隨著溫度的升高, 熱敏電阻值降低, 從而使信號(hào)電壓降低, 根據(jù)溫度傳感器的工作原理, 可以用檢查熱敏電阻阻值的方法檢查溫度傳感器, 通過對(duì)比實(shí)際測(cè)量所得的電阻值和參數(shù)表中的電阻值, 來判斷溫度傳感器是否正常。
具體的測(cè)量方法是: ①先把傳感器從線路中斷開(即拔下接線插頭); ②用萬用表測(cè)量傳感器當(dāng)前溫度下的電阻值。這樣把測(cè)得的電阻值與各發(fā)動(dòng)機(jī)廠所給出的技術(shù)參數(shù)規(guī)范相比較, 即可判斷該溫度傳感器是否工作正常。
發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的溫度傳感器通常包括冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器、燃油溫度傳感器、機(jī)油溫度傳感器, 以及在某些情況下由OEM提供的溫度傳感器等。需要指出的是, 溫度傳感器有時(shí)會(huì)跟壓力傳感器集成到一起形成一個(gè)復(fù)合傳感器, 此時(shí)溫度傳感器的工作原理和檢查方式均沒有變化。復(fù)合傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少系統(tǒng)零件數(shù)量, 同時(shí)也使發(fā)動(dòng)機(jī)線束更簡(jiǎn)單。
3 壓力傳感器
控制系統(tǒng)中典型的壓力傳感器包括機(jī)油壓力傳感器、進(jìn)氣壓力傳感器、燃油壓力傳感器、大氣壓力傳感器, 以及某些情況下OEM安裝的壓力傳感器。天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)通常還安裝有多個(gè)壓力傳感器。
康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)上使用的壓力傳感器有2種: 一種是電容式壓力傳感器; 另外一種是壓電晶體式傳感器。2種傳感器均為3線式, 2根電源線向傳感器提供5V的工作電壓, 1根信號(hào)線向ECU提供壓力信號(hào)電壓。燃油壓力傳感器接線圖和裝配圖如圖4所示。
電容式壓力傳感器通過內(nèi)部的一個(gè)電容來感應(yīng)壓力的變化, 當(dāng)壓力變化時(shí), 壓力差使電容的2個(gè)極板之間的距離發(fā)生變化, 從而輸出一個(gè)信號(hào)電壓。壓電晶體式傳感器通過內(nèi)部一個(gè)壓電晶體來感應(yīng)壓力的變化, 當(dāng)壓力變化時(shí), 作用在壓電晶體上的壓差使壓電晶體輸出一個(gè)信號(hào)電壓。
根據(jù)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)參考?jí)毫Φ牟煌?壓力傳感器又可以分為相對(duì)壓力傳感器和絕對(duì)壓力傳感器2種。相對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)的參考?jí)毫榇髿鈮毫? 因此其測(cè)量大氣壓時(shí)的測(cè)量值為零; 絕對(duì)壓力傳感器測(cè)量壓力時(shí)的參考?jí)毫κ钦婵? 其測(cè)得的壓力值為絕對(duì)壓力。壓力傳感器工作原理如圖5所示。
大部分壓力傳感器無法通過測(cè)量電阻的方式來判斷好壞, 而是需要在壓力傳感器工作時(shí)通過輸出的信號(hào)電壓來判斷。因此在檢測(cè)壓力傳感器時(shí)需要專用的檢測(cè)導(dǎo)線, 保證傳感器正常工作的同時(shí)將3條線引出供檢測(cè), 不同的壓力傳感器需要不同的檢測(cè)導(dǎo)線。圖6為3種不同的壓力傳感器測(cè)試插頭。
不同的壓力傳感器其插頭不同, 所選用的專用測(cè)試導(dǎo)線不同, 但其測(cè)試方法是一樣的。測(cè)試方法是: ①斷開傳感器與線路的插頭; ②選擇正確的測(cè)試導(dǎo)線(即測(cè)試導(dǎo)線插頭與傳感器插頭相同); ③用萬用表在測(cè)試端分別測(cè)出輸入電壓和輸出信號(hào)電壓。把測(cè)得的電壓值分別與發(fā)動(dòng)機(jī)廠給出的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范相比較, 即可判斷該傳感器是否正常。說明: 該測(cè)試必須在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行。
表2為一個(gè)機(jī)油壓力傳感器在不同的機(jī)油壓力時(shí)的輸出信號(hào)電壓值。具體在測(cè)量壓力傳感器時(shí),請(qǐng)參考電路圖上壓力傳感器參數(shù)表。
如前所述, 為了減少零件數(shù)目和使發(fā)動(dòng)機(jī)線束
更簡(jiǎn)單, 有些系統(tǒng)將溫度傳感器和壓力傳感器集成到一個(gè)傳感器中, 比如測(cè)量進(jìn)氣壓力和溫度的進(jìn)氣壓力/溫度復(fù)合傳感器, 測(cè)量機(jī)油壓力和溫度的機(jī)油壓力/溫度復(fù)合傳感器等。
和其他輸入設(shè)備一樣, 壓力傳感器的工作電壓為5V, 由ECU提供。常用的壓力傳感器如圖7所示。
4 速度與位置傳感器
速度與位置傳感器是電控發(fā)動(dòng)機(jī)上用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度和凸輪軸位置的傳感器。常用的有2種不同形式的速度傳感器: 磁繞組(VR) 式和霍爾效應(yīng)式, 如圖8所示。
4.1 磁繞組(VR) 式速度傳感器
磁繞組(VR) 式速度傳感器內(nèi)部有一電磁鐵心和磁線繞組, 電磁鐵心產(chǎn)生電磁場(chǎng), 速度信號(hào)輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)切割磁場(chǎng), 在磁線繞組上產(chǎn)生交流信號(hào),ECU通過計(jì)量交流信號(hào)的頻率即可計(jì)算出信號(hào)輪的轉(zhuǎn)速。其工作原理如圖9所示。
磁繞組式的速度傳感器可以通過測(cè)量電阻值來檢查其工作是否正常, 具體請(qǐng)參考隨電路圖提供的傳感器數(shù)據(jù)表。有些磁繞組式速度傳感器內(nèi)部有2組繞組, 這兩組繞組的功能是一樣的, 其中一組用于另外一組失效時(shí)的備用。其測(cè)試方法與溫度傳感器的測(cè)試方法相同。
4.2 霍爾效應(yīng)式速度傳感器
霍爾效應(yīng)式速度傳感器內(nèi)部有一特殊半導(dǎo)體,在金屬物體接近此半導(dǎo)體時(shí)其電阻值會(huì)發(fā)生變化,通過傳感器內(nèi)部電路輸出信號(hào)電壓。與磁繞組式速度傳感器輸出的模擬信號(hào)相比, 霍爾效應(yīng)式速度傳感器輸出的是更精確的數(shù)字信號(hào), 因此越來越多的機(jī)型開始采用霍爾效應(yīng)式速度傳感器和位置傳感器。其工作原理如圖10所示。
霍爾效應(yīng)式的速度和位置傳感器無法通過測(cè)量電阻來檢測(cè), 可以用通過盤轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量其輸出信號(hào)電壓的方法來判斷其工作的好壞。在盤轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí), 正常工作的霍爾效應(yīng)式速度傳感器的輸出電壓在0V和5V之間切換(0V和5V為名義電壓, 實(shí)測(cè)電壓值一般比0V稍高, 比5V稍低)。其測(cè)試方法與壓力傳感器的測(cè)試方法相同。
在速度信號(hào)輪上做出一個(gè)異形的輪齒或其他的標(biāo)記, 速度傳感器即可測(cè)量出曲軸或凸輪軸的位置, 所以速度傳感器也可以是發(fā)動(dòng)機(jī)位置傳感器。
通常將安裝在凸輪軸上的傳感器稱為位置傳感器,安裝在曲軸上的傳感器稱為速度傳感器。
5 總結(jié)
總之, 了解各種傳感器的結(jié)構(gòu)原理是電控柴油機(jī)故障診斷與維修的重要基礎(chǔ), 利用萬用表等測(cè)試工具對(duì)各種傳感器的工作參數(shù)進(jìn)行測(cè)試是進(jìn)一步判明電控柴油機(jī)故障的一項(xiàng)重要工作, 是電控柴油機(jī)進(jìn)行故障診斷與維修的一項(xiàng)基本技能。（作者：周新勇）
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