论文部分内容阅读
摘要：由于传统柴油机采用机械式供油系统，供油正时及供油量不够精确，电喷柴油机利用ECU收集布置在发动机各个位置的传感器信号，进行修正计算最终确定最佳喷油时刻及时长，有效满足了当今社会节能减排的要求。
关键词：ECU；传感器；喷油时刻；节能减排
中图分类号TE08： 文献标识码： A
柴油机机械式供油系统中，凸轮驱动柱塞往复运动产生高压油，供油量的控制依靠柱塞的转动从而改变柱塞有效供油行程，机械离心式供油提前角自动调节器依据转速进行喷油正时。由于机械控制缺乏精度，加之节能减排的要求，电控柴油机开始普及。
电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。曲轴位置（凸轮轴位置）、油门踏板位置、进气温度、进气压力、冷却液温度等传感器，将实时发生的数据传送至ECU，与已储存的设定参数值或参数图谱进行比较，ECU通過分析处理计算得出最佳目标值，同时把指令送到执行器，执行器依据ECU传达的指令控制喷油正时和喷油量。或者简单理解为ECU根据转速传感器和加速踏板位置传感器的输入信号计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，确定最佳喷油量；喷油时刻主要是由曲轴位置传感器进行控制，凸轮轴位置传感器进行辅助校正。本文将逐一对各传感器在柴油机上的位置、结构形式、工作原理以及检测方法进行介绍。
1．曲轴位置及转速传感器
1.1 安装位置：一般安装在曲轴端部飞轮壳上或正时罩盖上
1.2 结构形式：常见结构形式有磁电型和霍尔型两种[1]。
1.3 工作原理
⑴磁电型：利用齿轮或具有等间隔的凸起部位的圆盘在旋转过程中引起感应线圈产生与转角位置和转速相关的脉冲电压信号, 经整形后变为时序脉冲信号, 通过计算机计算处理来确定曲轴转角位置及其转速。
⑵霍尔型：控制电流I流经霍尔基片,当旋转叶轮缺口对准永久磁铁和霍尔基片时，磁力线通过霍尔基片，则在垂直于电流I和磁场B的方向产生霍尔电压,经放大器放大输出电压为5V。
1.4 检测方法：首先判断传感器的类型，对于霍尔型传感器，其外接插头一般由三根线组成，而磁电型传感器外接插头一般由两根线组成（若三根线，其中一根为屏蔽线，与其它两根绝缘），根据其工作原理，我们可以利用万用表检验其是否正常工作。磁电型传感器会产生一个微弱的交变电压信号（示波器），感应线圈的阻值在800～1200Ω左右；霍尔型传感器的检测需要进行在线检测，首先确定是否有电压供给传感器，确认有电压输入后，启动发动机，在信号线和地线之间会产生0V与5V交替的矩形波。
2.凸轮轴位置传感器
2.1 安装位置：安装在高压泵壳体上。
2.2 常见机构形式有磁电型和霍尔型两种，工作原理和检测方法已作介绍。
3.冷却液温度传感器
3.1 安装位置：发动机水箱出水口处。
3.2 结构形式：目前普遍使用的是热敏电阻式。
3.3 工作原理：冷却液温度传感器（水温传感器），常用一个铜壳与需要测量的介质接触,壳内装有热敏电阻。一般金属热敏电阻的阻值随温度升高而增加, 具有正温度系数。与此相反, 由半导体材料（通常是硅) 制成的传感器具有负温度系数, 其电阻值随温度升高而降低。实际应用中，水温传感器通装在发动机冷却水箱出水口或上水管处，其输出与冷却液温度成比例的直流电压作为修正点火提前角的依据，发动机冷却液温度传感器一般采用负温度系数热敏电阻特性。
3.4 检测方法：简单的方法是将水温传感器从发动机上卸下，然后放到加热杯里进行加热(注意别淹没插头部分)，用万用表的电阻档进行检测（档位处于2K位置），当温度升高时，其阻值呈现逐渐变小的趋势，也可根据标准值进行准确检测。如果没有变化，则证明其不能正常工作。
4.增压进气温度传感器
4.1 安装位置：中冷器后进气歧管上。
4.2 增压进气温度传感器结构形式、工作原理以及检测方法与水温传感器基本一致。
5.增压压力传感器
5.1 安装位置：与增压进气温度传感器相同（或附近）。
5.2 结构形式：常见结构形式为压阻应变式(真空传感器)。它是由压力转换原件应变电阻和对输出信号进行放大的集成电路组成[2]，为压阻应变式压力传感器原理结构图，它实际上是一个由硅杯组成的半导体应变元件，硅杯的一端通大气,另一端接发动机进气管。硅杯的主要部位为一个很薄的(3μm )硅片,外围较厚(约250μm ),中部最薄，硅片上、下两面各有一层二氧化硅膜。在膜层中,沿硅片四周有四个应变电阻。在硅片四角各有一个金属块通过导线与应变电阻相连。在硅片底部粘贴了一块硼硅酸玻璃片,使硅膜中部形成一个真空窗以感应压力。使用时,用橡胶或塑料管将发动机吸气歧管的真空负压连接到真空窗口(真空室)即可。
5.3 工作原理：传感器的四个电阻连接成桥形电路,无变形时将电桥调到平衡状态。当硅杯2中硅膜片1受真空负压弯曲时,引起电阻值的变化,其中1和4的阻值增加,2和3的阻值等量减小,使电桥失去平衡,从而在ab 端形成电势差，变形与压力变化成正比,故可作为发动机的负荷信号。
5.4检测方法
情况1：进气压力传感器独立布置。必须进行在线检测，点火开关处于ON位置，首先确定其外界插头的地线，然后确定其火线接头，两者之间电压值约为5V，然后利用万用表红黑表笔测量其信号线和地线之间电压，观察其怠速情况下的电压值是否符合维修手册标准，踩下油门，观察其信号电压值是否变化，如有变化，说明其性能良好，否则需进行更换维修。
情况2：进气压力传感器与进气温度传感器一体的集成传感器. 进气压力与进气温度集成传感器外接端共有四个接头，进气压力传感器与进气温度传感器公用地线（17），地线的确定很容易实现（利用万用表的通断档测量实现），根据进气温度传感器的阻值确定进气温度传感器的信号线（15），接下来其压力传感器性能判定的方法与情况1大致相同。
6.油门踏板传感器
6.1 安装位置：油门踏板（加速踏板）处，
6.2结构形式：常见有滑动变阻器式和霍尔式两种[3]。
6.3 工作原理
（1）滑动变阻器式：当驾驶员踩动加速踏板时，K30和K09之间的电阻值发生变化，进而信号线K09传送至ECU的电压信号值发生变化，电压值大小与油门位置成比例变化，ECU根据信号电压值与设定参考值进行比照计算出喷油量。一般情况下，在油门踏板位置安装有两个油门踏板传感器，目的是利于比对校正，当其中某一传感器出现故障时，另外一个传感器可以继续发挥作用。
（2）霍尔式：EAP与VCPA间输入电压值为5V左右，EAP端为火线，即电压输入端；VCPA为零线，因此霍尔元件有电流通过，永磁铁以油门踏板为轴进行旋转，使得垂直通过霍尔元件的磁通量发生变化，EPA端作为信号输出端子，输出霍尔电压，其电压值在0～5V之间变化，每一个油门位置对应唯一电压值，ECU根据电压值确定计算喷油量。
6.4检测方法
（1）滑动变阻器式:首先进行传感器电压值测量，关闭点火开关，拔下加速踏板传感器插头，点火开关处于ON位置，1端和2端与搭铁之间的电压值为5V左右，3端和5端与打铁之间的电压值应为0V；然后进行传感器电阻值测量，关闭点火开关，拔下加速踏板传感器插头，分别测量3端与4端、5端与6端之间的阻值，在踩下加速踏板的同时，阻值应呈连续线性变化。
（2）霍尔式:霍尔式油门位置传感器必须进行在线测量，点火开关处于ON位置.利用万用表测量。测量ECU连接端子VCPA和EPA，VCPA2和EPA2之间的电压，电压标准值为5V。测量传感器端子VPA和EPA、VPA2和EPA2之间的电压，在踩下加速踏板的同时，其电压值应大致在0～5V之间呈连续正弦变化[4]。
本文仅对电喷柴油机的主要传感器从安装位置、结构形式、工作原理三个方面做了简单介绍，同时依据各传感器的工作原理和信号特性，讲解了如何利用万用表和示波器对其性能进行初步判断的操作方法，文中不当之处在所难免，望大家见谅并指正。
参考文献
[1]张建民.传感器在汽车发动机上的典型应用[J].MECHATRONICS，1997，2：21-23
[2]郭绍俊.发动机进气增压压力传感器故障的处理[J].工程机械与维修，2012，2：133
[3]龚文资.电控汽油发动机传感器故障的综合分析与检修[J].小型内燃机与摩托车，2012，41：91-92
[4]韦浩群.加速踏板传感器的应用原理及故障分析[J].广西轻工业，2011，8：82-84
关键词：ECU；传感器；喷油时刻；节能减排
中图分类号TE08： 文献标识码： A
柴油机机械式供油系统中，凸轮驱动柱塞往复运动产生高压油，供油量的控制依靠柱塞的转动从而改变柱塞有效供油行程，机械离心式供油提前角自动调节器依据转速进行喷油正时。由于机械控制缺乏精度，加之节能减排的要求，电控柴油机开始普及。
电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。曲轴位置（凸轮轴位置）、油门踏板位置、进气温度、进气压力、冷却液温度等传感器，将实时发生的数据传送至ECU，与已储存的设定参数值或参数图谱进行比较，ECU通過分析处理计算得出最佳目标值，同时把指令送到执行器，执行器依据ECU传达的指令控制喷油正时和喷油量。或者简单理解为ECU根据转速传感器和加速踏板位置传感器的输入信号计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，确定最佳喷油量；喷油时刻主要是由曲轴位置传感器进行控制，凸轮轴位置传感器进行辅助校正。本文将逐一对各传感器在柴油机上的位置、结构形式、工作原理以及检测方法进行介绍。
1．曲轴位置及转速传感器
1.1 安装位置：一般安装在曲轴端部飞轮壳上或正时罩盖上
1.2 结构形式：常见结构形式有磁电型和霍尔型两种[1]。
1.3 工作原理
⑴磁电型：利用齿轮或具有等间隔的凸起部位的圆盘在旋转过程中引起感应线圈产生与转角位置和转速相关的脉冲电压信号, 经整形后变为时序脉冲信号, 通过计算机计算处理来确定曲轴转角位置及其转速。
⑵霍尔型：控制电流I流经霍尔基片,当旋转叶轮缺口对准永久磁铁和霍尔基片时，磁力线通过霍尔基片，则在垂直于电流I和磁场B的方向产生霍尔电压,经放大器放大输出电压为5V。
1.4 检测方法：首先判断传感器的类型，对于霍尔型传感器，其外接插头一般由三根线组成，而磁电型传感器外接插头一般由两根线组成（若三根线，其中一根为屏蔽线，与其它两根绝缘），根据其工作原理，我们可以利用万用表检验其是否正常工作。磁电型传感器会产生一个微弱的交变电压信号（示波器），感应线圈的阻值在800～1200Ω左右；霍尔型传感器的检测需要进行在线检测，首先确定是否有电压供给传感器，确认有电压输入后，启动发动机，在信号线和地线之间会产生0V与5V交替的矩形波。
2.凸轮轴位置传感器
2.1 安装位置：安装在高压泵壳体上。
2.2 常见机构形式有磁电型和霍尔型两种，工作原理和检测方法已作介绍。
3.冷却液温度传感器
3.1 安装位置：发动机水箱出水口处。
3.2 结构形式：目前普遍使用的是热敏电阻式。
3.3 工作原理：冷却液温度传感器（水温传感器），常用一个铜壳与需要测量的介质接触,壳内装有热敏电阻。一般金属热敏电阻的阻值随温度升高而增加, 具有正温度系数。与此相反, 由半导体材料（通常是硅) 制成的传感器具有负温度系数, 其电阻值随温度升高而降低。实际应用中，水温传感器通装在发动机冷却水箱出水口或上水管处，其输出与冷却液温度成比例的直流电压作为修正点火提前角的依据，发动机冷却液温度传感器一般采用负温度系数热敏电阻特性。
3.4 检测方法：简单的方法是将水温传感器从发动机上卸下，然后放到加热杯里进行加热(注意别淹没插头部分)，用万用表的电阻档进行检测（档位处于2K位置），当温度升高时，其阻值呈现逐渐变小的趋势，也可根据标准值进行准确检测。如果没有变化，则证明其不能正常工作。
4.增压进气温度传感器
4.1 安装位置：中冷器后进气歧管上。
4.2 增压进气温度传感器结构形式、工作原理以及检测方法与水温传感器基本一致。
5.增压压力传感器
5.1 安装位置：与增压进气温度传感器相同（或附近）。
5.2 结构形式：常见结构形式为压阻应变式(真空传感器)。它是由压力转换原件应变电阻和对输出信号进行放大的集成电路组成[2]，为压阻应变式压力传感器原理结构图，它实际上是一个由硅杯组成的半导体应变元件，硅杯的一端通大气,另一端接发动机进气管。硅杯的主要部位为一个很薄的(3μm )硅片,外围较厚(约250μm ),中部最薄，硅片上、下两面各有一层二氧化硅膜。在膜层中,沿硅片四周有四个应变电阻。在硅片四角各有一个金属块通过导线与应变电阻相连。在硅片底部粘贴了一块硼硅酸玻璃片,使硅膜中部形成一个真空窗以感应压力。使用时,用橡胶或塑料管将发动机吸气歧管的真空负压连接到真空窗口(真空室)即可。
5.3 工作原理：传感器的四个电阻连接成桥形电路,无变形时将电桥调到平衡状态。当硅杯2中硅膜片1受真空负压弯曲时,引起电阻值的变化,其中1和4的阻值增加,2和3的阻值等量减小,使电桥失去平衡,从而在ab 端形成电势差，变形与压力变化成正比,故可作为发动机的负荷信号。
5.4检测方法
情况1：进气压力传感器独立布置。必须进行在线检测，点火开关处于ON位置，首先确定其外界插头的地线，然后确定其火线接头，两者之间电压值约为5V，然后利用万用表红黑表笔测量其信号线和地线之间电压，观察其怠速情况下的电压值是否符合维修手册标准，踩下油门，观察其信号电压值是否变化，如有变化，说明其性能良好，否则需进行更换维修。
情况2：进气压力传感器与进气温度传感器一体的集成传感器. 进气压力与进气温度集成传感器外接端共有四个接头，进气压力传感器与进气温度传感器公用地线（17），地线的确定很容易实现（利用万用表的通断档测量实现），根据进气温度传感器的阻值确定进气温度传感器的信号线（15），接下来其压力传感器性能判定的方法与情况1大致相同。
6.油门踏板传感器
6.1 安装位置：油门踏板（加速踏板）处，
6.2结构形式：常见有滑动变阻器式和霍尔式两种[3]。
6.3 工作原理
（1）滑动变阻器式：当驾驶员踩动加速踏板时，K30和K09之间的电阻值发生变化，进而信号线K09传送至ECU的电压信号值发生变化，电压值大小与油门位置成比例变化，ECU根据信号电压值与设定参考值进行比照计算出喷油量。一般情况下，在油门踏板位置安装有两个油门踏板传感器，目的是利于比对校正，当其中某一传感器出现故障时，另外一个传感器可以继续发挥作用。
（2）霍尔式：EAP与VCPA间输入电压值为5V左右，EAP端为火线，即电压输入端；VCPA为零线，因此霍尔元件有电流通过，永磁铁以油门踏板为轴进行旋转，使得垂直通过霍尔元件的磁通量发生变化，EPA端作为信号输出端子，输出霍尔电压，其电压值在0～5V之间变化，每一个油门位置对应唯一电压值，ECU根据电压值确定计算喷油量。
6.4检测方法
（1）滑动变阻器式:首先进行传感器电压值测量，关闭点火开关，拔下加速踏板传感器插头，点火开关处于ON位置，1端和2端与搭铁之间的电压值为5V左右，3端和5端与打铁之间的电压值应为0V；然后进行传感器电阻值测量，关闭点火开关，拔下加速踏板传感器插头，分别测量3端与4端、5端与6端之间的阻值，在踩下加速踏板的同时，阻值应呈连续线性变化。
（2）霍尔式:霍尔式油门位置传感器必须进行在线测量，点火开关处于ON位置.利用万用表测量。测量ECU连接端子VCPA和EPA，VCPA2和EPA2之间的电压，电压标准值为5V。测量传感器端子VPA和EPA、VPA2和EPA2之间的电压，在踩下加速踏板的同时，其电压值应大致在0～5V之间呈连续正弦变化[4]。
本文仅对电喷柴油机的主要传感器从安装位置、结构形式、工作原理三个方面做了简单介绍，同时依据各传感器的工作原理和信号特性，讲解了如何利用万用表和示波器对其性能进行初步判断的操作方法，文中不当之处在所难免，望大家见谅并指正。
参考文献
[1]张建民.传感器在汽车发动机上的典型应用[J].MECHATRONICS，1997，2：21-23
[2]郭绍俊.发动机进气增压压力传感器故障的处理[J].工程机械与维修，2012，2：133
[3]龚文资.电控汽油发动机传感器故障的综合分析与检修[J].小型内燃机与摩托车，2012，41：91-92
[4]韦浩群.加速踏板传感器的应用原理及故障分析[J].广西轻工业，2011，8：82-84