关键词: 电控柴油发动机;传感器; 结构; 测试

电控柴油机可实现自动控制, 它能够根据环境、工况等的变化进行自我调节和控制, 它主要通过安装在发动机和车辆上的各种传感器来实施监测当前的运行参数。传感器的好坏直接影响着发动机的工作状况, 是电控柴油机不可缺少的重要元件。

1 传感器的分类

不同的发动机机型在传感器类型、规格型号和数量上会有所不同, 但其结构原理及测试方法则是相同的。目前电控柴油发动机通常使用的传感器有: 机油压力和温度传感器, 进气温度和压力传感器, 冷却液温度传感器, 燃油压力和温度传感器,发动机转速传感器, 发动机位置传感器, 大气压力传感器等10多种传感器, 如图1所示。这些传感器又可归类为温度传感器、压力传感器和速度位置传感器3类。

这些传感器广泛应用于国内外电控柴油机上, 如美国康明斯发动机, 国内的潍柴电控柴油机、上柴电控柴油机等, 目前国内中重型载货汽车所用电控柴油机上的传感器主要是由德国博世(bosch) 公司和日本电装公司生产的(与其电控单元相匹配)。下面分别对这几类传感器的结构原理及测试作一简要介绍。

2 温度传感器

电控柴油发动机上使用的温度传感器为二线式热敏式温度传感器, 其外形如图2所示。随着温度的升高, 热敏电阻的阻值降低, 正常情况下阻值在500ω～40kω之间变化, 表1所示为一个典型的康明斯温度传感器参数, 具体参数值请参照随电路图提供的传感器技术参数表。图3为温度传感器的工作原理图。随着温度的升高, 热敏电阻值降低, 从而使信号电压降低, 根据温度传感器的工作原理, 可以用检查热敏电阻阻值的方法检查温度传感器, 通过对比实际测量所得的电阻值和参数表中的电阻值, 来判断温度传感器是否正常。

具体的测量方法是: ①先把传感器从线路中断开(即拔下接线插头); ②用万用表测量传感器当前温度下的电阻值。这样把测得的电阻值与各发动机厂所给出的技术参数规范相比较, 即可判断该温度传感器是否工作正常。

发动机上使用的温度传感器通常包括冷却液温度传感器、进气温度传感器、燃油温度传感器、机油温度传感器, 以及在某些情况下由oem提供的温度传感器等。需要指出的是, 温度传感器有时会跟压力传感器集成到一起形成一个复合传感器, 此时温度传感器的工作原理和检查方式均没有变化。复合传感器的优点在于可以减少系统零件数量, 同时也使发动机线束更简单。

3 压力传感器

控制系统中典型的压力传感器包括机油压力传感器、进气压力传感器、燃油压力传感器、大气压力传感器, 以及某些情况下oem安装的压力传感器。天然气发动机通常还安装有多个压力传感器。

康明斯发动机上使用的压力传感器有2种: 一种是电容式压力传感器; 另外一种是压电晶体式传感器。2种传感器均为3线式, 2根电源线向传感器提供5v的工作电压, 1根信号线向ecu提供压力信号电压。燃油压力传感器接线图和装配图如图4所示。

电容式压力传感器通过内部的一个电容来感应压力的变化, 当压力变化时, 压力差使电容的2个极板之间的距离发生变化, 从而输出一个信号电压。压电晶体式传感器通过内部一个压电晶体来感应压力的变化, 当压力变化时, 作用在压电晶体上的压差使压电晶体输出一个信号电压。

根据压力传感器测量压力时参考压力的不同,压力传感器又可以分为相对压力传感器和绝对压力传感器2种。相对压力传感器测量压力时的参考压力为大气压力, 因此其测量大气压时的测量值为零; 绝对压力传感器测量压力时的参考压力是真空, 其测得的压力值为绝对压力。压力传感器工作原理如图5所示。

大部分压力传感器无法通过测量电阻的方式来判断好坏, 而是需要在压力传感器工作时通过输出的信号电压来判断。因此在检测压力传感器时需要专用的检测导线, 保证传感器正常工作的同时将3条线引出供检测, 不同的压力传感器需要不同的检测导线。图6为3种不同的压力传感器测试插头。

不同的压力传感器其插头不同, 所选用的专用测试导线不同, 但其测试方法是一样的。测试方法是: ①断开传感器与线路的插头; ②选择正确的测试导线(即测试导线插头与传感器插头相同); ③用万用表在测试端分别测出输入电压和输出信号电压。把测得的电压值分别与发动机厂给出的标准技术规范相比较, 即可判断该传感器是否正常。说明: 该测试必须在发动机运行状态下进行。

表2为一个机油压力传感器在不同的机油压力时的输出信号电压值。具体在测量压力传感器时,请参考电路图上压力传感器参数表。

如前所述, 为了减少零件数目和使发动机线束

更简单, 有些系统将温度传感器和压力传感器集成到一个传感器中, 比如测量进气压力和温度的进气压力/温度复合传感器, 测量机油压力和温度的机油压力/温度复合传感器等。

和其他输入设备一样, 压力传感器的工作电压为5v, 由ecu提供。常用的压力传感器如图7所示。

4 速度与位置传感器

速度与位置传感器是电控发动机上用于检测发动机运行速度和凸轮轴位置的传感器。常用的有2种不同形式的速度传感器: 磁绕组(vr) 式和霍尔效应式, 如图8所示。

4.1 磁绕组(vr) 式速度传感器

磁绕组(vr) 式速度传感器内部有一电磁铁心和磁线绕组, 电磁铁心产生电磁场, 速度信号轮在旋转时切割磁场, 在磁线绕组上产生交流信号,ecu通过计量交流信号的频率即可计算出信号轮的转速。其工作原理如图9所示。

磁绕组式的速度传感器可以通过测量电阻值来检查其工作是否正常, 具体请参考随电路图提供的传感器数据表。有些磁绕组式速度传感器内部有2组绕组, 这两组绕组的功能是一样的, 其中一组用于另外一组失效时的备用。其测试方法与温度传感器的测试方法相同。

4.2 霍尔效应式速度传感器

霍尔效应式速度传感器内部有一特殊半导体,在金属物体接近此半导体时其电阻值会发生变化,通过传感器内部电路输出信号电压。与磁绕组式速度传感器输出的模拟信号相比, 霍尔效应式速度传感器输出的是更精确的数字信号, 因此越来越多的机型开始采用霍尔效应式速度传感器和位置传感器。其工作原理如图10所示。

霍尔效应式的速度和位置传感器无法通过测量电阻来检测, 可以用通过盘转发动机测量其输出信号电压的方法来判断其工作的好坏。在盘转发动机时, 正常工作的霍尔效应式速度传感器的输出电压在0v和5v之间切换(0v和5v为名义电压, 实测电压值一般比0v稍高, 比5v稍低)。其测试方法与压力传感器的测试方法相同。

在速度信号轮上做出一个异形的轮齿或其他的标记, 速度传感器即可测量出曲轴或凸轮轴的位置, 所以速度传感器也可以是发动机位置传感器。

通常将安装在凸轮轴上的传感器称为位置传感器,安装在曲轴上的传感器称为速度传感器。

5 总结

总之, 了解各种传感器的结构原理是电控柴油机故障诊断与维修的重要基础, 利用万用表等测试工具对各种传感器的工作参数进行测试是进一步判明电控柴油机故障的一项重要工作, 是电控柴油机进行故障诊断与维修的一项基本技能。（作者：周新勇）