电控柴油发动机常用传感器类型 结构工作原理.docx
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电控柴油发动机常用传感器类型结构工作原理
任务一电控柴油发动机常用传感器
学习目标
知识目标
1.了解电控柴油发动机常用传感器类型、结构、工作原理；
2.能根据要求完成各个传感器检修的学习。
技能目标
1.能掌握各个传感器的检测步骤；
2.能根据实际情况，正确判断各个传感器的好坏。
素养目标
1.能够与小组其他成员进行有效的沟通与合作；
2.操作过程中能遵守安全操作规范和7S现场管理要求。
一、温度传感器
（一）温度传感器的类型
汽车使用的温度传感器有四种类型：
热敏电阻式温度传感器、热敏铁氧体温度传感器、石蜡式温度传感器和双金属片式温度传感器。
大多数温度传感器使用热敏电阻式温度传感器。
热敏电阻式温度传感器是用陶瓷半导体材料掺入适量氧化物，根据所需要的形状，在高温下烧结而成的温度系数很大的电阻体制成。
在工作范围内，按陶瓷半导体的电阻与温度的特性关系，热敏电阻可以分成三种类型。
如图6-4-1所示
（1）负温度系数热敏电阻（NTC），在工作范围内，其电阻值随温度的升高而减小的电阻。
（2）正温度系数热敏电阻（PTC），在工作范围内，其电阻值随温度的升高而增加的
电阻。
（3）临界温度热敏电阻（CTR），在临界温度时，其阻值发生锐变的叫做临界温度热敏电阻。
图6-4-1热敏电阻的温度特性
（二）冷却液温度传感器的作用
冷却液温度传感器的作用是用来检测发动机的工作温度，向ECU输入冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火正时的修正信号。
当发动机冷机工作时，ECU根据此信号增加燃油喷射以提高操纵性能。
（三）冷却液温度传感器的安装位置
冷却液温度传感器一般安装在发动机缸体、缸盖的水套或节温器内并伸入水套中，与冷却水接触。
如图6-4-2所示。
图6-4-2冷却液温度传感器安装于
发动机出水管处
（四）冷却液温度传感器的工作原理
发动机冷却液温度传感器即水温传感器大多用负温度系数热敏电阻制成，它具有负温度系数。
水温低时，电阻值大，水温高时，电阻值小。
水温传感器的结构和特性如图6-4-3所示。
图6-4-3水温传感器的结构与特性
水温传感器接头有两端子与ECU连结，其中一条是信号线，输出电压随热敏电阻值的变化而变化，ECU根据电压的变化测得发动机的水温；另一根是地线，如图6-4-4所示。
图6-4-4水温传感器与ECU的连接电路
（五）冷却液温度传感器检测实施步骤
1、就车检测冷却液温度传感器
（1）点火开关打到”OFF”，拔下传感器接插件，将点火开关打到”ON”，测量传感器接插件1脚与搭铁间电压是否在4.9V～5.1V范围内。
如果测量结果不正确，则应检查电瓶是否供电正常，或出现了ECU输出电压不正常的状况，或线束出现断路或接触不良等状况。
测量传感器电阻，并记录；
（2）测量传感器接插件2脚与搭铁之间是否导通，如果不导通则应检查线束是否断路或接触不良；
（3）点火开关打到”OFF”，插上传感器接插件，拔下ECU上的A端线束接插件，找到对应的A58与A41，测量它们之间的传感器电阻，若测得结果与步骤1测得结果偏差较大，则说明线束出现故障的可能性较大。
根据当时的温度情况查找传感器电阻温度对照表，若实测的电阻值与理论值出入较大，则传感器出故障的可能性较大！
（六）电阻法测量温度传感器
1、拆下冷却液温度传感器
关闭点火开关，冷却发动机5min，排放冷却液，拔下冷却液温度传感器导线连接器，然后用19#的梅花扳手将冷却液温度传感器，从发动机出水管上拆下。
2、装配实验装备
把传感器置于传感器固定架上，并把其放置于烧杯中；把烧杯安置在支架上往烧杯内加水，水刚好满至传感器安装螺母下线合适。
在烧杯中放置一支温度计。
用酒精灯加热杯中的水，让其受热。
3、测量冷却液温度传感器的电阻
用导线将传感器与万用表表笔连接良好，使用欧姆KΩ档，观察温度计和万用表的读数变化：
随着温度逐渐升高，所显示的电阻值下降，冷却液温度传感器的电阻值与温度的高低成反比。
不符合，应更换冷却液温度传感器。
冷却水（燃油）温度传感器温度与阻止的对应关系见下表：
温度t
阻值R
温度t
阻值R
温度t
阻值R
（℃）
（kΩ）
（℃）
（kΩ）
（℃）
（kΩ）
-40
40.49～50.14
25
1.94～2.17
90
0.24～0.25
-30
23.58～28.65
30
1.62～1.80
100
0.18～0.19
-20
14.10～16.83
40
1.12～1.23
110
0.14～0.15
-10
8.64～10.15
50
0.80～0.87
120
0.11～0.12
0
5.47～6.23
60
0.57～0.62
130
0.086～0.093
10
3.54～4.04
70
0.42～0.45
140
0.068～0.074
20
2.35～2.65
80
0.31～0.33
4、检测后恢复设备
测量完毕，将温度计拿出，熄灭酒精灯，关闭万用表，待水温冷却后，将传感器拿出，重新安装到车上，注意安装密封胶或密封圈，加注冷却液。
工作页一温度传感器的检测
任务描述
一台康明斯发动机冷启动困难，初步判断为发动机冷却液传感器工作不正常所致。
要求就车对发动机冷却液传感器进行检测，并正确描述其功能与工作原理，同时能够举一反三对汽车上其他温度传感器进行检测。
学习目标
（1）了解各种温度传感器的结构和工作原理；
（2）掌握冷却温度传感器检测方法
（3）能够分析测量数据。
学习准备
（1）安全检查
（2）熟悉相关操作流程
（2）学习发动机温度传感器的相关知识
（4）教学设备：
教学台架：
康明斯发动机电控实训台
教学整车：
小松挖掘机
工具准备：
钳子、螺丝刀、扳手、试电笔、万用表教学用解剖冷却液温度传感器，测量用冷却液传感器。
材料准备：
相关电路图、学习工作页等相关资料
温度传感器的检测作业工单
任务名称
水温传感器的检修
学时
3
班级
学生姓名
学生组号
任务成绩
实训设备
实训场地
日期
客户任务
1、水温传感器的检测
2、数据分析
任务目的
学会对各种温度传感器的检测
一、资讯
1、冷却液温度传感器（俗称）的功用是检测发动机，向ECU输入温度信号，作为和的控制信号，同时也向其它控制系统的提供冷却液温度信号。
2、进气温度传感器的作用是检测，向ECU输入进气温度信号，作为和的控制信号。
3、负温度系数热敏电阻温度传感器其特点是测量点的温度越高，传感器的电阻值，输出电压信号。
在测量中精度比正负温度系数热敏电阻温度传感器要高。
二、计划与决策
请根据任务要求，确定所需要的检测仪器、工具，制定详细的作业计划。
1、需要的检测仪器、工具和设备
2、作业计划
3、作业中的注意事项
三、实施
1、端子认知
端子号
导线颜色
端子功能
1
2
3
4
2、冷却液温度传感器单体检查
序号
检测项目
检测方法
测量值
标准值
1
2
3
3、示波器检测法
请将测量波形对照标准波形进行分析
四、检查与评估
1．请根据自己任务完成的情况，对自己的工作进行自我评估，并提出改进意见。
2．教师对小组工作情况进行评估，并进行点评。
3．成绩评定：
小组对本人的评定：
教师对小组的评定：
学生本次任务成绩：
五、任务拓展
设计进气温度传感器的检修步骤
二、压力传感器
（一）增压压力传感器
1、压力传感器类型
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。
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，1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，1根为传感器搭铁线。
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，因此其测量大气时的测量值为零；绝对压力传感器测量压时的参考压力是真空，其测得的压力值为绝对压力。
2、压力传感器工作原理
进气压力传感器主要由硅片、真空室和电路组成，硅片由于受到进气压力作用而变形，引起电阻值的变化，从而导致其输出的电压发生变化，压力上升时，输出电压曾大，压力下降时，则输出电压随之下降。
压力传感器原理图
大部分压力传感器无法通过测量电阻的方式来判断好坏，而需要在压力传感器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时将条线引出供检测，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电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。
3、压力传感器的检测
当怀疑进气压力传感器有故障时，应首先检查传感器与ECM的连接情况，看接插器有无松脱或接触不良现象。
（1）特性参数：
a.四个输出端子。
b.输出电压（0.3±0.5）～（4.8±0.5）V
c.电阻：
2.5KΩ±5%
（2）主要功能：
a.进气流量计算。
b.冒烟限制。
c.增压器保护。
d.进气温度过热保护。
e.高原补偿
（3）故障现象：
功率不足，转速受限1700rpm以内油耗高。
（4）诊断仪：
①读取故障代码，检查有无进气压力传感器故障记录。
②读取数据流，变化油门观察仪器显示的进气压力是否变化正常，若不正常则说明传感器可能有故障。
（5）传感器5V基准电压的检测
若检查传感器端不正常则应进一步检查ECM端的5V输出是否正常，若仍不正常则检测或更换ECM。
（6）传感器信号电压的检测
接上传感器连接头，接通点火开关，
1在静态下测量信号线与地线之间的电压应为：
4V左右
2怠速时的电压应为：
1.0~1.5V左右
③大负荷时的电压应为：
4.5~5.0V左右
信号变化如图所示
（二）共执压力传感器
共轨压力传感器的作用是以足够的精度，在相应较短的时间内，测定共轨中的实时压力，并向ECU提供电信号。
共轨压力传感器由下列构件组成：
压力敏感元件（焊接在压力接头上）；带求值电路的电路板和带电气插头的传感器外壳，博世公司共轨压力传感器的结构图如图三所示。
图3博世公司共轨压力传感器
燃油经一个小孔流向共轨压力传感器，传感器的膜片将孔的末端封住。
高压燃油经压力室的小孔流向膜片。
膜片上装有半导体型敏感元件，可将压力转换为电信号。
通过连接导线将产生的电信号传送到一个向ECU提供测量信号的求值电路。
共轨压力传感器的工作原理是：
当膜片形状改变时，膜片上涂层的电阻发生变化。
这样，由系统压力引起膜片形状变化（150MPa时变化量约lmm），促使电阻值改变，并在用5V
供电的电阻电桥中产生电压变化。
电压在0-70mV之间变化（具体数值由压力而定），经求值电路放大到0.5-4.5V。
精确测量共轨中的压力是电控共轨系统正常工作的必要条件。
为此，压力传感器在测量压力时允许偏差很小。
在主要工作范围内，测量精度约为最大值的2％。
共轨压力传感器失效时，具有应急行驶功能的调压阀以固定的预定值进行控制
工作页二压力传感器
任务描述
一辆小松PC-200挖掘机发动机启动困难，初步判断为进气压力传感器工作不正常所致。
要求就车对进气压力传感器进行检测，并正确描述其功能与工作原理，同时能够举一反三对汽车上其他压力传感器进行检测。
学习目标
3、了解各种压力传感器的结构和工作原理；
4、掌握检测各种压力传感器的方法；
（3）掌握各种压力传感器的数据分析方法并判断传感器好坏。
学习准备
（1）安全检查
（2）熟悉相关操作流程
（2）学习汽车压力传感器的相关知识
（4）教学设备：
教学台架：
康明斯发动机电控实训台
教学整车：
小松挖掘机PC-200
工具准备：
手动真空泵、万用表、SKS-3068汽车诊断与ECU检修万用线组、进气压力传感器实验测试台架及相关连接线。
材料准备：
相关电路图、学习工作页等相关资料
工单2进气压力传感器检测工单
任务名称
进气压力传感器检测
学时
4
班级
学生姓名
学生组号
任务成绩
实训设备
实训场地
日期
客户任务
1、进气压力传感器的认知
2、进气压力传感器的检修
3、测量数据分析
任务目的
学会进气压力传感器的检测
一、资讯
1、压力传感器按照信号产生的应用可分为：
、、制动主缸压力传感器、蓄压器压力传感器、空气滤清器真空开关、、变速器油压力传感器、等。
2、发动机上常见的压力传感器有、、、
、等几种。
3、半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器由、、
、和壳体构成。
4、压力传感器根据发动机的测出进气歧管内绝对压力（真空度）的变化，并转换成信号。
二、计划与决策
请根据任务要求，确定所需要的检测仪器、工具，制定详细的作业计划。
1、需要的检测仪器、工具和设备
2、作业计划
3、作业中的注意事项
三、实施
序号
检测项目
检测方法
测量值
标准值
1
2
3
4
1、
端子认知
端子号
导线颜色
端子功能
1
2
3
2、读取不同转速下，数据流
启动发动机，使其在怠速、1500r/min和2500r/min工况下运行。
使用，读取数据。
序号
发动机转速r/min
压力KPa
信号电压V
1
2
3
3、进气压力传感器自身检测
序号
检测项目
检测方法
测量值
标准值
1
2
3
4
4、利用空气泵检测
序号
加压压力
测量值
标准值
1
2
3
4
四、检查与评估
1．请根据自己任务完成的情况，对自己的工作进行自我评估，并提出改进意见。
2．教师对小组工作情况进行评估，并进行点评。
3．成绩评定：
小组对本人的评定：
教师对小组的评定：
学生本次任务成绩：
五、任务拓展
设计检测机油压力传感器步骤
三、曲轴位置传感器
（一）曲轴位置传感器功用
曲轴位置传感器又称为发动机转速传感器，是发动机电子控制系统的主要部件，用于检测曲轴转角信号，也是测量发动机转速的信号源。
其作用是采集曲轴转角和发动机转速信号并输送给ECU，以确定喷油时刻和点火时刻。
曲轴位置传感器一般安装在曲轴前端或后端，如图6-2-1所示。
图6-2-1发动机曲轴位置传感器的安装位置
（二）磁脉冲式曲轴位置传感器的工作原理
康明斯电控柴油发动机使用的是磁脉冲式曲轴位置传感器系统，它包括一个曲轴位置信号盘和一个耦合线圈。
信号盘有58个齿，并安装在曲轴上，耦合线圈由缠绕的铜线、铁芯和磁铁组成。
信号盘旋转时，随着每个齿经过耦合线圈，便产生一个脉冲信号。
发动机每转一圈，耦合线圈产生,58个信号。
ECU根据这些信号计算出曲轴位置和发动机转速，使用这些计算结果，可以控制燃油喷射时间。
如图6-2-5所示为曲轴凸轮轴位置传感器电路图。
（三）曲轴位置传感器检测
在进行曲轴位置传感器检测作业之前，应首先在车辆维修手册上找到“曲轴位置传感器”这一节内容，根据维修手册的提示和说明并结合实车进行分析和探讨，制定正确合理的检测方案。
在检测过程中，严格按照维修手册的规范和要求进行操作，才能保证顺利完成曲轴位置传感器的检测作业，同时在维修过程中遵守7S原则。
1.曲轴位置传感器的检测
（1）检查曲轴位置传感器（电阻）
检查曲轴位置传感器（电阻）表1
①断开曲轴位置传感器连接器；
②读取1-2接脚的电阻，应在1850至2450Ω范围内。
（2）检查曲轴位置传感器与ECU之间的连接线束
检查曲轴位置传感器与ECU之间的连接线束表2
1开电瓶负极，断开ECU连接器；
②根据表3中的值测量电阻。
标准电阻（断路检查）表3
检测仪连接
条件
规定状态
B13-1（NE+）-2-09（NE+）
始终
小于1Ω
B13-2（NE-）-2-10（NE-）
始终
小于1Ω
标准电阻（短路检查）表4
检测仪连接
条件
规定状态
B13-1（NE+）或2-09（NE+）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
B13-2（NE-）或2-10（NE-）-车身搭铁
始终
10KΩ或更大
（3）检查曲轴位置传感器的安装情况、曲轴位置信号盘齿
①检查曲轴位置传感器的安装情况；
②检查曲轴位置传感器的安装间隙
③信号盘无任何裂纹或变形。
图1曲轴位置传感器安装间隙
图2曲轴位置传感器安装情况
2.检测后恢复设备
重新连接ECU连接器，装复曲轴位置传感器，重新连接曲轴位置传感器连接器，装复蓄电池负极接柱。
四、油门踏板位置传感器
1、油门踏板位置传感器原理
传感器与油门踏板连动的永久磁铁，随油门踏板踏动时油门轴便带动永久磁铁一起旋转，改变了磁铁与霍尔元件之间的相对位置，从而改变了磁力线射入霍尔元件的角度，也就改变了霍尔元件输出的电压值。
霍尔元件输出的电压值与油门磁铁位置有一一对应该的线性关系，测量此霍尔电压就可以测之油门踏板的角位移。
从a图又知传感器共有四个接脚，其中有一个是公共打铁脚，一个是5V的公共电源，另两个脚分别与电控单元相接，将各自的霍尔信号送入电控单元，电控单元根据霍尔传感器的两个输入信号，判断油门开度。
如果电控单元判知一个霍尔传感器有问题，则记忆故障码，但故障灯不亮。
如果两个霍尔传感器均有问题，则电控单元除记忆故障码，闪亮故障灯外，还启动保护功能，使发动机只怠速运转，即启动回家功能。
2、传感器组成
磁环式霍尔效应节气门位置传感器是由一个永久磁铁组成的可旋转的磁环转子，及几个固定不动的导磁体和霍尔块组成如图1所示
图1传感器外形图
3、油门踏板位置传感器的检测
（1）油门踏板传感器属于双电位器传感器,共有六个引脚，定义如下：
针号
说明
颜色
针号
说明
颜色
A
信号1“正”
红
D
信号2“正”
白
B
信号1输出信号
绿
E
信号2输出信号
橙
C
信号1“负”
黑
F
信号2“负”
灰
油门踏板位置传感器原理图
引脚：
K09（信号1）,K45信号1正）,K30（信号1地）；K31（信号2）,K31（信号2地）,K08（信号正）；输出信号：
0.5V~4.5V
（2）点火开关打到“OFF”，拔下与油门踏板对接的线束插件，分别检查k45（与A脚对应）和K46（与D脚对应）与搭铁间的电压是否为4.5V左右,K30（与C脚对应）和K08（与F脚对应）与搭铁之间是否导通；若实测值有偏差，则应检查ECU输出电压，或线束是否正常连通。
油门位置与输出电压对应关系如下图：
（3）当油门踏板传感器失效时，ECU会自动执行“跛行功能”，怠速会稳定在1200rpm左右,保证司机把车开到维修站。
五、项目评价
对本学习任务进行评价，学生技能考核表如表1-1所示。
技能考核评价表表1-1
班级：
组别：
姓名：
序号
考核内容
配分
评分标准
考核记录
扣分
得分
1
检查工具设备
5
2
正确使用工具仪器
20
工具使用不当扣10分
3
传感器工作原理认识和检测方案的制定是否合理正确
30
认知、分析错误每处扣2分。
4
传感器检测并正确诊断排除故障
30
检查方法不正确15扣分
检测结果不正确扣15分
5
遵守安全规程，正确使用工量具，操作现场整洁。
10
每项扣2分，扣完为止
安全用电，防火，无人身设备事故
5
因操作不当发生重大事故，此题按0分传感器
6
传感器总分数
100
升级会员 