BOSCH电控柴油共轨(1.2传感器介绍).ppt

1、BOSCH电控柴油共轨系统组成,共轨系统概述,ECU概述,传感器,功能：将发动机的运转状态转变成电信号传送给电控单元。 转速传感器（曲轴） 相位传感器（凸轮轴） 加速踏板传感器 温度传感器 压力传感器 流量传感器,加速踏板传感器,功能：用于获得加速踏板角度位置（扭矩需要），反映驾驶员的意图。 原理：通过一个低阻抗（大约1k0hm）的电位器获得。提供5伏电源，在滑动触点上输出与踏板角度位置对应的模拟电压。 注：为了避免危险状态（例如:非预期的加速),在电位器和辅助传感器之间的信号可信性校验是必需的.,温度传感器,原理：具有温度特性的电阻随环境温度的变化电阻值发生变化。有NTCs（负温度系数，温度

2、升高阻值降低）和PTCs（正温度系数，温度升高阻值升高）两种类型。,冷却水温度传感器：与测量电路配合，测量冷却水温度作为发动机温度指示。测量温度范围为-40-+130。,1 电气接头 2 壳体 3 密封环 4 传感器螺纹 5 测量电阻 6 冷却水,进气温度传感器：安装在发动机进气管路中，测量进气温度。与增压压力传感器配合，可精确测量吸入发动机的空气量。测量温度范围为-40-+120。,机油温度传感器：用于决定换机油的间隔时间。测量温度范围为-40-+170。 燃油温度传感器：安装在燃油系统的低压油路中。燃油温度是精确决定燃油喷射量的一个重要因素。测量温度范围为-40-+120。 排气温度传感器

3、：安装在排气系统内的关键温度点上，用于控制废气后处理系统。测量温度范围为-40-+1000。,发动机转速传感器,磁电式发动机转速传感器用于发动机转速和曲轴位置的测量。转速传感器信号是发动机管理系统中最重要的参数之一。 传感器的被线圈包围的软铁芯连着永磁铁，正对与信号轮的齿安装，并被气隙隔开。磁场穿过不锈钢的磁极到达信号轮的齿。通过线圈的磁通量是由对应于线圈的是齿隙还是齿决定的。当齿切割磁力线时，通过线圈的磁通量增强。反之，齿隙减小磁通量。磁通量的变化在传感器线圈中产生与齿轮转速成比例的正弦波电压。,磁电转速传感器的电气特性,各系统信号盘齿数： VP37和VP44系统：EDC-CrS齿盘的齿或齿

4、隙数对应发动机的缸数。 共轨、单元喷嘴和单元泵系统：60-2齿。,图1 1 永磁铁 2 传感器壳体 3 发动机壳 4 软磁芯 5 空气间隙 6 带有基准点的齿圈 7 缺齿 图2 1 齿顶 2 缺口 3 基准点,图1 转速传感器,图2 转速传感器特性曲线,相位传感器,霍尔效应相位传感器安装在凸轮轴上，用于判断气缸冲程是压缩还是排气冲程。 霍尔传感器的输出信号与传感器和齿盘的相对速度无关。霍尔电压范围是毫伏级，信号被霍尔IC中的积分运算电路整理成一个缓冲开关信号。 置于磁场中的半导体，在与磁场BZ垂直的方向上通以电流IX，就会在与电流IX同一平面内产生与IX垂直的电流UH。,霍尔效应原理,压力传感

5、器,压力传感元件由一个包含几个压敏（压电电阻）半导体电阻的膜片组成。该压力是通过拉伸或压缩弹簧膜片来测量的，膜片的移动改变半导体电阻的电阻值，并且这个值是能被计算。 安装在膜片上的桥电路提供一个0-70mV（对应但点压力）的电压，并且该电压被放大电路放大到高于0V和低于5V的范围内。 该传感器工作类似一个可变电阻器，电阻的变化反映压力的变化。,1 膜片 2 硅芯片 3 参考真空腔 4 耐热玻璃 5 惠斯通电桥,p 测量的压力 Uo 供电电压 UM 测量的电压 R1 测量的压缩电阻 R2 测量的拉伸电阻,进气岐管压力或增压压力传感器,增压压力传感器用于测量在发动机和增压器之间进气岐管的绝对压力（

6、通常为250kPa）。实际的测量是相对于参考真空，而不是环境压力。这样可以保证对空气量的精确测量，从而根据发动机的要求控制增压器。,1 温度传感器 2 壳体 3 进气岐管壁 4 O型圈 6 壳体盖 7 传感器元件,压力传感器安装图,大气压力传感器,大气压力传感器可以安装在电控单元内或发动机舱的其他位置。它的信号可以用于闭环控制（比如：EGR和增压压力控制）的海拔校正。大气压力传感器可以测量的绝对压力范围为60-115kPa。,机油压力和燃油压力传感器,机油压力传感器安装在机油滤清器中，测量绝对机油压力。机油压力信息用于指示发动机地负荷。机油压力传感器的测量压力范围为50-1000kPa。由于传

7、感器元件对测量对象的高阻性，所以它也可以用于测量燃油系统中低压油路的燃油压力。它可以安装在燃油滤清器上或燃油滤清器内，它的信号用于监测燃油的品质。(测量范围为20-400kPa),油轨压力传感器,在共轨燃油喷射系统和汽油机直喷系统中，油轨压力传感器用于测量高压蓄油器（也就是油轨）中的燃油压力。燃油压力必须严格遵守规定要求，因为它对排放、噪声和发动机功率有很大的影响。燃油压力闭环调节，当与期望压力值有偏差时由压力控制阀进行补偿。 在共轨燃油喷射系统中，传感器的最大测量压力为160Mpa（1600bar）。,油轨压力传感器,1 电气接头 2 电路 3 带测量电阻 的钢膜片 4 压力连接 5 安装螺

8、纹,热膜式空气质量传感器（HFM）,HFM传感器用于测量进入发动机的空气质量流量，对于柴油机控制，HFM用于废气再循环(EGR）的闭环控制中，限制燃油喷射量。 HFM传感器输出一个模拟信号，为了得到空气流量，热膜被传感器中心位置的加热电阻加热，膜片的温度被两个对称与加热电阻安装的测温电阻测量。流过膜片的空气改变膜片上的温度分布，导致两个测温电阻的阻值不同，电阻不同取决于空气的方向和流量，因此HFM传感器能同时获得空气的流量和方向。微型机械技术加工出来的小尺寸和低热性意味着传感器器件具有低于15ms的响应时间。 需要有多种结构尺寸的传感器来适应发动机，并且这些传感器还会因为它们的几何尺寸和流过的

9、空气质量流量率而改变。传感器要安装在能感应空气的系统里，即空滤与节流阀体之间。对于增压的发动机，要求安装在空滤和涡沦增压器之间。或者作为一个塞头传感器安装在现有的气路中，例如节流阀体的腔中或作为塞头传感器和测量管路的一个预装组件。,模拟和开关信号评估电路,一个典型的用于模拟和开关信号的控制单元评估电路如下图所示：,提供稳定电压(典型5V,最大10mV） 得到的电压经过滤波以抑制干扰(提高电磁兼容性（EMC）=高频发射器的影响，例如，无线电发射器和蜂窝电话的发射干扰，以及滤除音频脉动变量，例如，由于发电机电压纹波的存在，造成车辆电压的波动。） 通过模数转换器将测量所得的模拟电压转换为数字量，该数

10、字量被微计算机进一步处理。外加电压U的影响在转换期间被消除。 模拟电压的测量： 计算公式=UM/UV=R1/（R1+R2） 提供给传感器的电压和测量输入的电压必须不受对地和对电源正极短路的影响。,当开关打开时，电压US=UV 。 当开关关闭时，那么US=0，同时有电流UV/RP流过开关和电阻RP。 滤波与模拟信号相似，特别是触点在连续开启和关闭时的脉动必须消除（部分地，这是由软件完成的）。 由于开关有两种状态，评估电路也仅需要区分两种状态。 - US 门槛电压（数字1） 作为另一种选择，触点也可以拉到电源正极，那么电阻被拉到地（下拉电阻）。,感应脉冲电路的评估电路,发动机转速传感器不仅提供采集

11、发动机转速信号，而且可获得曲轴角度位置的信息，用于燃油起始喷射控制。如果需要高精度的角度信息，对于电磁阀控制系统，就需要多齿的齿盘，例如每转60个齿。 对于小直径的齿轮，例如VP29/44(大约55mm），感应传感器不产生能被可靠评估的信号。因此一种FIELD-PLATE的传感器被永在VP29/44系统中，它需要在传感器附近加一个评估电路。 转速信号幅值依赖于发动机的转速（在启动转速时小于1V,在最大转速时达到100V),因此需要阀值跟踪以抑制干扰。当发动机转速快速变化时问题将出现。发动机转速脉冲之间的时间间隔将被微控制器的计数器测量。,转动速度/角度传感器安装在带电磁阀控制的分配泵中。它们的

12、信号用于测量： l 喷射泵的转速 l 确定泵和曲轴的瞬间角度位置 l 测量正时机构的瞬间设置 在一个规定瞬间，泵的转速是分配泵电控单元用于计算触发高压电磁阀或正时机构电磁阀时间的一个重要输入变量。 为了在特定的工况喷射适量的燃油，必须要计算高压电磁阀的触发时间。凸轮盘瞬间的角度设置定义了高压电磁阀的触发点。只有当触发在正确的凸轮盘角度时发生，才能保证电磁阀的开闭对应着正确的凸轮盘角度。精确的触发规定了正确的喷射起始点和正确的喷射量。,通过比较凸轮轴转速传感器的信号和角度传感器的信号，才可以确定正时机构的正确设置。,图16 1 磁铁 2 晶片 3 磁控电阻器 4 齿盘 图17 1 柔软的导电条

13、2 转动速度/角度传感器 3 缺口 4 齿盘 5 可旋转的安装盘 6 驱动轴,喷嘴针阀运动传感器（NBF FOR VP44),1.喷嘴座体 2.针阀位移传感器 3.弹簧 4.导向部件 5.弹簧2 6.压入销 7.喷嘴锁紧螺母 8.连接器 9.调整销 10.端子 11.线圈 12. 压入销 13. 弹簧座,喷油的起始点是优化柴油发动机工作的一个重要参数。它的价值在于，例如独立于负荷和转速的喷油正时、废气再循环的控制和电控单元的诊断。在这里使用的喷嘴针阀运动传感器可以在喷嘴针阀一离开阀座就输出信号。,针阀运动传感器用于及时测量喷油起始点。压力螺钉后的弹簧被感应线圈侦测。NBF评估通过供给传感器一个

14、固定的电流（30）来完成。指示电压被测量和进一步测量。 喷射点能够通过在针阀运动传感器脉冲和跟随的发动机转速脉冲之间测量时间T进行侦测。相关小信号电压，典型的一些100（特别对于双弹簧座喷射喷嘴和小喷射量）和双重、有温度而定的支流电压等级需要一个复杂的带阀值跟踪和 的评估电路。 NBF信号线对干扰电压是敏感的。 干净的地线（绞线和屏蔽电缆） 不要平行布置输送大电流（起动机、油量执行器），高电压（发动机转速传感器)或者高频信号。 测量的原则对插头和不牢靠连结的传输电阻是敏感的。 因为成本(喷嘴壳体内NBF传感器、线的附加成本），只有一个缸装一个NBF传感器，而其它缸装常规喷嘴。 NBF仅仅用于螺

15、旋控制系统，该系统能不太精确得控制初始喷射（分配泵）或电磁定时装置（燃油喷射泵控制套筒）。加上NBF高精度的闭环控制将被安装。,对于螺线管阀控系统，NBF通常不用： 初始喷射能通过螺线管阀非常精确得控制。而不必安装代初始喷射的闭环控制这是一种与电磁阀开关时间有关的额外补偿的特殊情形（BIP测量）。 。喷油泵或电磁阀到喷嘴的压力波传输的时间仅仅与单元泵系统（UPS）和电磁阀控制分配泵有关系。由于它很容易重复因此在开环控制中可以按所需精度来考虑。 在UISH和CR喷射器的喷嘴中，没有足够的结构空间来安装NBF。,执行器,执行器可分成以下几类： 喷油器起动循环控制阀（液压定时装置）（仅用于VP44）

16、 通过电磁阀控制泵上的高压电磁阀控制喷油量和喷射调节。 用于废气再循环、增压调整等的电动气动转换器。 继电器和指示灯。,控制单元-控制器控制电路,执行器元件（S)或者开关到地（低端）或者通过功率管到电源BAT+(高段）。高端开关闭低端复杂。快恢复二极管对于电感元件(执行器线圈,电磁阀,继电器)特别需要。在多数情况下,在控制单元已经提供了。若没有快恢复二极管,电感元件将在开关断开时产生干扰电压,将干扰控制系统和其他系统.所有电感元件,即使不是EDC系统的一部分，将采用合适的抗干扰措施. 大多数功率级被保护，以免蓄电池正极或负极短路而造成损坏。许多功率级允许通过微处理器对短路或线路断路进行侦测处理

17、。 功率级分为四种操作模式。 开关（常开/常闭），例如，元件常与蓄电池连接或常被断开.。 这种操作模式也称为脉宽调制(PWM)。由于频繁开关，作用在执行器上的脉冲就象一个不会变得很热的功率管连续工作。通过调整TE/T，元件上的电压可以被调节或者控制流过元件的电流。,电磁阀控制分配泵,由于螺旋控制EDC泵在液压喷射领域继承了机械控制泵的所有优点和缺点 ,电磁阀控制分配泵为电控系统在轴向或径向活塞的设计上有显著的发展。通过位于分配泵端头中的高压电磁阀，初始喷射时刻和燃油量被高级的动态控制。另外，泵中带有一个齿盘和一个转速传感器用于传感转速。安装在泵上小电控单元给两个电磁阀提供电压,并有发动机转速传

18、感器和燃油温度传感器的评估电路。控制单元（泵控制单元：PSG）是通过一条高速数据线与EDC控制单元（发动机控制单元）相连接。除了通过电磁阀调整喷油器的起动外，泵内还有一个被进一步控制的通用的定时装置，时钟脉冲运行电磁阀。这对于扩展调整范围有重要意义。,电磁阀控制,泵在向上冲程并且电磁阀关闭时输送燃油。泵油时刻和持续时间被作为PHI-FB和PHI-FD的角度变量给出的 ，角度通过计算3CaS 角度增量被转换成电磁阀的控制信号。角度增量通过泵驱动轴上的高分辨率的脉冲盘提供。因为3CaS的角度分辨率是不够的，计算机运算一个细的插值程序使DPHI角度间隔小于3CaS 。依赖相同的时间这些角度间隔被转换

19、成发动机转速。 角度间隔转换： T=PHI/(n*3600 ) 在控制过程中，电磁阀开启时间TBIP是要被考虑的，例如，在电磁阀的电子开关打开到喷油泵开始泵油花费的时间（增量角度的时间系统：IAT）,电磁阀的开启时间是由当时的蓄电池电压和发动机转速决定的。在每一次喷射时，电磁阀的电流和电压在电控单元内部被测量。这样，电磁阀的开启时间的变化被侦测和处理。因此，用来监测和预先控制的开关时间（T-BIP）的MAP图被使用。 电磁阀关闭的时间T_EIP不依赖蓄电池电压，但仅仅依赖燃油喷射量和发动机转速，并且在燃油量的MAP图中已经被计算过了。 不同的程序用于提高很小喷油量时的性能，并且根据各缸电磁阀的