MV江陵传感器执行器.ppt

1、共轨系统传感器和执行器基础,一、概述,传感器,执行器,控制器,转速传感器 凸轮轴相位传感器 轨压传感器 RPS 空气流量计 HFM 增压压力传感器 BPS 冷却液温度传感器CTS 等,ECU,喷油器 Injector 真空模块 EPW 高压泵 MeUn 预热塞控制单元 GCU 预热塞等,一、概述 系统组成,传感器,传感器的用途 传感器将物理或化学（一般为非电的）量转化为可测量的电量。,传感器,物理或化学参量(非电量),干扰参量(温度,供电电压波动),输出电信号E,传感器基本原理,被测对象： 温度、压力、位移、速度、加速度、振动、力、转矩、流量、气体浓度等,介质： 电、 磁、 光、 电化学,输出

2、（影响因素）： 电动势、电位、电容、电感、电阻等,测量电路与转换电路： 电桥电路、差动电路、电位计电路、放大电路、相敏电路、A/D转换电路等,传感器分类,1、按特性线类型分类： 2、按输出信号的类型分类： 3、按被测量量类型分类：,传感器分类,1、按特性线类型分类： （1）连续的线性特性线 特别适用于测量范围宽的调节任务上。线性特性线具有可检验性和可调性。,S,X,传感器分类,1、按特性线类型分类： （2）连续的非线性特性线 常用在测量参数非常窄的调节上，如在整个测量范围要求相对于测量值的允许偏差小时，采用特殊形状、陡峭的非线性的特性线的传感器特别有利。,S,X,X测量参量 S信号,传感器分类

3、,1、按特性线类型分类： （3）不连续的阶跃特性线 不连续的阶跃，或带有滞后的特性线用于监控边界值，在达到边界值时，易于排除。如果排除比较困难可采用多次阶跃的特性线。,S,X,S,X,传感器分类,2、按输出信号的类型分类： （1）模拟输出信号： 电流、电压，幅值 频率、周期 脉宽、占空比,U,U,t,（2）离散输出信号 二级（二进码） 不均匀的多级（模拟编码） 均匀的或准均匀的多级（模拟编码或数字编码）,f 频率,t,TP 脉宽,传感器分类,3、按被测量量类型分类： 温度传感器 压力传感器 位置（位移和角度）传感器 速度（转速）传感器 加速度和振动传感器 力和转矩传感器 流量传感器 气体（浓度

4、）传感器,霍尔效应,如果对位于磁场(B)中的导体(d)施加一个电流(Iv)，该磁场的方向垂直于所施加电压的方向，那么则在既与磁场垂直又和所施加电流方向垂直的方向上会产生另一个电压(UH)，人们将这个电压叫做霍尔电压，产生这种现象被称为霍尔效应。根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能。,压电效应,一些离子型晶体的电介质(如石英、钛酸钡等)不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化

5、面)上出现符号相反的束缚电荷Q，且其电位移D与外应力张量T成正比： D=d T d压电常数矩阵。 当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。,发动机上常用的传感器,转速传感器 凸轮轴相位传感器 温度传感器 压力传感器 空气流量计 加速踏板模块,曲轴转速传感器,转速传感器测量单位时间内物体转过的角度。测量的原理是基于如感应等物理效应。 曲轴转速传感器用于： 1、测量发动机转速 2、检测发动机曲轴位置，即活塞在气缸内的位置 转速信号是发动机控制的重要参数之一。,曲轴转速传感器,结构和工作原理： 传感器直接安装在脉冲轮（转子）对面。之间有一空

6、气间隙。通过感应线圈的磁通密度取决于在工作时传感器对面的脉冲轮是在齿的空隙还是在齿的位置。齿使磁场集中，磁通密度就大；齿间隙使磁场在该处减弱，磁通密度就小。磁场的变化在线圈中感应出与转速成比例的类似正弦形的电压信号。电压变化的幅值随转速增加而加大。幅值从几毫伏到超过100伏。最低转速超过30r/min时就可得到足够大电压幅值。 使用60个齿的脉冲轮，其中2个齿空缺。用特别大的空隙作为基准信号，确定曲轴的位置。控制单元中的信号处理电路将有很大幅值变化的、类似正弦波的电压信号转换为等幅的矩形电压，然后再处理。,曲轴转速传感器,凸轮轴相位传感器,结构和工作原理： 凸轮轴控制着发动机的进、排气门。其转

7、速为曲轴转速的一半。当活塞向上止点方向运动时，凸轮轴位置决定其是在压缩阶段还是处在排气阶段。 凸轮轴传感器利用霍尔效应确定凸轮轴位置。一个铁磁材料做成的齿状物固定在凸轮轴上并随其一起转动。当这一齿状物经过凸轮轴传感器的霍尔元件时，它的磁场会使垂直于霍尔元件的电子偏移到电流方向。从而产生一个短暂电压信号（霍尔电压），以提示ECU，气缸1进入压缩阶段。,凸轮轴相位传感器,结构和工作原理： 传感器由永久磁铁5、霍尔传感器和集成在一起的处理电路6、壳体2等组成。霍尔传感器就处于转子与霍尔元件垂直的磁场中，转子上的齿扫过通有电流 I 的霍尔元件，齿改变了垂直于霍尔元件的磁场的磁通密度 B ，从而在霍尔元

8、件的横向方向产生信号电压的变化，即霍尔电压 UH 的变化，电压值约为毫伏级。霍尔电压大小与传感器和脉冲轮间相对速度大小无关。与传感器集成在芯片中的信号处理电路把信号处理成矩形信号。,曲轴和凸轮轴信号对应,温度传感器,热电偶 热电阻,温度传感器,热电偶： 热电效应：当两种不同材料的金属导体A和B组成闭合回路，且两个节点温度不同时，回路中将产生电动势。这现象称作热电效应或贝塞克效应。 组成热电偶的导体A、B称为热电极。热电偶的两个结点中，置于温度为T的被测对象中的结点称为测量端。置于参考温度为T0 的另一结点称为参考端。,mV,T,B,A,T0,T0,接触电动势：由于两种不同导体的自由密度不同而在

9、接触处形成的电动势 温差电动势：同一导体中由于两端温差不同而产生的电动势,实践证明:在热电偶回路中起主要作用的是两个结点的接触电动势。其大小取决于导体的性质和结点的温度。,温度传感器,利用电阻随温度变化的特性制成的传感器叫热电阻传感器。通常将其分为金属热电阻和半导体热电阻（也称热敏电阻）。 金属热电阻：是利用金属导体的电阻与温度成一定函数关系的特性而制成的感温元件。被测温度变化时，导体的电阻也随温度变化。通过测量电阻的变化而得到温度的变化。热电阻的材料通常是铂、铜、镍、铟、锰等。要求电阻温度系数大，线性好，性能稳定，使用温度范围宽，加工容易等。 热敏电阻：按温度系数可分为负温度系数热敏电阻（N

10、TC）和正温度系数热敏电阻（PTC）。,压力传感器,压力测量可直接通过膜片变形或力传感器实现。 膜片式压力传感器是压力测量中用得最广的一种。膜片一侧感受压力并弯曲以得到与压力有关的变形信号，再转换成电压信号。膜片得厚薄和直径大小与测量得压力大小有关。几乎都使用了应变片（DMS）技术。,流量计,滞止压力式空气流量计（LMM） 热线式空气质量流量计(HLM) 热膜式空气质量流量计(HFM2),流量计,滞止压力式空气流量计（LMM） 热线式空气质量流量计(HLM) 热膜式空气质量流量计(HFM2),滞止压力式空气流量计（LMM） 热线式空气质量流量计(HLM) 热膜式空气质量流量计(HFM2) 在测

11、量的圆管截面内有一个张开布置的、可加热的、直径为70微米的白金细丝，断面呈梯形。调节电路主要由桥式电路和放大器组成。 温度补偿电阻测量进入发动机中的空气温度，该空气接着冷却加热的热线。调节电路用以调节加热热线的电流，使热线的温度始终高于进气温度一个固定的值。空气密度的影响已经反映在热线向空气的散热中。热线的加热电流的大小就是空气质量流量的一个尺度。加热电流 IH 在精密电阻 RM 上产生一个与空气质量流量成比例的电压信号 UM,滞止压力式空气流量计（LMM） 热线式空气质量流量计(HLM) 热膜式空气质量流量计(HFM2),加速踏板传感器,位置（行程和角度）传感器 电位器式加速踏板传感器 利用

12、金属导线电阻或薄膜电阻的长度与电阻值的对应关系达到测量的目的。电位器产生一个与踏板位置有关的电压。按存储在控制单元中的传感器特性线，控制单元将电压转换成加速踏板的位移或角度位置。,控制器 ECU,输入信号,运算,驱动执行机构,处理,输出,A/D转化 放大 滤波 等,PWM（Pulse-Width Modulation） 开关信号 电流电压等,控制器 ECU,控制器 ECU,控制器 ECU,A60(发动机相关) K94（整车相关）,控制器 ECU,执行器,根据控制器输出信号，产生相关动作，实现特定功能。 喷油器，电热塞，高压泵（PCV，fuel metering unit）等。,执行器,喷油器结

13、构,喷油器作用,喷油器控制类型：,They are controlled using solenoid valves 螺线管电磁阀or piezo-electronic valves压电晶体电磁阀.,喷油器结构,喷油器分为三个部分： The magnetic control section 磁控部分 The hydraulic control section 液控部分 The nozzle section 喷嘴,喷油基本原理？,磁控部分,开始的启动电流达到20A，这可以使阀有快的开启速度。衔铁向上运动大约50微米，然后12A的维持电流。,液控部分,出油孔 Bleed orifice,进油孔 F

14、eed orifice,阀控腔 Valve control chamber,压力室 Chamber volume,针阀 Nozzle needle,喷嘴 nozzle,平面承压面积,锥面承压面积,设计中： 使平面承压面积约等于锥面承压面积的 1.5 倍。 故喷油器处于关闭状态时 液力的合力是向下的。,设计中： 进油孔和出油孔都为节流孔，并且使出油孔的流量流速要大于进油孔。从而使得阀控腔的压力值在出油孔打开时降低。,喷油工作过程,力的平衡,喷油工作过程,喷嘴,There are two nozzle types which are used in todays systems; 如今的系统中有以

15、下两种喷嘴类型： blind-hole nozzles（无压力室） and hole-type perforated seat nozzles.（有压力室）,blind-hole nozzles,hole-type perforated seat nozzles,一些燃油会从压力室滴漏出来，从而增加未燃的颗粒。无压力室喷油器在HC排放量上与有压力室的喷油器相比有比较明显的优势。但在各喷孔的均匀性上，小压力室喷油器优于无压力室喷油器,喷嘴尺寸,喷嘴的尺寸是重要的参数，用P 和 S 表示喷嘴的尺寸，另外还有T 和 V 型。P 型因为喷孔直径更小而广泛应用。并且新的研发也多是针对P 型。S 型的已不再开发。T 和 V 型只是用于低速运行的船舶柴油机上。,针阀头部角度,小角度能够减小死区（dead space）。大角度能在开启后立即补充液流。,喷孔,圆柱型 圆锥型,K-系数，影响孔的直径变化量。从而影响喷油时喷油特征。,CRI 与 CRI2喷油器的区别,一体式衔铁 绕线直径加大，绕线圈数增加，响应更快,喷油量,The injection quantity is determined by:喷油量由下列因素决定： The energizing time of the solenoid valve . 加电时间 The opening and closing sp