四大类压力传感器大解析

电控共轨柴油机中，有很多传感器同时监测信号，今天小轨和大家分享下一些压力类传感器的介绍，压力类传感器主要包括轨压传感器、增压压力传感器、大气压力传感器、机油压力传感器（个别车型用）等。

轨压传感器 CRPS

轨压传感器是普通的电控汽油机所没有的，为共轨柴油机所必须的。油轨压力是柴油机共轨系统的重要参数，目前，柴油机共轨系统的共轨压力是实时变化的，喷油量与共轨压力直接相关。

1. 轨压传感器的工作原理

 

轨压传感器安装在共轨管上， Bosch、 德尔福、电装共轨系统的共轨压力传感器工作原理基本相同，为压敏电阻式传感器，有 3 个接线端子（电源、搭铁、信号）。

下面以长城车 GW2.8TC 型柴油机（Bosch 共轨系统）为例分析。

共轨压力传感器的安装位置如图1所示：

轨压传感器由：焊接在压力装置上的集成的传感器部件、装有电子检测回路的印刷电路板、装有电子插入式连线的传感器外壳等组成。

 
燃油通过共轨上的一个小孔流向共轨压力传感器，有压力的燃油通过一个盲孔到达传感器膜片。一个将压力信号转换为电信号的传感器部件（半导体装置）安装在此膜片上，传感器产生的信号被输入一个用于放大拾取信号并将它送入ECU 的检测回路。（如图所示）

轨压传感器的工作过程如下：当膜片形状变化时，连接于膜片的电阻值也将改变。系统压力的建立，导致膜片形状变化，改变的电阻值将引起通过5V 电桥的电压变化。电压变化范围为 0～70 mv (依赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至 0.5～4.5V。

 

轨压与电压的转化关系：

P=（V-0.5）*转化系数

P=（V-0.3）*转化系数

轨压=（实测电压-初始电压）*45Mpa

通过设置轨压传感器和油量计量单元，可以实现对燃油压力的闭环控制。 ECU 根据发动机当前工况下相关传感器输入的信号，计算出的理论所需要的轨压，通过调节油量计量单元的开度来实现轨压控制，并依靠轨压传感器检测当前实际轨压，将其与理论轨压进行对比修正，实现闭环控制。

2.轨压传感器的判断方法

轨压传感器（CRPS）为压敏电阻式，有三个接线端子，CRPS 的 1＃端子为搭铁线、 2＃端子为信号线、 3＃端子为电源线（5V）。

可用万用表电阻档测量传感器三个端子的两两之间的电阻，判断传感器好坏。

测试供电针脚3和接地针脚1之间的电阻。
1）1对3电阻

正常值在22.5~25.5千欧之间。

2）3对1电阻

由于1和3之间没有极性，因此3对1的电阻正常值也在22.5~25.5千欧之间。

测试信号输出针脚2和接地针脚1之间的电阻。

1）2对1电阻

正常值在2~4兆欧之间 

2）1对2电阻

1和2间存在极性，1对2的电阻正常值为无穷大。

测试信号输出针脚2和供电针脚3之间的电阻。

1）2对3电阻

正常值在2~4兆欧之间。

2）3对2电阻

3和2间存在极性，3对2的电阻正常值为无穷大。

如果阻值不符合规范，则说明轨压传感器内部故障。

3、传感器电压值测量

拔下轨压传感器插头，测量传感器侧插头，端子3与搭铁间的电压应为 5V、端子2与搭铁间的电压应为 5V 左右，端子1与搭铁间的电压为 0V。接上插头，三个端子间的电压为5V，0.5V，0V。

4、数据流检测

用故障诊断仪读取发动机系统数据流，涉及到轨压的数据流共有 4 个： “燃油系统轨压”、“轨压设定值”、“实际轨压最大值”、“轨压传感器输出电压”。

当发动机水温达到 80℃、怠速运转时，“轨压传感器输出电压”应为 1V 左右，“燃油系统轨压”及“轨压设定值”均为 25 Mpa左右，“轨压设定值”与“燃油系统轨压”数值十分接近。

当逐渐踩加速踏板，提高发动机转速时，上述 4 个数据流逐渐增加，“燃油系统轨压”、“轨压设定值”、“实际轨压最大值”等最大数值为 145 Mpa，“轨压传感器输出电压”的最大值为 4.5V。

实测的数据流（部分）如表 1 所示:

3.失效模式分析

讨论：

轨压传感器失效，发动机能否打着火？能打着火对发动机性能是否有影响？

当轨压传感器失效（例如，拔掉轨压传感器插头）时，发动机能否着火，这不能一概而定，应视具体机型而考虑，即使采用了同一个电控系统（如Bosch的CRS2.0），有的车型可以打着火，有的车型不能，主要取决于系统的控制策略。

下面具体举例说明：

（1）长城GW2.8TC型增压共轨柴油机（Bosch的CRS2.0系统）

当轨压传感器失效，发动机无法起动及运行。
故障原因分析：起动时，ECU 以共轨的压力为参量来控制喷油器的动作，在轨压已知的前提下， ECU 通过控制喷油器的开启、关闭的时刻来控制进入气缸的喷油量，如果失去了共轨压力信号，ECU 便失去了燃油喷射控制的重要参量，此时， ECU 便控制发动机不能起动。同理，如果在发动机运转时突然失去了轨压信号，发动机会立即熄火。

（2）玉柴及潍柴国Ⅲ柴油机Bosch共轨系统

当轨压传感器失效，发动机可以正常起动及运行（跛行回家-LimpHome） 。

当ECU 判断轨压传感器信号失效、轨压传感器本身损坏、信号线损坏（开路或短路）等故障时， ECU采取下列措施：

①点亮故障灯，产生故障码P0193、 P0192；

②控制器将加大高压泵的供油量；

③燃油压力超高、限压阀被冲开；

④实际轨压维持在700～760bar范围内（诊断仪读数720bar左右）；⑤限制发动机转速（小于1700rpm左右，通过控制喷油量实现），在限制范围内，油门仍然起作用；

⑥关闭点火开关后，限压阀关闭，恢复正常；

⑦如发动机起动过程中已进入此策略，仍能起动且没有明显感觉。

（3）玉柴4F及4W国Ⅲ柴油机Delphi共轨系统

当轨压传感器失效（信号丢失）时，发动机无法起动及运行。

会产生下列相关的故障码： P0192、 P0193。

当轨压传感器失效（信号漂移）时，发动机功率不足（限扭矩模式）。

会产生下列相关的故障码： P1912、 P1192、 P1193。

增压压力传感器

1.增压压力传感器的工作原理

增压压力传感器的作用是检测进气压力， ECU 进行进气流量计算，用于喷油控制。

电控柴油机几乎普遍安装了废气涡轮增压器，为了精确测量进气量，设置了增压压力传感器，它位于增压器后的进气管上，有的柴油机增压压力传感器集成了进气温度传感器，而有的柴油机增压压力传感器与进气温度传感器分开，如图所示。

增压压力传感器的工作原理如图 5 所示，进气歧管内的进气压力使硅芯片连同压电电阻发生机械变形，使其阻值发生改变，惠斯顿电桥失去平衡，经硅芯片上的电路处理后，形成与进气压力成线性的电压信号。

2.电器参数

①增压压力传感器一般集成 NTC 温度传感器和压力传感器

②四个输出端子

③工作温度范围： -40℃～130℃

④工作压力范围： 50～400Kpa

⑤输出电压：（0.3±0.05V）～(4.8±0.05V)

⑥四端子：1是电源地、2是温度信号、3是电源5V、4是压力信号。

3.连接方式

针脚1接ECU2.25，接地

针脚2接ECU2.36，接NTC热敏电阻

针脚3接ECU2.33，ECU的供电电压1对其进行5V供电

针脚4接ECU2.34，为压力的信号输出

4. 增压压力传感器失效模式分析
（1） Bosch 共轨系统
①当增压压力传感器失效时，用固定的压力值代替，发动机动力下降、转速受限；

②故障灯亮；

③信号丢失时，会产生 P0237、 P0238 故障码；

④压力信号漂移，会产生 P0236 的故障码。

（2）德尔福共轨系统
①当增压压力传感器失效时，用固定的压力值代替，对驾驶性能没有明显的影响，但经济性会受影响；

②故障灯亮；

③信号丢失时，会产生P0107、 P0108 故障码；

④压力信号漂移，会产生 P0106、 P0109 的故障码。

（3）单体泵系统
①当增压压力传感器失效时，用固定的压力值代替，发动机动力下降；

②故障灯亮。

大气压力传感器

大气压力传感器集成在 ECU 内，用于监测大气压力，用于控制喷油参数的修正。其允许的测量误差为±3kPa，在海平面上大气压力设定值为 100kPa，相应的大气压力传感器的信号电压为 4 V 左右。

大气压力传感器位于ECU内部，从外面无法检测，但可以用用故障诊断仪读数据流，有关大气压力传感器的数据流一般有2个： “大气压力”、 “大气压力传感器输出电压值”。

在海平面上，“大气压力”设定值为100kPa，相应的“大气压力传感器输出电压值”为4V左右。

大气压力传感器失效时，对柴油机性能略有影响。

机油压力传感器

机油压力传感器采用的同样是三引脚压敏电阻式传感器，该传感器采集发动机主油道压力信号给ECU，ECU根据该信号确定发动机润滑系状态，并将此信号传送给仪表。

    

机油压力传感器用于实时检测机油压力该传感器失效后，发动机功率下降20%，喷射压力限制1000bar，ECU采用缺省值6bar。

机油压力传感器一般与机油温度传感器集成在一起。潍柴国Ⅲ部分 Bosch 共轨柴油机采用了机油压力传感器（含机油温度），如下图所示。