压力测量传感器电路 共轨压力传感器原理与检测

共轨压力传感器原理与检测

共轨压力传感器是汽油机所没有的，柴油共轨发动机机所必须的。共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

共轨压力传感器安装在共轨上，Bosch、Delphi、Denso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，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。

▲共轨及共轨压力传感器

* 组成部件*

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。

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）别安装在此膜片上，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。

▲共轨压力传感器结构示意图及内部电路图

共轨压力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0～70mv(依赖于应用压力)，并且被放大电路增幅至0.5～4.5V。

通过设置共轨压力传感器，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，通过调节进油计量比例阀的开度来实现轨压控制，并依靠共轨压力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。

共轨压力传感器的检测

共轨压力传感器为压敏效应式，有三个接线端子，RPS的1＃端子为搭铁线、2＃端子为信号线、3＃端子为电源线（5V）。

▲ GW2.8TC型柴油机RPS与ECU的电路连接

1：外线路检查

用万用表的电阻挡，分别测量1＃端子与A08＃端子、2＃端子与A43＃端子、3＃端子与A28＃端子之间的电阻值，来判断外线路是否存在短路及断路故障。

2：传感器电压值测量

关闭点火开关，拔下共轨压力传感器插头，点火开关ON，测量传感器侧插头3#端子与搭铁间的电压应为5V、2#端子与搭铁间的电压应为5V左右，1#端子与搭铁间的电压为0V。

3：数据流检测

用故障诊断仪读取发动机系统数据流，涉及到共轨压力的数据流共有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25.00 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145.00 Mpa，“轨压传感器输出电压”的最大值为4.5V。

失效模式分析

当共轨压力传感器失效（例如，拔掉RPS插头）时，发动机能否打着火，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）

当共轨压力传感器失效，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，在共轨压力已知的前提下，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共轨压力信号，发动机会立即熄火。

2：玉柴及潍柴国Ⅲ柴油机Bosch共轨系统

当共轨压力传感器失效，发动机可以正常起动及运行（跛行回家-Limp Home）。

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，燃压力泄放阀关闭，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

当共轨压力传感器失效（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。

当共轨压力传感器失效（漂移）时，发动机功率不足（减扭矩模式）。会产生下列相关的故障码：P1191、P1192、P1193。

什么是压电压力波（PWP）传感器？看完就懂了

压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料，在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。

压电材料在压电传感器件中的应用多种多样，其核心在于机械能和电能的相互转换：压电材料受机械振动（压电振动传感器）、声波传导（压电声传感器）等机械外力作用时晶格形变，引起极化状态的变化，输出传感电信号，或通过对压电材料受电场作用产生的形变进行测量来反映电场大小（压电电压传感器）。

声波信号可较好地实现与电信号的耦合与相互转换。根据声波激励、传播和耦合方式的不同，压电声传感器可分为压电超声传感器、声表面波传感器、电声脉冲传感器、压力波传感器等。

除压电电声脉冲传感器外，压电压力波（Pressure Wave Propagation, PWP）传感器同样被广泛用于固体介质空间电荷测量。

不同压电压力波传感器产生压力波的方式略有不同，如利用薄压电陶瓷片产生压力脉冲即压电感应压力波传播法（PIPWP）、利用PVDF压电薄膜产生压力脉冲（压电压力波传播法（Piezo-PWP））等，但测量原理基本相同：产生压力波在介质中传播引起介质产生形变，导致介质内部局部电场的微小变化，从而在外电路上感应出对应的电压或者电流信号，由此反映绝缘介质内部的空间电荷分布情况。常见压电压力波传感器测试装置如图1所示。

压力波阶跃上升沿宽度或脉冲宽度应尽可能窄（远小于介质厚度），以提高压电压力波传感器分辨率和灵敏度。郑飞虎等研究发现，压电薄膜厚度、电脉冲下降沿宽度、背衬层材料及声传播介质等因素都会对压力波脉冲波形和脉冲宽度产生影响，实际测试时选用25μm压电薄膜产生脉宽约50ns的单极性压力波声脉冲。

图1 压电压力波传感器测试装置

目前压电压力波传感器的理论模型与测量技术已经基本明晰，在工业界已开始推广应用。如S.Holé等将压电压力波传感器用于欧洲BESTPATHS项目中高压超导直流电缆绝缘测试，在极低温度下对液氮/纸复合绝缘空间电荷分布进行了测量，其测试装置如图2所示。

图2 压电压力波传感器测试装置

本文编自2021年第7期《电工技术学报》，论文标题为“压电材料与器件在电气工程领域的应用”，作者为姚睿丰、王妍 等。

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