第三节 传感器及执行器工作原理
1.油泵
CPN2.2（+）高压油泵结构图如图1-6所示。
图1-6 高压油泵结构图
高压油泵如图1-7所示。
图1-7 高压油泵
齿轮泵ZP5如图1-8所示，包括输油泵、燃油出口和燃油进口。输油泵将燃油从油箱吸入并将燃油提供给M-prop（燃油计量单元）。
图1-8 齿轮泵ZP5
2.共轨管
共轨管如图1-9所示。它能存储高压，抑止因油泵供油和喷油而产生的波动。共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄能器的作用。
3.燃油粗滤器
燃油粗滤器如图1-10所示，带油水分离器，分离燃油中的水分。
图1-9 共轨管
图1-10 燃油粗滤器
4.曲轴转速传感器
曲轴转速传感器如图1-11所示。
原理：电磁感应。
功能：提供曲轴（发动机）转速和曲轴上止点位置。
图1-11 曲轴转速传感器
1—永磁铁 2—传感器壳体 3—发动机外盖 4—软铁心 5—线圈 6—传感线圈
5.凸轮轴转速传感器
凸轮轴转速传感器如图1-12所示。
图1-12 凸轮轴转速传感器
原理：霍尔效应。
相位确定：凸轮轴上安装着一个用铁磁性材料制成的齿，它随着凸轮轴旋转。当这个齿经过凸轮轴传感器的半导体膜片的时候，它的磁场就会使半导体膜片中的电子以垂直于流过膜片的电流的方向发生偏转。产生一个短促的电压信号（霍尔电压），这个电压信号告诉ECU，某一缸已经进入了压缩阶段。
6.冷却液温度传感器
冷却液温度传感器如图1-13所示。
冷却液温度传感器位置如图1-14所示。
原理：高灵敏度NTC（负温度系数热敏电阻）电阻值随温度下降而增大。
图1-13 冷却液温度传感器
1—电子接头 2—壳体 3—NTC电阻 4—冷却液
图1-14 冷却液温度传感器位置
7.轨压传感器
轨压传感器如图1-15所示。
图1-15 轨压传感器
原理：皮膜上的传感器元件将高压管道内的压力变化转化成电压信号输送到ECU。轨压传感器一旦损坏，压力控制阀就通过应急（备份）功能，按设定值“盲”触发。
功能：可同时检测机油压力及温度。
8.机油压力传感器
机油压力传感器如图1-16所示。
图1-16 机油压力传感器
功能：可同时检测机油压力及温度。机油压力传感器MEMS（Micro Electromechanical System，即微电子机械系统）是指集微型传感器、执行器及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。
9.进气压力传感器
进气压力传感器如图1-17所示。
功能：可以检测进气压力和温度。
进气压力传感器检测的是节气门后方的进气歧管的绝对压力，它根据发动机转速和负荷的大小检测出歧管内绝对压力的变化，然后转换成信号电压送至电子控制器（ECU），ECU依据此信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。
进气压力传感器种类较多，有压敏电阻式、电容式等。由于压敏电阻式具有响应时间快、检测精度高、尺寸小且安装灵活等优点，因而被广泛用于D型喷射系统中。
图1-17 进气压力传感器
10.加速踏板位置传感器
加速踏板传感器如图1-18所示。
图1-18 加速踏板位置传感器
11.加速度传感器
加速度传感器的工作原理：敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示。
当传感元件以加速度a运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用，发生与加速度成正比a的形变，使悬臂梁也随之产生应力和应变。该变形被粘贴在悬臂梁上的扩散电阻感受到。根据硅的压阻效应，扩散电阻的阻值发生与应变成正比的变化，将这个电阻作为电桥的一个桥臂，通过测量电桥输出电压的变化可以完成对加速度的测量。
12.电控喷油器
电控喷油器如图1-19所示。电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷入柴油机的燃烧室。
喷油器结构如图1-20和图1-21所示。
图1-19 电控喷油器外形
图1-20 喷油器结构（一）
图1-21 喷油器结构（二）
电控喷油器的安装如图1-22所示。
图1-22 喷油器安装
WP12机型喷油器工作原理如图1-23～图1-25所示。
图1-23 喷油器工作原理（一）
图1-24 喷油器工作原理（二）
图1-25 喷油器工作原理（三）
电磁阀断电：球阀关闭。控制腔压力+针阀弹簧压力大于针阀腔压力；针阀关闭，不喷射。电磁阀通电：球阀开启，泄油孔泄油。控制腔压力+针阀弹簧压力小于针阀腔压力；针阀抬起，喷射。
针阀抬起速度取决于泄油孔与进油孔的流量差；针阀关闭速度取决于进油孔流量；喷射响应时间=电磁阀响应时间+液力系统响应时间，一般应为0.1～0.3ms（喷油速率控制的要求）。
柴油机喷油系统将燃油雾化，并分布在燃烧室内与空气混合的部件。
喷油器主要由喷油嘴和喷油器体组成，它在缸盖上的安装位置与角度取决于燃烧室的设计。
喷油器的喷雾特性包括雾化粒度、油雾分布、油束方向、射程和扩散锥角等。这些特性应符合柴油机燃烧系统的要求，以使混合气形成和燃烧完善，并获得较高的功率和热效率。喷油器分为开式和闭式两种。开式喷油器结构简单，但雾化不良，很少被采用。闭式喷油器广泛应用在各种柴油机上。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16～22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5～4.5MPa，同时温度高达750～1000K（而汽油机在此时的混合气压力为0.6～1.2MPa，温度达600～700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6～9MPa，温度也升到2000～2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而做功，废气同样经排气管排入大气中。
13.发动机传感器线束
传感器线束包括6个传感器线束及与整车相关的V4线束。传感器线束如图1-26所示。
图1-26 传感器线束
6个传感器分别为轨压传感器（图2-26中2.12、2.13、2.14）、冷却液温度传感器（2.15、2.16）、机油压力传感器（2.24、2.27、2.28、2.32）、进气压力传感器（2.25、2.33、2.34、2.36）、曲轴转速传感器（2.19、2.23）和凸轮轴位置传感器（2.09、2.10）。V4包括排气制动开关2.29、排气制动电磁阀2.06、空调压缩机继电器2.11以及ECU电源输出2.03。
柴油机自带的6个传感器都是非常重要的传感器，主机厂在安装时应特别注意防护。表1-3为6个传感器功能及故障现象。
表1-3 6个传感器功能及故障现象
喷油器线束如图1-27所示。
图1-27 喷油器线束
喷油器线束包括发动机6个缸的喷油器以及控制高压油泵的油量计量单元ZME。
表1-4为执行器功能及故障现象。
表1-4 执行器功能及故障现象
预留四根接线如图1-28所示。
图1-28 预留四根接线
白色（2.03）：ECU的电源输出（24V）；灰色（2.06）：接排气制动电磁阀；橙色（2.11）：接空调压缩机继电器；蓝色（2.29）：接排气制动开关，控制蝶阀的打开。现在已经做成标准接头。
整车功能线束见表1-5。
表1-5 整车功能线束
①发动机本身没能保证下列怠速提升。
注：1.发动机根据冷却液温度调整发动机怠速，比如：WP10冷却液温度40℃时，怠速600r/min，0℃时，770r/min。
2.开空调时，怠速提升100r/min。
3.有车速时，怠速提升100r/min。
博世燃油喷射系统参数的直观表示如图1-29所示。
图1-29 博世燃油喷射系统参数的直观表示
博世电控高压共轨系统的喷油如图1-30所示。
博世电控高压共轨系统的优点如图1-31至图1-33所示。
图1-30 博世电控高压共轨系统的喷油
pm—平均压力 pn—轨道压力
图1-31 博世电控高压共轨系统的优点（一）
图1-32 博世电控高压共轨系统的优点（二）
图1-33 博世电控高压共轨系统的优点（三）
过去的喷射系统最高喷射压依存于发动机的转速。而在共轨中，喷射压与发动机的转速无关，可以自由决定，特别是在低速域的转矩有了大幅提高。
博世电控高压共轨系统有如下优点：
1）喷油压力的产生过程与喷油过程相互独立。
2）喷油始点和燃油喷射量的控制各自独立，可实现精确控制。
3）最小稳定燃油喷射量极小，可以达到1mm3/次。
4）喷油系统响应灵敏，能灵活方便地实现预喷及后喷。
5）高压喷射改善了进气和燃油的混合及燃烧过程，降低了柴油机的排放。
6）高压泵的驱动转矩峰值小，机械噪声小。
7）不必要对柴油机结构进行重大改进即可替代传统的喷油系统。