故障檢修與技術(shù)維護(hù)

發(fā)動機(jī)凸輪軸位置傳感器信號錯誤和電壓偏低故障

 

摘要：凸輪軸位置傳感器是一種用于測量發(fā)動機(jī)凸輪軸位置的裝置。凸輪軸位置傳感器的分類主要根據(jù)其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行劃分。柴油發(fā)電機(jī)在起動過程中，會出現(xiàn)曲軸逆轉(zhuǎn)，進(jìn)氣岐管內(nèi)會有回火的現(xiàn)象以及發(fā)電機(jī)組怠速不穩(wěn)，抖動嚴(yán)重，出現(xiàn)油耗高、尾氣排放超標(biāo)、排氣管有難聞的黑煙排出，出現(xiàn)這些現(xiàn)象可能是凸輪軸位置傳感器損壞，建議及時檢修。

 

一、工作原理

 

      凸輪軸位置傳感器是一種用于檢測發(fā)動機(jī)凸輪軸位置的重要傳感器。它的工作原理是基于磁場感應(yīng)和霍爾效應(yīng)。在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時，凸輪軸會根據(jù)活塞的運(yùn)動來控制氣門的開啟和關(guān)閉，而凸輪軸位置傳感器的作用就是實(shí)時監(jiān)測凸輪軸的位置，以便發(fā)動機(jī)控制單元（ECU）能夠準(zhǔn)確地控制氣門的工作時間和點(diǎn)火時機(jī)。

      凸輪軸位置傳感器通常由鐵芯、線圈和磁性傳感器組成。其中，鐵芯是傳感器的核心部件，它負(fù)責(zé)將發(fā)動機(jī)凸輪軸的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為磁場信號。線圈則是傳感器的感應(yīng)部件，它通過感應(yīng)磁場的變化來產(chǎn)生電信號。磁性傳感器則負(fù)責(zé)檢測線圈中的電信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便ECU能夠?qū)ζ溥M(jìn)行處理。

      在工作時，凸輪軸位置傳感器的鐵芯會隨著凸輪軸的轉(zhuǎn)動而移動，從而改變磁場的分布。當(dāng)凸輪軸的凸輪經(jīng)過傳感器時，鐵芯上的磁場分布會發(fā)生變化，這時線圈中就會感應(yīng)出一定的電信號。根據(jù)霍爾效應(yīng)的原理，當(dāng)電信號的強(qiáng)度超過一定的閾值時，磁性傳感器就會將其識別為凸輪軸的位置信息，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。

      凸輪軸位置傳感器的工作原理可以簡單概括為：凸輪軸的運(yùn)動改變磁場分布，線圈感應(yīng)到電信號，磁性傳感器將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。這一過程是通過磁場感應(yīng)和霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，具有很高的精度和可靠性。

      凸輪軸位置傳感器在發(fā)動機(jī)的控制中起著重要的作用。準(zhǔn)確的凸輪軸位置信息可以幫助ECU判斷氣門的開啟和關(guān)閉時機(jī)，從而保證燃油的充分燃燒和發(fā)動機(jī)的高效運(yùn)行。同時，凸輪軸位置傳感器還可以用于檢測凸輪軸的運(yùn)動狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)凸輪軸的異常情況，以便進(jìn)行維修和保養(yǎng)。然而，凸輪軸位置傳感器也存在一些問題。首先，由于凸輪軸處于高溫高壓的工作環(huán)境中，傳感器的工作穩(wěn)定性和耐久性都面臨一定的挑戰(zhàn)。其次，傳感器的定位和安裝對于準(zhǔn)確檢測凸輪軸位置至關(guān)重要，不當(dāng)?shù)陌惭b位置或姿態(tài)可能導(dǎo)致傳感器讀數(shù)不準(zhǔn)確。此外，傳感器本身也可能存在故障或損壞，需要定期檢查和更換。

      總結(jié)起來，凸輪軸位置傳感器是一種基于磁場感應(yīng)和霍爾效應(yīng)工作的傳感器，用于檢測發(fā)動機(jī)凸輪軸的位置。通過感應(yīng)凸輪軸的運(yùn)動和改變的磁場分布，傳感器能夠產(chǎn)生相應(yīng)的電信號，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便ECU進(jìn)行處理。凸輪軸位置傳感器在發(fā)動機(jī)的控制中起著重要的作用，可以幫助保證發(fā)動機(jī)的高效運(yùn)行。然而，在使用過程中需要注意傳感器的穩(wěn)定性和安裝位置，以及定期檢查和維護(hù)傳感器的工作狀態(tài)。

 

二、凸輪軸位置傳感器的類型

 

1、工作原理分類

（1）光電式凸輪軸位置傳感器：

      光電式凸輪軸位置傳感器利用光電元件的光敏特性進(jìn)行測量。通過光電二極管接收凸輪軸上反射的光線，當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)動時，光線的強(qiáng)度會發(fā)生變化，從而通過光電二極管輸出的電信號來測量凸輪軸的位置。

（2）磁電式凸輪軸位置傳感器：

      磁電式凸輪軸位置傳感器利用磁敏元件的磁敏特性進(jìn)行測量，如圖1所示。通過將磁敏元件放置在凸輪軸上，當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)動時，磁場的變化會引起磁敏元件輸出的電信號發(fā)生變化，從而測量凸輪軸的位置。

（3）霍爾式凸輪軸位置傳感器：

      霍爾式凸輪軸位置傳感器利用霍爾元件的磁敏特性進(jìn)行測量，如圖2所示。通過將霍爾元件放置在凸輪軸上，當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)動時，磁場的變化會引起霍爾元件輸出的電信號發(fā)生變化，從而測量凸輪軸的位置。

2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

（1）固定式凸輪軸位置傳感器：

      固定式凸輪軸位置傳感器安裝在發(fā)動機(jī)上，與凸輪軸保持固定的相對位置。這種傳感器通常為非接觸式，可以實(shí)時監(jiān)測凸輪軸的位置，并將信號傳輸?shù)娇刂茊卧M(jìn)行處理。

（2）旋轉(zhuǎn)式凸輪軸位置傳感器：

      旋轉(zhuǎn)式凸輪軸位置傳感器直接安裝在凸輪軸上，隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行位置測量。這種傳感器通常為接觸式，通過與凸輪軸上的凸輪接觸來感知其位置，并將信號傳輸?shù)娇刂茊卧M(jìn)行處理。

（3）振動式凸輪軸位置傳感器：

      振動式凸輪軸位置傳感器利用凸輪軸上的振動信號來測量其位置。這種傳感器通常采用加速度傳感器或振動傳感器，通過測量凸輪軸振動的頻率和幅值來推斷其位置。

（4） 磁性編碼式凸輪軸位置傳感器：

      磁性編碼式凸輪軸位置傳感器利用凸輪軸上的磁性編碼器進(jìn)行位置測量。這種傳感器通過感知凸輪軸上的磁性編碼器的變化，來確定凸輪軸的位置。

 

圖1  電磁式凸輪軸位置傳感器

圖2  霍爾式凸輪軸位置傳感器結(jié)構(gòu)圖

 

三、凸輪軸位置傳感器的常見故障

 

1、凸輪軸位置傳感器信號錯誤

      發(fā)電機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速/位置傳感器，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、間斷或不正確。ECM檢測到凸輪軸位置傳感器信號錯誤。

（1）故障現(xiàn)象

      發(fā)動機(jī)運(yùn)行粗暴或是無法啟動。

（2）電路描述

      ECM通過傳感器電源電路向發(fā)動機(jī)凸輪軸轉(zhuǎn)速/位置傳感器提供一個5V DC電源，ECM還向傳感器回路電路提供一個接地。凸輪軸轉(zhuǎn)速指示凸角轉(zhuǎn)過傳感器時，該傳感器即產(chǎn)生一個信號發(fā)送至ECM。ECM可識別該信號并將其轉(zhuǎn)換為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速讀數(shù)，然后確定發(fā)動機(jī)位置。如果主發(fā)動機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速/位置信號缺失，則該傳感器將作為一個備用傳感器使用。

（3）部件位置

      兩個發(fā)動機(jī)位置傳感器都位于前齒輪室后側(cè)，燃油泵驅(qū)動齒輪上方。

（4）可能出現(xiàn)的原因

① 凸輪軸位置傳感器連接線束是否松動、短路、斷路接頭是否連接牢固。

② 凸輪軸傳感器故障。

③ 凸輪軸位置傳感器安裝是否牢固、間隙是否正確。

④ 凸輪軸速度顯示塊錯裝或是松動。

（5）修理方法

① 維修或是更換線束或是接頭。

② 更換凸輪軸位置傳感器。

③ 更換前齒輪室蓋板或是重新緊固傳感器。

④ 緊固或是更換速度顯示塊(速度顯示塊4缸機(jī)為5齒，6缸機(jī)為7齒)。

2、凸輪軸傳感器電壓偏低

      傳感器電源，電壓低于正常值或?qū)Φ蛪弘娫炊搪贰z測到0EM線束中5號傳感器電源電路電壓偏低。

（1）故障現(xiàn)象

      故障燈報(bào)警，發(fā)動機(jī)降低功率輸出或是無法加速。

（2）電路描述

      ECM的5號傳感器電源將向后處理柴油微粒濾清器壓差傳感器、遠(yuǎn)程油門、轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機(jī)冷卻液液位傳感器和2號油門位置傳感器提供5V電源。遠(yuǎn)程油門和轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速傳感器是選裝的原始設(shè)備制造商(0EM)部件。

（3）部件位置

      5號傳感器電源位于ECM OEM線束接頭上，向OEM線束中的多個部件提5V電源。

（4）可能出現(xiàn)的原因

① 此電源為多個傳感器公用電源各個傳感器故障會導(dǎo)致此故障發(fā)生（一般由水位傳感器故障引起）。

② 線路是否松動、短路、斷路接頭是否連接牢固。

（5）修理方法

① 更換水位傳感器。

② 維修或是更換線束、接頭。

（6）維修經(jīng)驗(yàn)

      傳感器電源向遠(yuǎn)程油門、轉(zhuǎn)速表轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動機(jī)冷卻液液位傳感器和2號位置傳感器提供5V電源，如果其中任何一個有問題將導(dǎo)致此故障發(fā)生。

 

圖3  傳感器電阻檢測

圖4  傳感器的電壓測量

 

總結(jié)：

      總體而言，凸輪軸位置傳感器可以根據(jù)其工作原理分為光電式、磁電式和霍爾式傳感器；而根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為固定式、旋轉(zhuǎn)式、振動式和磁性編碼式傳感器。不同類型的凸輪軸位置傳感器在不同的應(yīng)用場景下具有各自的優(yōu)勢和適用性。在實(shí)際使用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的凸輪軸位置傳感器，以確保準(zhǔn)確測量凸輪軸的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的精確控制和優(yōu)化運(yùn)行。

 

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