性能特點和作用說明

凸輪軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)與原理圖

 

摘要：凸輪軸位置和曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的作用是檢測曲軸或凸輪軸的位置，為ECU進行噴油正時控制、氣門正時控制等提供依據(jù)。此外，ECU還利用轉(zhuǎn)速傳感器的信號計算柴油發(fā)電機的轉(zhuǎn)速，作為控制柴油發(fā)電機運轉(zhuǎn)的重要參數(shù)。康明斯公司在本文中將其安裝位置和工作原理及結(jié)構(gòu)進行了說明，以供維修工程師和用戶更好的掌握康明斯發(fā)電機組的相關知識。

 

1、安裝位置及作用

      轉(zhuǎn)速傳感器通常安裝在帶輪后、飛輪附近或凸輪軸附近。當轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸帶輪附近或飛輪附近時，ECU可以根據(jù)其信號確定曲軸轉(zhuǎn)動的位置，或判定各氣缸活塞到達上止點的位置，因此常被稱為轉(zhuǎn)速傳感器，并將其信號稱為NE信號；當其安裝在凸輪軸附近時，ECU除了可以根據(jù)其信號確定凸輪軸轉(zhuǎn)動的位置、曲軸轉(zhuǎn)動的位置外，還可以判定第一缸活塞到達壓縮上止點的位置，因此有時也稱其為凸輪軸位置傳感器，并將其產(chǎn)生的用于判定第一缸活塞到達壓縮上止點的信號稱為G信號。其具體作用如下：

（1）檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速，PCM據(jù)此計算進氣量，確定噴油量和點火提前角。

（2）檢測發(fā)動機基準缸（一缸或其他缸）的基準位置（活塞壓縮上止點或壓縮上止點前、后一固定角度）,進行缸序判別，進一步確定活塞的任一位置。

（3）檢測曲軸轉(zhuǎn)過的角度，PCM判定活塞運行的任一位置，確定點火時刻和噴油時刻。

（4）控制噴油和點火之外，還用于怠速控制、廢氣再循環(huán)控制、燃油蒸發(fā)控制等。

2、結(jié)構(gòu)與工作原理

      曲軸位置傳感器按結(jié)構(gòu)和工作原理不同分為電磁感應式、霍爾式、光電式、磁控電阻式等，現(xiàn)在應用比較廣泛的是電磁感應式、霍爾式和光電式。按傳感器功能不同分為綜合式和獨立式，綜合式即檢測轉(zhuǎn)速信號和活塞位置信號共用一個元件和電路，有一個信號輸出端；獨立式即檢測轉(zhuǎn)速信號和活塞位置信號分別采用不同元件和電路，有兩個獨立的信號輸出端。其中獨立式又按安裝方式不同分為組合安裝式和獨立安裝式，組合安裝式即將檢測轉(zhuǎn)速信號和活塞位置信號的傳感器組合安裝在一起；獨立安裝式即將檢測轉(zhuǎn)速信號和活塞位置信號的傳感器分開獨立安裝在不同位置。

（1）電磁感應式曲軸位置傳感器

      電控柴油發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器廣泛采用電磁感應式，極個別的采用霍爾式。曲軸的轉(zhuǎn)速信號直接反映柴油發(fā)電機的速度工況，曲軸的位置信號則用來判斷活塞上止點的位置，以便控制燃料供給系統(tǒng)的噴油時序。常見的電磁式曲軸轉(zhuǎn)速與位置傳感器如圖1左圖所示。它的觸發(fā)輪（或稱為信號盤）裝在曲軸上與曲軸同步旋轉(zhuǎn)，觸發(fā)輪上加工出若干等節(jié)距的齒（例如博世公司4缸柴油發(fā)電機為60-2＝58個齒，其中兩個齒空缺，空缺處相應于1缸活塞位置），當各齒轉(zhuǎn)過固定在柴油發(fā)電機機體上的磁頭（由永磁鐵、軟鐵心和繞組組成）時，由于氣隙的周期變化，在繞組兩端產(chǎn)生交變的感應電動勢，這一交流信號即可作為轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)整形與放大以后形成方波送至ECU。同時，觸發(fā)輪上的兩個齒缺對應著一定的曲軸位置，從而產(chǎn)生了相應的上止點信號，如圖1右圖所示?？刂齐娐啡鐖D2所示。

 

圖1 轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)與工作原理圖

圖2 轉(zhuǎn)速傳感器電路示意圖

 

（2）霍爾式凸輪軸位置傳感器

      凸輪軸位置傳感器采用霍爾元件的居多，這是因為霍爾元件低頻工作特性比電磁式傳感器好。在四沖程柴油發(fā)電機中，曲軸每兩轉(zhuǎn)才完成一個工作循環(huán)，為了區(qū)別壓縮上止點與排氣上止點，還應在凸輪軸（其結(jié)構(gòu)如圖3所示）上加裝霍爾效應傳感器才能保證正確的噴油時序。這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它由霍爾元件和帶有凹槽的觸發(fā)輪等構(gòu)成?；魻栐幵谟来盆F產(chǎn)生的磁場內(nèi)，磁力線與晶片垂直并通過氣隙流向由鐵磁材料制成的觸發(fā)輪，構(gòu)成磁通回路。當凸輪軸旋轉(zhuǎn)時，觸發(fā)輪齒頂和齒槽交替通過它們與霍爾元件之間形成的氣隙，引起磁場的劇烈變化（齒頂處氣隙小，磁場最強，齒槽處磁場最弱）。如果這時有恒定電流通過霍爾元件，根據(jù)霍爾效應便會在其晶片兩端與磁場和電流垂直的方向上產(chǎn)生脈沖電壓信號，其值只正比于磁場的強度而與凸輪的轉(zhuǎn)速無關，因此只要正確布置觸發(fā)輪，即可確定柴油發(fā)電機1缸壓縮上止點的位置，從而保證正確的噴油正時。

      與曲軸信號齒輪相似，凸輪軸上也需要設置信號輪。這種信號輪根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的情況，有時設置在配氣凸輪軸上，有時設置在燃油泵的凸輪軸上。對比飛輪這些軸尺寸都較小，凸輪軸上的信號輪的  直徑也都較小。6缸柴油發(fā)電機的凸輪信號輪橫截面如圖3中的帶正時記號的觸發(fā)輪所示，從圖4中可見，這種信號輪的齒其實只是一些凹槽。6缸柴油發(fā)電機信號輪的凹槽一般是沿圓周分布的6個凹槽，其中兩個凹槽間距離前一凹槽1/4間距處也加工出一個凹槽，這一凹槽稱為多齒。多齒的作用與缺齒相似，也是為了確定齒計數(shù)的始點。一般將多齒后第一齒編為1號齒，以后依次為2～6號。這種凸輪信號輪稱為6＋1型，如4缸凸輪信號輪稱為4＋1型、8缸凸輪信號輪稱為8＋1型。

      由于凸輪軸在柴油發(fā)電機一個工作循環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)一圈，所以，每一個凸輪齒可以確定無疑地定下柴油發(fā)電機曲軸的一個轉(zhuǎn)角相位。但由于凸輪齒數(shù)較少，所以這種定位只能確定較大的轉(zhuǎn)角范圍。如在上述6缸柴油發(fā)電機的情況，凸輪齒只能對720°／6＝120°的曲軸轉(zhuǎn)角范圍定位。

 

圖3  凸輪軸機構(gòu)組成圖.

圖4  霍爾凸輪軸位置傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

（3）光電式曲軸位置傳感器

① 光電式曲軸位置傳感器的結(jié)構(gòu)

      光電式曲軸位置傳感器由傳感器體和信號盤(遮光盤)組成，傳感器體由光源、光接收器、控制電路等組成。信號盤安裝在曲軸、凸輪軸或分電器軸上，隨其同步轉(zhuǎn)動，其上均布有若干光孔，通常還有一個較寬的特殊光孔。光源采用發(fā)光二極管，通過信號盤光孔正對著光接收器。光接收器采用光敏二極管或光敏三極管，接收發(fā)光二極管的光信號，轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)控制電路處理后產(chǎn)生數(shù)字信號送至發(fā)動機PCM。

② 光電式曲軸位置傳感器的工作原理

      信號盤隨分電器軸旋轉(zhuǎn)，當光孔對準光源時，光接收器導通，傳感器輸出高電平信號；當光孔離開光源時，光接收器截止，傳感器輸出低電平信號。信號盤不停地轉(zhuǎn)動，傳感器輸出數(shù)字脈沖信號，信號的頻率隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增大而增大。

      光電式曲軸位置傳感器的優(yōu)點是不受電磁干擾；缺點是受灰塵影響大。光電式傳感器的功能元件通常被密封得很好，但損壞的分電器軸套或密封墊，以及當維修時可能使油污和污物進入敏感區(qū)域造成污損，這就可能引起發(fā)動機不能起動、失速和斷火。

3、控制電路

      霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器內(nèi)部的霍爾元件及放大電路都需要電源才能正常工作，它可以利用由蓄電池提供的24V（或12V）電壓，如圖5所示，或由ECU提供的5V電壓作為工作電源，如圖6所示。圖4是一個能產(chǎn)生兩組曲軸位置信號（G信號和NE信號）的霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，它有4條接線，分別是電源線、搭鐵線、G信號線和NE信號線。圖5是兩個分別獨立的霍爾式凸輪軸位置傳感器，每個傳感器有3條接線，分別是電源線、搭鐵線和信號線。

 

圖5 霍爾元件的控制電路（電源1）

圖6 霍爾元件的控制電路（電源2）

 

      在傳感器內(nèi)部的放大電路中，霍爾電壓用于驅(qū)動一個晶體管開關電路，使該電路處于飽和（即導通）或截止狀態(tài)。ECU中的5V基準電壓通過一個較大的電阻后施加在晶體管開關電路上，如圖4所示，當霍爾電壓為高電位時，晶體管開關電路處于飽和狀態(tài)，此時傳感器的信號輸出端與搭鐵導通，5V電壓經(jīng)過ECU中的電阻后在該端子處被短路，其電壓變?yōu)?；當霍爾電壓為低電位時，晶體管開關電路處于截止狀態(tài)，使傳感器的信號輸出端相對于搭鐵斷路，其電壓變?yōu)?V。由此可知，霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號電壓是通過信號輸出端相對于搭鐵端導通狀態(tài)的改變，由ECU施加在該端子上的電壓產(chǎn)生的。由于該電路在斷路狀態(tài)時是一個5V電壓，因此，在傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一圈過程中，傳感器輸出和轉(zhuǎn)子葉片（或窗口）數(shù)目相同個數(shù)的、幅值為5V的矩形電壓脈沖信號。ECU通常將脈沖信號的下降沿作為判定曲軸或凸輪軸位置的基準點。

 

 總結(jié)：

      控制發(fā)動機運行需要知道發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和活塞運行位置信號，這就要求安裝曲軸位置傳感器（又稱發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸轉(zhuǎn)角傳感器等），它是發(fā)動機控制的主控參數(shù)。一般情況下，曲軸位置傳感器安裝在曲軸（曲軸的前端、中部、后端）、凸輪軸、分電器軸上。如果曲軸位置傳感器安裝在曲軸上，當傳感器產(chǎn)生活塞基準位置信號時，發(fā)動機PCM不能判定活塞是處于壓縮上止點還是排氣上止點，此時需要有一個判缸信號，要求安裝凸輪軸位置傳感器（又稱判缸傳感器），它安裝在凸輪軸或分電器軸上。凸輪軸位置傳感器的類型、結(jié)構(gòu)、工作原理與曲軸位置傳感器相同，不再另行說明。

 

----------------
以上信息來源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關法律或者侵犯版權(quán)，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉(zhuǎn)載信息！
如果希望了解更多有關柴油發(fā)電機組技術(shù)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品資料，請電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問我們官網(wǎng)：http://