凸輪軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)與原理圖
發(fā)布時(shí)間：2024-06-02 點(diǎn)擊：1005
性能特點(diǎn)和作用說(shuō)明
凸輪軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)與原理圖
凸輪軸位置和曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的作用是檢測(cè)曲軸或凸輪軸的位置，為ecu進(jìn)行噴油正時(shí)控制、氣門正時(shí)控制等提供依據(jù)。此外，ecu還利用轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，作為控制柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jìn)行了說(shuō)明，以供維修工程師和用戶更好的掌握康明斯發(fā)電機(jī)組的相關(guān)知識(shí)。
1、安裝位置
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(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸帶輪附近或飛輪附近時(shí)，ecu可以根據(jù)其信號(hào)確定曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，或判定各氣缸活塞到達(dá)上止點(diǎn)的位置，因此常被稱為轉(zhuǎn)速傳感器，并將其信號(hào)稱為ne信號(hào)；當(dāng)其安裝在凸輪軸附近時(shí)，ecu除了可以根據(jù)其信號(hào)確定凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置外，還可以判定第一缸活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)的位置，因此有時(shí)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(dá)壓縮上止點(diǎn)的信號(hào)稱為g信號(hào)。
2、結(jié)構(gòu)與工作原理
（1）電磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器
電控柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器廣泛采用電磁感應(yīng)式，極個(gè)別的采用霍爾式。曲軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)直接反映柴油發(fā)電機(jī)的速度工況，曲軸的位置信號(hào)則用來(lái)判斷活塞上止點(diǎn)的位置，以便控制燃料供給系統(tǒng)的噴油時(shí)序。常見(jiàn)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(hào)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(jī)為60-2＝58個(gè)齒，其中兩個(gè)齒空缺，空缺處相應(yīng)于1缸活塞位置），當(dāng)各齒轉(zhuǎn)過(guò)固定在柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體上的磁頭（由永磁鐵、軟鐵心和繞組組成）時(shí)，由于氣隙的周期變化，在繞組兩端產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這一交流信號(hào)即可作為轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)整形與放大以后形成方波送至ecu。同時(shí)，觸發(fā)輪上的兩個(gè)齒缺對(duì)應(yīng)著一定的曲軸位置，從而產(chǎn)生了相應(yīng)的上止點(diǎn)信號(hào)，如圖1右圖所示。控制電路如圖2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?yàn)榛魻栐皖l工作特性比電磁式傳感器好。在四沖程柴油發(fā)電機(jī)中，曲軸每?jī)赊D(zhuǎn)才完成一個(gè)工作循環(huán)，為了區(qū)別壓縮上止點(diǎn)與排氣上止點(diǎn)，還應(yīng)在凸輪軸（其結(jié)構(gòu)如圖3所示）上加裝霍爾效應(yīng)傳感器才能保證正確的噴油時(shí)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。霍爾元件處在永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)，磁力線與晶片垂直并通過(guò)氣隙流向由鐵磁材料制成的觸發(fā)輪，構(gòu)成磁通回路。當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)輪齒頂和齒槽交替通過(guò)它們與霍爾元件之間形成的氣隙，引起磁場(chǎng)的劇烈變化（齒頂處氣隙小，磁場(chǎng)最強(qiáng)，齒槽處磁場(chǎng)最弱）。如果這時(shí)有恒定電流通過(guò)霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)便會(huì)在其晶片兩端與磁場(chǎng)和電流垂直的方向上產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)，其值只正比于磁場(chǎng)的強(qiáng)度而與凸輪的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因此只要正確布置觸發(fā)輪，即可確定柴油發(fā)電機(jī)1缸壓縮上止點(diǎn)的位置，從而保證正確的噴油正時(shí)。
與曲軸信號(hào)齒輪相似，凸輪軸上也需要設(shè)置信號(hào)輪。這種信號(hào)輪根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的情況，有時(shí)設(shè)置在配氣凸輪軸上，有時(shí)設(shè)置在燃油泵的凸輪軸上。對(duì)比飛輪這些軸尺寸都較小，凸輪軸上的信號(hào)輪的 直徑也都較小。6缸柴油發(fā)電機(jī)的凸輪信號(hào)輪橫截面如圖3中的帶正時(shí)記號(hào)的觸發(fā)輪所示，從圖4中可見(jiàn)，這種信號(hào)輪的齒其實(shí)只是一些凹槽。6缸柴油發(fā)電機(jī)信號(hào)輪的凹槽一般是沿圓周分布的6個(gè)凹槽，其中兩個(gè)凹槽間距離前一凹槽1/4間距處也加工出一個(gè)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(jì)數(shù)的始點(diǎn)。一般將多齒后第一齒編為1號(hào)齒，以后依次為2～6號(hào)。這種凸輪信號(hào)輪稱為6＋1型，如4缸凸輪信號(hào)輪稱為4＋1型、8缸凸輪信號(hào)輪稱為8＋1型。
由于凸輪軸在柴油發(fā)電機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)一圈，所以，每一個(gè)凸輪齒可以確定無(wú)疑地定下柴油發(fā)電機(jī)曲軸的一個(gè)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(jī)的情況，凸輪齒只能對(duì)720°／6＝120°的曲軸轉(zhuǎn)角范圍定位。
圖3 凸輪軸機(jī)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、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(gè)能產(chǎn)生兩組曲軸位置信號(hào)（g信號(hào)和ne信號(hào)）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(hào)線和ne信號(hào)線。圖5是兩個(gè)分別獨(dú)立的霍爾式凸輪軸位置傳感器，每個(gè)傳感器有3條接線，分別是電源線、搭鐵線和信號(hào)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(dòng)一個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)電路，使該電路處于飽和（即導(dǎo)通）或截止?fàn)顟B(tài)。ecu中的5v基準(zhǔn)電壓通過(guò)一個(gè)較大的電阻后施加在晶體管開(kāi)關(guān)電路上，如圖4所示，當(dāng)霍爾電壓為高電位時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)電路處于飽和狀態(tài)，此時(shí)傳感器的信號(hào)輸出端與搭鐵導(dǎo)通，5v電壓經(jīng)過(guò)ecu中的電阻后在該端子處被短路，其電壓變?yōu)?；當(dāng)霍爾電壓為低電位時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)電路處于截止?fàn)顟B(tài)，使傳感器的信號(hào)輸出端相對(duì)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(hào)電壓是通過(guò)信號(hào)輸出端相對(duì)于搭鐵端導(dǎo)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(shí)是一個(gè)5v電壓，因此，在傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過(guò)程中，傳感器輸出和轉(zhuǎn)子葉片（或窗口）數(shù)目相同個(gè)數(shù)的、幅值為5v的矩形電壓脈沖信號(hào)。ecu通常將脈沖信號(hào)的下降沿作為判定曲軸或凸輪軸位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。
玉柴柴油發(fā)電機(jī)組核心技術(shù)——電控技術(shù)
柴油發(fā)電機(jī)如何增加使用壽命
簡(jiǎn)述三相交流發(fā)電機(jī)的接線方法
廠家柴油發(fā)電機(jī)如何更省油？
柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房降噪應(yīng)該注意那些問(wèn)題？給您支招
柴油發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)氣缸錐損壞的3個(gè)因素
如何利用ECU自檢系統(tǒng)診斷電噴柴油發(fā)電機(jī)故障問(wèn)題解析
400千瓦上柴柴油發(fā)電機(jī)組疑似防凍液泄漏，該如何正確診斷？
凸輪軸位置和轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)與原理圖
凸輪軸位置和曲軸轉(zhuǎn)速傳感器的作用是檢測(cè)曲軸或凸輪軸的位置，為ecu進(jìn)行噴油正時(shí)控制、氣門正時(shí)控制等提供依據(jù)。此外，ecu還利用轉(zhuǎn)速傳感器的信號(hào)計(jì)算柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，作為控制柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)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(jìn)行了說(shuō)明，以供維修工程師和用戶更好的掌握康明斯發(fā)電機(jī)組的相關(guān)知識(shí)。
1、安裝位置
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(dāng)轉(zhuǎn)速傳感器安裝在曲軸帶輪附近或飛輪附近時(shí)，ecu可以根據(jù)其信號(hào)確定曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，或判定各氣缸活塞到達(dá)上止點(diǎn)的位置，因此常被稱為轉(zhuǎn)速傳感器，并將其信號(hào)稱為ne信號(hào)；當(dāng)其安裝在凸輪軸附近時(shí)，ecu除了可以根據(jù)其信號(hào)確定凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)的位置外，還可以判定第一缸活塞到達(dá)壓縮上止點(diǎn)的位置，因此有時(shí)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(dá)壓縮上止點(diǎn)的信號(hào)稱為g信號(hào)。
2、結(jié)構(gòu)與工作原理
（1）電磁感應(yīng)式曲軸位置傳感器
電控柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器廣泛采用電磁感應(yīng)式，極個(gè)別的采用霍爾式。曲軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)直接反映柴油發(fā)電機(jī)的速度工況，曲軸的位置信號(hào)則用來(lái)判斷活塞上止點(diǎn)的位置，以便控制燃料供給系統(tǒng)的噴油時(shí)序。常見(jiàn)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(hào)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(jī)為60-2＝58個(gè)齒，其中兩個(gè)齒空缺，空缺處相應(yīng)于1缸活塞位置），當(dāng)各齒轉(zhuǎn)過(guò)固定在柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體上的磁頭（由永磁鐵、軟鐵心和繞組組成）時(shí)，由于氣隙的周期變化，在繞組兩端產(chǎn)生交變的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這一交流信號(hào)即可作為轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)整形與放大以后形成方波送至ecu。同時(shí)，觸發(fā)輪上的兩個(gè)齒缺對(duì)應(yīng)著一定的曲軸位置，從而產(chǎn)生了相應(yīng)的上止點(diǎn)信號(hào)，如圖1右圖所示。控制電路如圖2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?yàn)榛魻栐皖l工作特性比電磁式傳感器好。在四沖程柴油發(fā)電機(jī)中，曲軸每?jī)赊D(zhuǎn)才完成一個(gè)工作循環(huán)，為了區(qū)別壓縮上止點(diǎn)與排氣上止點(diǎn)，還應(yīng)在凸輪軸（其結(jié)構(gòu)如圖3所示）上加裝霍爾效應(yīng)傳感器才能保證正確的噴油時(shí)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。霍爾元件處在永磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)內(nèi)，磁力線與晶片垂直并通過(guò)氣隙流向由鐵磁材料制成的觸發(fā)輪，構(gòu)成磁通回路。當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，觸發(fā)輪齒頂和齒槽交替通過(guò)它們與霍爾元件之間形成的氣隙，引起磁場(chǎng)的劇烈變化（齒頂處氣隙小，磁場(chǎng)最強(qiáng)，齒槽處磁場(chǎng)最弱）。如果這時(shí)有恒定電流通過(guò)霍爾元件，根據(jù)霍爾效應(yīng)便會(huì)在其晶片兩端與磁場(chǎng)和電流垂直的方向上產(chǎn)生脈沖電壓信號(hào)，其值只正比于磁場(chǎng)的強(qiáng)度而與凸輪的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因此只要正確布置觸發(fā)輪，即可確定柴油發(fā)電機(jī)1缸壓縮上止點(diǎn)的位置，從而保證正確的噴油正時(shí)。
與曲軸信號(hào)齒輪相似，凸輪軸上也需要設(shè)置信號(hào)輪。這種信號(hào)輪根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的情況，有時(shí)設(shè)置在配氣凸輪軸上，有時(shí)設(shè)置在燃油泵的凸輪軸上。對(duì)比飛輪這些軸尺寸都較小，凸輪軸上的信號(hào)輪的 直徑也都較小。6缸柴油發(fā)電機(jī)的凸輪信號(hào)輪橫截面如圖3中的帶正時(shí)記號(hào)的觸發(fā)輪所示，從圖4中可見(jiàn)，這種信號(hào)輪的齒其實(shí)只是一些凹槽。6缸柴油發(fā)電機(jī)信號(hào)輪的凹槽一般是沿圓周分布的6個(gè)凹槽，其中兩個(gè)凹槽間距離前一凹槽1/4間距處也加工出一個(gè)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(jì)數(shù)的始點(diǎn)。一般將多齒后第一齒編為1號(hào)齒，以后依次為2～6號(hào)。這種凸輪信號(hào)輪稱為6＋1型，如4缸凸輪信號(hào)輪稱為4＋1型、8缸凸輪信號(hào)輪稱為8＋1型。
由于凸輪軸在柴油發(fā)電機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)轉(zhuǎn)一圈，所以，每一個(gè)凸輪齒可以確定無(wú)疑地定下柴油發(fā)電機(jī)曲軸的一個(gè)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(jī)的情況，凸輪齒只能對(duì)720°／6＝120°的曲軸轉(zhuǎn)角范圍定位。
圖3 凸輪軸機(jī)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、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(gè)能產(chǎn)生兩組曲軸位置信號(hào)（g信號(hào)和ne信號(hào)）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(hào)線和ne信號(hào)線。圖5是兩個(gè)分別獨(dú)立的霍爾式凸輪軸位置傳感器，每個(gè)傳感器有3條接線，分別是電源線、搭鐵線和信號(hào)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(dòng)一個(gè)晶體管開(kāi)關(guān)電路，使該電路處于飽和（即導(dǎo)通）或截止?fàn)顟B(tài)。ecu中的5v基準(zhǔn)電壓通過(guò)一個(gè)較大的電阻后施加在晶體管開(kāi)關(guān)電路上，如圖4所示，當(dāng)霍爾電壓為高電位時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)電路處于飽和狀態(tài)，此時(shí)傳感器的信號(hào)輸出端與搭鐵導(dǎo)通，5v電壓經(jīng)過(guò)ecu中的電阻后在該端子處被短路，其電壓變?yōu)?；當(dāng)霍爾電壓為低電位時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)電路處于截止?fàn)顟B(tài)，使傳感器的信號(hào)輸出端相對(duì)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(hào)電壓是通過(guò)信號(hào)輸出端相對(duì)于搭鐵端導(dǎo)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(shí)是一個(gè)5v電壓，因此，在傳感器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過(guò)程中，傳感器輸出和轉(zhuǎn)子葉片（或窗口）數(shù)目相同個(gè)數(shù)的、幅值為5v的矩形電壓脈沖信號(hào)。ecu通常將脈沖信號(hào)的下降沿作為判定曲軸或凸輪軸位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。
玉柴柴油發(fā)電機(jī)組核心技術(shù)——電控技術(shù)
柴油發(fā)電機(jī)如何增加使用壽命
簡(jiǎn)述三相交流發(fā)電機(jī)的接線方法
廠家柴油發(fā)電機(jī)如何更省油？
柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)房降噪應(yīng)該注意那些問(wèn)題？給您支招
柴油發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)氣缸錐損壞的3個(gè)因素
如何利用ECU自檢系統(tǒng)診斷電噴柴油發(fā)電機(jī)故障問(wèn)題解析
400千瓦上柴柴油發(fā)電機(jī)組疑似防凍液泄漏，該如何正確診斷？